El sonido es una vibración que viaja en forma de ondas de presión a través de un medio material como el aire, el agua o el suelo. Estas ondas estimulan los receptores de nuestros oídos y son descifradas por nuestro cerebro. Sin embargo, estamos acostumbrados a que nuestro cerebro asocie los sonidos a un objeto, y nos concentramos en el objeto más que en el sonido que lo produce, es por lo anterior que nace la inquietud de buscar los medios para darle visibilidad a lo que escuchamos, no en una imagen, si no más halla, y encontramos “El tubo de Rubens” como el método que da respuestas al siguiente proyecto de investigación.
El sonido es una perturbación de presión que viaja sobre un material. El sonido se puede escuchar puesto que nuestro oído es un receptor de ondas de presión, pero no se puede ver porque el ojo no es receptor de ondas de presión, si no de fotones.
Aunque escuchamos sonidos todo el tiempo, no podemos verlos a simple vista, por esta razón es que quiero crear algo que nos permita observarlos.
Historia del registro del sonido
La historia del registro del sonido es la crónica de la evolución de los procesos de grabación y reproducción del sonido de forma artificial (generalmente sonido dentro del espectro audible), que ha creado el ser humano. Desde finales del siglo xix hasta nuestros días, el registro sonoro fue evolucionando al compás de los avances tecnológicos.
En las últimas décadas dichos avances permitieron dar pasos agigantados con respecto a factores como calidad, vida útil del soporte y durabilidad del sonido registrado.
La historia de la grabación de sonido, que ha progresado por olas, impulsadas por la invención e introducción comercial de nuevas tecnologías, se pueden dividir en cuatro períodos principales:
El antecedente más remoto aconteció en 1857, cuando Leon Scott patentó el fonoautógrafo, que, si bien no era capaz de reproducir lo que registraba, este artefacto es considerado el primero en registrar sonidos en un medio visible. (Imagen 1) Se sabe que en 1860 se realizó la primera grabación de la que se tenga noticias.
Imagen 1. Fonoautográfo de Scott
En 1877 surgió un adelanto, Thomas Edison creó el fonógrafo, el primer artefacto capaz de grabar y reproducir sonido. Poco después apareció el gramófono, que terminó venciendo al fonógrafo en el mercado a causa de las diversas ventajas que este tenía con respecto al fonógrafo de Edison. (Imagen 2)
Imagen 2. gramófono y Fonógrafo
A finales de los años 1940 aparece el disco de vinilo, que presentaba la nueva tecnología del microsurco y la nueva velocidad de 33 RPM, logrando una mayor duración y calidad de sonido. Justamente durante los años 1940 se desarrolló el magnetófono de bobina abierta, con el cual se podían hacer grabaciones de larga duración y buena fidelidad, lo que se vio reflejado en su éxito tanto como el uso hogareño como para el profesional, siendo adoptado en la totalidad de estudios de grabación y estaciones de radio. (Imagen 3)
Imagen 3. Magnetófono
Usando exactamente los mismos principios del magnetófono, Philips en Europa desarrolló el casete compacto con un grandísimo éxito comercial, puesto que era más portátil, económico y pequeño, en comparación con el sistema de cinta abierta.
Durante las décadas posteriores se inventaron y comercializaron un sinfín de soportes basados en el casete, como el microcasete, el minicasete, el VHS, el Casete Compacto Digital o el mini DV, entre otros. A lo largo de la historia, una considerable cantidad de formatos se han inventado para ingresar en el mercado discográfico, pero muchos de ellos no han tenido gran éxito comercial. (Imagen 4)
Imagen 4. Microcasete y Casete.
En 1979 se produjo uno de los inventos más revolucionarios de la historia, el disco compacto o CD. Fue el primer formato digital para audio y con el paso del tiempo terminó desplazando al disco de vinilo y también al casete de audio. En 1986 los científicos Brandenburg, Popp y Grill comenzaron a desarrollar el formato MP3. Años más tarde en 1995 Brandenburg lo usó por primera vez en su propio ordenador, y hoy en día es uno de los formatos más usados para la transferencia de música, muy empleado tanto en los reproductores autónomos de mp3 como en teléfonos celulares. (Imagen 5)
Imagen 5. CD
Tubo de Rubens
Tubo de Rubens es un experimento físico inventado por el científico alemán Heinrich Rubens en 1905 para demostrar gráficamente la relación entre la frecuencia de una onda sonora y la presión de un gas. (Imagen 6)
Imagen 6. Heinrich Rubens
El dispositivo consiste en un cilindro de metal con perforaciones equidistantes en la parte superior y los extremos sellados. Un extremo es alimentado por un gas inflamable y en el otro extremo se instala una bocina o un generador de frecuencia. Se alimenta el gas y se enciende el que escapa por las perforaciones superiores. Si se emite una onda estacionaria variará la presión interna del gas dependiendo de su ubicación a lo largo del cilindro debido a la compresión y descompresión del gas interno de acuerdo con el principio de Bernoulli. (describe el comportamiento de un fluido moviéndose a lo largo de una línea de corriente.)
(Imagen 7)
Imagen 7. Tubo de Rubens.
Elaborar un artefacto con el principio del tubo de Rubens para visualizar las ondas sonoras.
Todos los sonidos son producidos por el movimiento de materia. El sonido es muy importante en nuestra vida, nos puede poner felices con la música, el baile, o al tocar un instrumento musical. Sin embargo, el sonido puede ser perjudicial cuando está demasiado fuerte.
Los sonidos también nos pueden advertir del peligro, como en el caso de una sirena de incendio. A veces cuando estamos solos en casa, el sonido de la radio o televisión nos puede tranquilizar.
Visualizar el sonido ha servido para entenderlo y para estudiarlo en diferentes disciplinas, en la música con unas partituras o con la medición de frecuencias.
En la medicina para observar frecuencias cardiacas o el funcionamiento de los órganos.
Si logro crear un modelo basado en el tubo de Rubens, entonces podré observar el movimiento generado por el sonido.
Investigación Documental
Importancia del sonido
Existe un tipo de ondas mecánicas que pueden propagarse a través de medios como el aire, el agua o los sólidos, como consecuencia de la vibración de una fuente, como una cuerda de guitarra o las cuerdas vocales de una persona, a este tipo de ondas se les denomina sonido y pueden verse afectadas a medida que siguen su recorrido, provocando variaciones en las siguientes características:
1) la frecuencia, la cual representa la cantidad de ciclos completos que una onda sonora realiza en un segundo y se mide en Hertz (Hz)
2) la amplitud, expresión de la cantidad de energía que contiene medida en decibelios (dB) y determina la intensidad del sonido que percibimos
3) el timbre, cualidad que permite distinguir entre dos sonidos de igual frecuencia y amplitud, pero que son producidos por diferentes fuentes.
Este conjunto de propiedades físicas particularizadas en las ondas sonoras ha hecho posible el desarrollo evolutivo, tanto en animales como en plantas para su captación, interpretación y hasta aprovechamiento tanto en su escala audible como en la vibracional, por medio de estructuras, órganos y sentidos especializados. (Imagen 8)
Imagen 8. Características del sonido.
Sonido y comunicación
Una de las formas más importantes en que el sonido es utilizado en la biología es en la comunicación animal, permitiendo a los animales atraer a sus parejas, establecer territorios y alertar a otros miembros de la misma especie sobre peligros potenciales, fenómenos que desde hace siglos también son utilizados por los seres humanos para estudiar y comprender las dinámicas de las especies.
El desarrollo en los humanos de las cuerdas vocales nos ha permitido hacer uso también del sonido para nuestros propios fines, lo cual aunado a la capacidad mental creativa ha hecho posible la construcción, desarrollo y transmisión de las lenguas y la diversidad idiomática existente entre las culturas y pueblos del mundo, lo que a su vez también representa, según el enfoque desde el cual sea interpretado, una fuente de barreras para el entendimiento humano.
Por otra parte, el sonido armónico, selecto y organizado al cual denominamos música, no sólo es una forma de expresión artística, sino que es el ejemplo más fehaciente de que el sonido es capaz de evocar emociones y crear conexiones emocionales entre las personas, por medio de su influjo en los estados mentales.
Vibraciones
Así como no toda onda del espectro de luz es visible para el ojo humano, no toda frecuencia de onda es captada e interpretada por el oído, dependiendo entonces de la agudeza auditiva que cada especie haya desarrollado según sus propias necesidades, y los espacios y medios por los cuales reciben los sonidos, en este sentido, la escucha de los peces difiere mucho de las aves, y cada mamífero a su vez tiene también una sensibilidad específica para poder tener la reacciones necesarias y mantenerse a salvo. (Imagen 9)
Imagen 9. Vibraciones de sonido
Por otra parte, el sonido además de ser escuchado, también puede ser sentido, debido a su cualidad vibratoria, presentándose en la naturaleza una amplia variedad de mecanismos y modos en los cuales los seres vivos perciben este fenómeno, un ejemplo magnífico de esto lo brindan los murciélagos, quienes en compensación a la limitada visibilidad nocturna emplean el sonido como mecanismo de posicionamiento a través de las variaciones de su vibración, habilidad replicada por la tecnología humana para un gran número de instrumentos que han permitido incluso el desarrollo de la aeronáutica y la navegación, e incluso la exploración submarina y de las capas terrestres.
Del mismo modo, la vibración del sonido ha brindado múltiples beneficios en la medicina, empleándose en diversas técnicas de diagnóstico, como la ecografía, para producir imágenes de los órganos internos del cuerpo, o hasta para el desarrollo de terapias para tratar ciertos trastornos del sueño o para reducir procesos inflamatorios y aliviar el dolor.
Fonoautógrafo
Este artefacto, inventado por el francés Édouard-Léon Scott de Martinville y patentado el 25 de marzo de 1857, fue el primer dispositivo capaz de grabar sonidos.1 Podía transcribir sonido a un medio visible, aunque no disponía de un modo de ser reproducido después. El aparato consistía en una bocina que recogía las ondas hacia un diafragma al que estaba atado un hilo. Cuando llegaba el sonido, este vibraba y se movía y el sonido podía grabarse en un medio visible.
El fonoautógrafo fue el primer dispositivo capaz de grabar sonido, literalmente hablando. El sonido se grababa en forma de una línea con pequeñas variaciones sobre un soporte que constaba de un cilindro “ahumado” con el hollín de una lámpara, aunque después era imposible reproducirlo. A pesar de esta limitación, este artefacto sirvió para demostrar que la grabación de sonido era posible. También se empleaba para experimentar en el campo de la audición.
Previamente, ya se habían obtenido registros de movimientos vibratorios que producen sonido, utilizando diapasones de afinación y otros objetos al entrar en contacto con algún medio que permitía visualizar las ondas; pero nunca de ondas sonoras reales que se propagaban a través del aire u otros medios.
Con este invento, se consiguió transcribir las ondas sonoras, como también las ondulaciones u otras desviaciones, en forma de una línea trazada sobre un papel o un vidrio ennegrecido con humo. Pensado únicamente como un instrumento de laboratorio para el estudio acústico, también se podía utilizar para estudiar y medir visualmente la amplitud y las formas de las ondas de la voz y otros sonidos, o para determinar la frecuencia de un tono musical determinado en comparación con una frecuencia de referencia registrada simultáneamente.
No se entendió hasta después del desarrollo del fonógrafo que la onda grabada por el fonoautógrafo era precisamente una grabación de sonido que solo necesitaba un medio de reproducción adecuado para reproducirse.
Al parecer, nadie se dio cuenta antes de la década de 1870 de que las grabaciones, denominadas fonoautogramas, contenían suficiente información acerca del sonido como para poder, en teoría, ser usada para recrearlo. Los fonoautogramas se limitaban a la reproducción de una línea bidimensional insustancial, y la reproducción física directa era imposible para la tecnología de la época. (Imagen 10)
Imagen 10. Fonoautógrafo
Cimática, visualizando el sonido
La cimática es la ciencia que estudia la representación gráfica del sonido y surgió al otorgarle un significado creador al sonido. Los campos en los que se incluye esta investigación son fundamentalmente: la física, por su demostración empírica y más concretamente, la acústica, que estudia el sonido y las ondas y frecuencias del mismo; el arte, ya que los resultados plasmados son considerados obras artísticas que pueden obtenerse a partir de la música, y la filosofía, debido a que constituye el origen de esta novedosa ciencia.
La cimática es una ciencia muy reciente, se originó en 1950 con Hans Jenny. Sin embargo, se conoce que ya Da Vinci, Galileo y Robert Hooke realizaron observaciones sobre resonancia, más sólo este último las registró. (Imagen 11)
Imagen 11. Hans Jenny y la Cimática
En los experimentos de cimática, se hace vibrar la superficie de una placa, diafragma o membrana y aparecen regiones de desplazamiento máximo y mínimo en una cobertura delgada de partículas, pasta o líquido. En el medio aparece diferentes patrones según la geometría de la placa y la frecuencia de la vibración.
El aparato empleado para el estudio puede ser simple, como el bol tibetano o la placa de Chladni, o avanzado como el CymaScope, un instrumento de laboratorio que hace visible las geometrías inherentes dentro del sonido y la música.
El término genérico para este campo de la ciencia es el estudio de los fenómenos modales, retitulado cimática por Hans Jenny, médico suizo y pionero en este campo, para describir los efectos periódicos que el sonido y la vibración tienen sobre la materia. Uno de los primeros en registrar que un cuerpo oscilante desplegaba patrones regulares fue Galileo Galilei en 1632.
Investigación de Campo
Asistí a la biblioteca de la Escuela de Bellas Artes de Tultepec, en donde me recibieron en el área de control escolar de la licenciatura en Música.
La biblioteca es pequeña pero aun cuando me limitaron un área de búsqueda, pude obtener la información necesaria para la investigación documental de este proyecto.
La búsqueda fue restringida, pues el director de esta institución el Mtro. Juan Carlos Guerrero Rosales, comento que el acervo musical contaba con un importante archivo de composiciones que se encontraban en proceso de registro de obra. Solo pude ingresar al área de consulta sin fotografiar ni grabar nada.
Aun así, la visita a este edificio fue una gran experiencia. (Imagen 12)
Imagen 12. Escuela de Bellas Artes de Tultepec
Investigación experimental
Materiales:
-una lata de refresco vacía y limpia
-una lija
-un punzón
-silicón
-globo
-encendedor
-bolígrafo sin tinta
-tijeras
-tabla de madera 20 x 20 cm.
Imagen 13
Imagen 13. Materiales
Procedimiento
1.- Lijar la tapa de la lata, hasta que esta se desprenda
2.- Perforar con el punzón sobre la lata, un orificio a cada centímetro de manera lineal
3.- Cortar el globo por la mitad y colocar el extremo más ancho donde retiramos la tapa de la lata.
4.- En el extremo opuesto de la lata, perforar nuevamente, al centro un solo orificio.
5.- Sacar el repuesto vacío del bolígrafo y cortar 5cm del tubo.
6.- Colocar el tubo del repuesto en el orificio descrito en el punto 4 y fijarlo con silicón
7- Retirar la cubierta del encendedor y colocar la punta del cilindro dentro del tubo del repuesto.
8.- Fijar a la base el artefacto.
Obtuvimos un artefacto que construí con el principio del tubo de Rubens, usando materiales que encontré en mi casa, además de haber logrado mi principal objetivo, pues mi intención era visualizar el sonido.
Aprendí que el sonido es ese fenómeno que involucra la propagación de ondas a través de un medio.
Nuestro cerebro tiende a ignorar o dejar en un segundo plano lo que no podemos ver. Es un mecanismo de simplificación.
Es un hecho fácilmente demostrable que las ondas de sonido tienen un componente físico que se puede sentir a través de las vibraciones en el aire.
Paynter, J. (1999). Sonido y estructura (Vol. 1). Ediciones Akal.
Viscardi, R. (2012). Sonido y sistema: de la naturaleza al artefacto. Revista F@ ro, 1(15).
Macareno Solís, D. (2016). 432 Herz. El sonido de la naturaleza. FAMUS: Revista cultural de la Facultad de Música de la UANL, (15), 30-32
Importancia del Sonido (significado.com)
Trabajos premiados en el VIII Congreso Regional Investigadores Junior CMN-CARM (Curso 2016-2017)
http://www.cva.itesm.mx/biblioteca/pagina_con_formato_version_oct/apa.htm
Cymatics, el arte de visualizar las ondas de sonido (vídeo) | Computer Hoy
Sound is a vibration that travels in the form of pressure waves through a material medium such as air, water, or soil. These waves stimulate the receptors in our ears and are deciphered by our brain.
However, we are used to our brains associating sounds with an object, and concentrate on the object rather than the sound that produces it, this research was born from the restlessness generated by wanting to observe sound and its movement.
