Un instrumento de viento es un instrumento musical que contiene algún tipo de resonador (generalmente un tubo) en el que el intérprete hace vibrar una columna de aire cuando sopla dentro (o sobre) una boquilla colocada en o cerca del extremo del resonador. El tono de la vibración está determinado por la longitud del tubo y por modificaciones manuales de la longitud efectiva de la columna de aire vibratoria. En el caso de algunos instrumentos de viento, el sonido se produce soplando una caña; otros requieren un zumbido en una boquilla de metal, mientras que otros requieren que el intérprete sople en un agujero en un borde, lo que divide la columna de aire y crea el sonido.
Casi todos los instrumentos de viento utilizan este último método, a menudo en combinación con alguno de los otros, para ampliar su registro.
Los instrumentos de viento suelen agruparse en dos familias: [1]
Los instrumentos de viento de madera se hacían originalmente de madera, al igual que los instrumentos de metal se hacían de latón, pero los instrumentos se clasifican según cómo se produce el sonido, no según el material utilizado para construirlos. Por ejemplo, los saxofones suelen estar hechos de latón, pero son instrumentos de viento de madera porque producen sonido con una lengüeta que vibra . Por otro lado, el didgeridoo , la corneta de madera (no confundir con la corneta ), y la serpiente son todos de madera (o a veces de plástico), y el olifante es de marfil , pero todos ellos pertenecen al familia de instrumentos de metal porque la vibración es iniciada por los labios del intérprete.
En el esquema de clasificación de instrumentos musicales de Hornbostel-Sachs , los instrumentos de viento se clasifican como aerófonos .
La producción de sonido en todos los instrumentos de viento depende de la entrada de aire en una válvula de control de flujo unida a una cámara resonante ( resonador ). El resonador suele ser un tubo largo, cilíndrico o cónico, abierto en el otro extremo. Un pulso de alta presión procedente de la válvula viajará por el tubo a la velocidad del sonido . Se reflejará desde el extremo abierto como un pulso de retorno de baja presión. En condiciones adecuadas, la válvula reflejará el pulso hacia atrás, con mayor energía, hasta que se forme una onda estacionaria en el tubo.
Los instrumentos de lengüeta como el clarinete o el oboe tienen una o más lengüetas flexibles en la boquilla, que forman una válvula controlada por presión. Un aumento de la presión dentro de la cámara disminuirá el diferencial de presión a través de la caña; la caña se abrirá más, aumentando el flujo de aire. [2] [3] El aumento del flujo de aire aumentará aún más la presión interna, por lo que un pulso de alta presión que llegue a la boquilla se reflejará como un pulso de mayor presión de regreso por el tubo. Las ondas estacionarias dentro del tubo serán múltiplos impares de un cuarto de longitud de onda , [4] con un antinodo de presión en la boquilla y un nodo de presión en el extremo abierto. La caña vibra a una velocidad determinada por el resonador .
Para los instrumentos Lip Reed ( metal ), los instrumentistas controlan la tensión en sus labios para que vibren bajo la influencia del aire que fluye a través de ellos. [5] [6] Ajustan la vibración para que los labios estén más cerrados y el flujo de aire sea más bajo, cuando llega un pulso de baja presión a la boquilla, para reflejar un pulso de baja presión de regreso por el tubo. Las ondas estacionarias dentro del tubo serán múltiplos impares de un cuarto de longitud de onda , con un antinodo de presión en la boquilla y un nodo de presión en el extremo abierto.
Para los instrumentos Air Reed ( flauta y flauta ), la delgada lámina de aire rasante (chorro plano) que fluye a través de una abertura (boca) en la tubería interactúa con un borde afilado (labium) para generar sonido. [7] El chorro lo genera el jugador soplando a través de una fina rendija (conducto de humos). Para flautas dulces y tubos de órganos, esta ranura la fabrica el fabricante del instrumento y tiene una geometría fija. En una flauta travesera o en una flauta de pan, la hendidura la forman los músicos entre sus labios.
Debido a la oscilación acústica de la tubería, el aire dentro de la tubería se comprime y expande alternativamente. [8] Esto da como resultado un flujo alterno de aire dentro y fuera de la tubería a través de la boca de la tubería. La interacción de este flujo acústico transversal con el chorro de aire plano induce en la salida del humo (origen del chorro) una perturbación localizada del perfil de velocidad del chorro. Esta perturbación se ve fuertemente amplificada por la inestabilidad intrínseca del chorro a medida que el fluido viaja hacia el labio. Esto da como resultado un movimiento transversal global del chorro en el labio.
La amplificación de las perturbaciones de un chorro por su inestabilidad intrínseca se puede observar al observar una columna de humo de cigarrillo. Cualquier movimiento de pequeña amplitud de la mano que sostiene el cigarrillo da como resultado una oscilación de la columna que aumenta con la distancia hacia arriba y, finalmente, un movimiento caótico (turbulencia). La misma oscilación del chorro se puede provocar mediante una suave corriente de aire en la habitación, que se puede comprobar agitando con la otra mano.
La oscilación del chorro alrededor del labio da como resultado una fuerza fluctuante del flujo de aire sobre el labio. Siguiendo la tercera ley de Newton, el labio ejerce una fuerza de reacción opuesta sobre el flujo. Se puede demostrar que esta fuerza de reacción es la fuente de sonido que impulsa la oscilación acústica de la tubería.
Alan Powell [9] proporcionó una demostración cuantitativa de la naturaleza de este tipo de fuente de sonido al estudiar un chorro plano que interactúa con un borde afilado en ausencia de tubo (el llamado tono de borde). El sonido irradiado por el tono del borde se puede predecir midiendo la fuerza inestable inducida por el flujo del chorro en el borde afilado (labium). La producción de sonido por la reacción de la pared a una fuerza inestable del flujo alrededor de un objeto también produce el sonido eólico de un cilindro colocado normal a un flujo de aire (fenómeno del hilo cantor). En todos estos casos (flauta, tono de canto, tono eólico...) la producción sonora no implica una vibración de la pared. Por lo tanto, el material del que está hecha la flauta no es relevante para el principio de producción del sonido. No existe una diferencia esencial entre una flauta dorada o plateada. [10]
La producción de sonido en una flauta se puede describir mediante un modelo de elementos agrupados en el que el tubo actúa como un columpio acústico (sistema masa-resorte, resonador ) que oscila preferentemente a una frecuencia natural determinada por la longitud del tubo. La inestabilidad del chorro actúa como un amplificador que transfiere energía del flujo constante del chorro en la salida de humos al flujo oscilante alrededor del labio. El tubo forma con el chorro un circuito de retroalimentación. Estos dos elementos se acoplan en la salida de humos y en el labio. A la salida de humos, el flujo acústico transversal del tubo perturba el chorro. En el labio, la oscilación del chorro provoca una generación de ondas acústicas que mantienen la oscilación del tubo.
El flujo acústico en la tubería, en el caso de una oscilación constante, se puede describir en términos de ondas estacionarias . Estas ondas tienen un nodo de presión en la abertura de la boca y otro nodo de presión en el extremo opuesto del tubo abierto. Las ondas estacionarias dentro de un tubo abierto de este tipo serán múltiplos de media longitud de onda . [4]
Aproximativamente, un tubo de unos 40 cm. exhibirá resonancias cerca de los siguientes puntos:
En la práctica, sin embargo, obtener una gama de tonos musicalmente útiles de un instrumento de viento depende en gran medida de un cuidadoso diseño del instrumento y de la técnica de ejecución.
La frecuencia de los modos vibratorios depende de la velocidad del sonido en el aire, que varía con la densidad del aire . Un cambio de temperatura, y sólo en menor medida también un cambio de humedad, influye en la densidad del aire y, por tanto, en la velocidad del sonido y, por tanto, afecta a la afinación de los instrumentos de viento. El efecto de la expansión térmica de un instrumento de viento, incluso de un instrumento de metal, es insignificante en comparación con el efecto térmico en el aire.
La campana de un instrumento de viento es la abertura redonda y acampanada situada frente a la boquilla. Se encuentra en clarinetes, saxofones, oboes, trompas, trompetas y muchos otros tipos de instrumentos. En los instrumentos de metal, el acoplamiento acústico del orificio al aire exterior se produce en la campana para todas las notas, y la forma de la campana optimiza este acoplamiento. También juega un papel importante en la transformación de las resonancias del instrumento. [11] En los instrumentos de viento de madera, la mayoría de las notas se ventilan en los agujeros de tono abiertos superiores; sólo las notas más bajas de cada registro salen total o parcialmente a la campana, y la función de la campana en este caso es mejorar la consistencia del tono entre estas notas y las demás.
Tocar algunos instrumentos de viento, en particular aquellos que implican una alta resistencia a la presión respiratoria, produce aumentos en la presión intraocular , lo que se ha relacionado con el glaucoma como un riesgo potencial para la salud. Un estudio de 2011 centrado en instrumentos de viento de madera y metal observó "aumentaciones y fluctuaciones temporales y, a veces, dramáticas, en la PIO". [12] Otro estudio encontró que la magnitud del aumento en la presión intraocular se correlaciona con la resistencia intraoral asociada con el instrumento y vincula la elevación intermitente de la presión intraocular al tocar instrumentos de viento de alta resistencia con la incidencia de pérdida del campo visual. [13] Se ha demostrado que el rango de presión intraoral involucrado en varias clases de instrumentos de viento étnicos, como las flautas nativas americanas , es generalmente más bajo que el de los instrumentos de viento clásicos occidentales. [14]
