Instrumentos De Viento

Introducción
 
Este tipo de instrumentos consta de uno o varios tubos sonoros, los cuales contienen una columna gaseosa capaz de producir el sonido al ser convenientemente excitada. Las vibraciones del gas contenido en un tubo sonoro son longitudinales, y de igual manera que en las vibraciones transversales de las cuerdas, se siguen formando ondas estacionarias con zonas de vibración nula (nodos) y zonas de vibración máxima (vientres).

Algunos de estos instrumentos se pueden ver en la figura. De izquierda a derecha tenemos: fagot, clarinete, saxofón alto, corno inglés, oboe y flauta.
Como podremos comprobar a lo largo de este estudio, la teoría de los tubos abiertos explicará la forma de vibrar del aire en la flauta, la de los cerrados servirá para el clarinete y los tubos de forma cónica servirán de base para el estudio del oboe y el fagot.

La nota más baja de estos instrumentos se consigue tapando todos sus agujeros, de manera que la columna de aire de su interior posea longitud máxima. La columna es acortada levantando los agujeros de manera sucesiva comenzando por el extremo abierto.
 
Principios de funcionamiento de los Instrumentos de Viento
La Acústica musical clasifica en dos grupos a este tipo de instrumentos de tubos sonoros.
Tubos Abiertos: Son aquellos que disponen de dos o más orificios.
Tubos Cerrados: Son aquellos que disponen de un solo orificio.
 La generalidad de instrumentos de viento convencionales están formados por tubos abiertos, quedando los cerrados para casos muy concretos como son ciertos tubos de órgano, el Clarinete, la Flauta de Pan y algún otro.
         La excitación de la columna gaseosa en estos instrumentos se hace por medio de una embocadura, cuya misión es comunicar el movimiento vibratorio a la referida columna. La abertura donde se encuentra la embocadura no puede ser un nodo, pero tampoco debe ser necesariamente un vientre, pudiendo estar el punto de excitación en un lugar intermedio. De la misma forma no es necesario que las aberturas del tubo coincidan con los extremos. Las aberturas situadas a lo largo del tubo tienen por objeto el dividir la columna gaseosa en segmentos, produciendo cada una de ellas una frecuencia propia.
En los extremos abiertos la reflexión que se produce está en función de la anchura del tubo y de la abertura, comparada con la longitud de onda que se propaga por el tubo. En el caso de los instrumentos musicales el tubo es demasiado estrecho y no se puede disipar toda la energía en el extremo abierto, por lo que se produce el fenómeno de la reflexión. La reflexión hace que se produzca un vientre en dicho extremo abierto. Dicho de otra manera: "En todo extremo abierto de un tubo sonoro se produce un vientre". Esto ultimo junto con el fenómeno de la difracción tiene una gran importancia para comprender como se generan los armónicos.


Se puede hacer otra división de los tubos atendiendo a la forma de producir la vibración.

a) embocadura de flauta                           b) embocadura de lengüeta.
a) Tubos de embocadura de flauta: en estos tubos, el aire que procede del fuelle, penetra a través de la embocadura a una velocidad c, de donde pasa a la columna de aire a través de un orificio L llamado luz, encontrándose con la boca del tubo y chocando con el labio superior S en forma de bisel, originando unos torbellinos que dan lugar a que el chorro de aire unas veces se dirija hacia el exterior y otras hacia el interior del tubo, apareciendo las vibraciones propias del mismo. El extremo opuesto a la embocadura puede ser abierto o cerrado.

b) Tubos de embocadura de lengüeta: el aire que penetra por la embocadura llega a la cámara C, de tal forma que para pasar el tubo, tiene que hacerlo a través de la ventana V, delante de la cual se encuentra una lengüeta I, generalmente metálica. Si se trata de un tubo de lengüeta batiente, es ésta un poco mayor que la ventana y en su posición de equilibrio queda como se indica en la figura, pero debido a la corriente de aire puede llegar a tapar por completo la ventana hasta que por su elasticidad, vuelve a dejar paso libre, y así se crea la vibración. En los tubos de lengüeta libre, ésta es menor que la ventana y su posición de equilibrio es la que coincide con la ventana, aunque por su tamaño nunca la cierra por completo, por lo que la vibración que en ella produce el aire, origina modificaciones de presión en el tubo y la consiguiente emisión de sonido.


Generación de las diferentes notas
Generalmente, los instrumentos de viento poseen un único tubo sonoro (a excepción del órgano), por lo que para poder generar las diferentes notas se recurre a diversos artificios con la finalidad de variar la longitud de la columna de aire. Los procedimientos para llevar a cabo esta variación son básicamente dos.
El primero consiste en perforar a lo largo del tubo una serie de orificios de tamaño y posición convenientes. Estos agujeros se pueden tapar, bien con los dedos (flautas) o con llaves (saxófonos, clarinetes, etc.).
Un segundo método consiste en añadir porciones de tubo que se conectan al principal mediante pistones (trompeta), o llaves (trompa) o tubos deslizantes (trombón de varas).

 
   
                                                                                    

Clasificación de los Instrumentos de Viento

Clasificación General
Podríamos realizar una clasificación en dos grandes grupos teniendo en cuenta el material del que están fabricados: tubos de madera y tubos de metal.

Tubos de Madera
Como se ha estudiado anteriormente, en todos los instrumentos de viento se genera una onda estacionaria longitudinal en su interior, y para producir esa onda se necesita una fuente sonora. ésta puede ser de dos tipos, atendiendo a la cual se forman dos grandes grupos de instrumentos de viento:
a) La flauta y sus derivados, que utilizan una corriente de aire oscilante.
b) El clarinete y sus derivados, que utilizan las vibraciones mecánicas de una pequeña pieza de material elástico, la lengüeta. Dentro de este grupo se pueden distinguir:
        b.1) Los que tienen una lengüeta simple, tales como el clarinete y el clarinete bajo.
        b.2) Los de doble lengüeta, como el oboe, corno inglés, fagot y contrafagot.
A continuación pasaremos a describir brevemente algunos de estos instrumentos musicales.

La flauta y sus derivados   

     Antiguamente las flautas se hacían de madera, pero ahora generalmente se construyen con metales como el platino, oro, plata y diversas aleaciones. Las flautas de plata poseen un sonido brillante y las de platino son preferidas por algunos flautistas, ya que la alta densidad de este metal las hace menos sensibles a las variaciones de temperatura. Las de oro suelen ser poco brillantes.

Supongamos que tenemos el tubo de la figura anterior, al cual le insuflamos una corriente de aire bajo presión, que no se divide en dos, como se podría suponer, sino que empieza a vibrar a los lados del material de la cuña constituyendo la fuente productora de ondas sonoras.  La frecuencia del sonido emitido dependerá de la distancia de la hendidura a la cuña y de la velocidad del aire suministrado.
         
Al soplar por el extremo libre de la embocadura, la columna de aire entra en vibración y produce un tono determinado, cuya frecuencia de oscilación viene determinada por la de resonancia. La frecuencia de resonancia del sistema es de un valor muy próximo a la del tubo. La resonancia del sistema mantiene constante la frecuencia para pequeñas variaciones de la velocidad de la corriente de aire, no obstante, si ésta velocidad aumenta considerablemente, el sistema resonará con el primer múltiplo de esa frecuencia; cuando se logra esto, se dice que el tono se ha producido por sobre-soplado.

Como ya hemos estudiado, modificando las dimensiones de la columna de aire destapando los agujeros, logramos que el instrumento produzca tonos diferentes.
El cuerpo de la flauta popular consta de tres secciones:
a) boquilla o cabeza, conteniendo el agujero de la boca y una lámina de corcho para el perfecto ajuste de la pieza.
b) cuerpo principal, con la mayor parte de las teclas o llaves de trabajo.
c) pie con la llave para el meñique de la mano derecha.
La columna de aire del instrumento es cilíndrica con un diámetro aproximado de 1,9 cm, excepto en la boquilla, donde es cónica, con un diámetro en la parte más estrecha de 1,7 cm La máxima longitud es de 67 cm, un tubo abierto de esa longitud tiene una frecuencia de resonancia correspondiente al DO#4 pero debido a la constitución práctica de la flauta, la nota real más baja producida es DO4. La flauta en SOL es aproximadamente tres veces más larga que la convencional y suena una cuarta más baja, en cambio, el píccolo o flautín es la mitad de largo, y suena una octava más alto (más agudo), siendo su sonoridad muy brillante.
La flauta se toca en posición horizontal, en uno de sus extremos se encuentra la embocadura, en la que mediante los labios se insufla aire dentro del tubo. Los distintos sonidos se obtienen tapando y destapando las llaves o los agujeros del cuerpo de la flauta, acortando o alargando de esta manera, la longitud de la columna de aire en el tubo, produciendo diferentes frecuencias. Si disminuye la longitud, aumenta la frecuencia (sonidos agudos), mientras que si las columnas aumentan su longitud, disminuye la frecuencia de los sonidos producidos (sonidos graves).



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El Clarinete
El clarinete tiene una sola lengüeta de caña y se fabrica de madera, siendo el tubo casi cilíndrico. la columna de aire del tubo permite mantener la vibración producida en la lengüeta y hace que su frecuencia de vibración coincida con la frecuencia de resonancia de la columna. El resto del mecanismo acústico es similar al de la flauta, ya que se consiguen las diferentes notas alargando o acortando el tubo, cerrando o abriendo los agujeros.



Existe una diferencia notable entre la escala del clarinete y la de la flauta, por el hecho de estar cerrado el tubo por un extremo, la columna de aire vibra según los modos impares del fundamental, por lo que el segundo modo de vibración es de una frecuencia triple a la del fundamental, que musicalmente equivale a una octava más una quinta.


La longitud del clarinete es de alrededor de 66 cm, así para la nota más baja del registro es en la llave que se encuentra alrededor de 22 cm a partir del extremo inicial, mientras que la nota más alta, tiene el registro en el agujero abierto a 25 cm, desde la embocadura. Su máxima radiación energética se realiza a través de los agujeros.

En este instrumento los registros más agudos suenan claros y expresivos, pudiendo comparársele al violín, siendo su sonido áspero en los graves y de gran belleza en los agudos.



El Oboe, el Fagot y el Corno Inglés
El oboe y el fagot, son básicamente tubos con columnas de aire cónicas en los que un extremo ha sido cortado para introducir una lengüeta doble, consistente en dos mitades de caña que se golpean una con otra. La columna cónica vibra con los modos impares, sin embargo tienen un sobre-soplado de una octava.
El oboe es un cono recto hecho esencialmente de tres piezas de madera, todas con sus correspondientes llaves denominadas, inferior, superior y campana. La lengüeta se une a una pieza cónica de metal llamada horquilla, que se inserta en la parte superior. Las piezas superior e inferior tienen seis agujeros para la escala básica, que se extiende desde RE4 hasta DO5. Los agujeros y llaves adicionales en la pieza inferior y la campana permiten llegar hasta SI3b por debajo y hasta DO6 por arriba. Como la frecuencia fundamental del cono completo es la misma que la de un tubo abierto de la misma longitud, el oboe tendrá un tono fundamental similar al de la flauta y una octava más alta que el del clarinete.


El fagot está constituido por un cono con una longitud total de 254 cm, curvado para reducir sus exageradas dimensiones. El extremo del fagot está formado por una pieza de metal rematada en punta, llamada boquilla, que tiene un diámetro de unos 4 mm, donde va colocada la lengüeta.

La boquilla se dobla primero hacia arriba y luego hacia abajo y está insertada en una unión volada hecha de madera que tiene tres agujeros en la escala básica. Estos agujeros están demasiado separados para una misma mano, por lo que la madera se espesa formando un ala y se perforan los agujeros en oblicuo. La bota, sección de madera donde está colocada el ala, tiene tres agujeros en la parte de abajo para la mano derecha. Una pieza metálica con forma interna de "U" ensambla la parte de abajo de la bota con el resto del instrumento.

 Por último, en la parte de arriba de la bota va encajada la campana, que consigue ese tono metálico característico del fagot. En el extremo de la campana, el diámetro interior del tubo se ha incrementado en 4 cm La escala básica del fagot se extiende desde el SOL2 al FA3 alrededor de la mitad de la longitud total del instrumento se utiliza solamente para producir notas por debajo del SOL2 hasta llegar al SI1. Su sonido es sin brío y burlón, de rica expresividad y sonoridad, con un tratamiento acústico de poca reverberación. El sobre-soplado eleva una octava el tono, produciendo notas desde el SOL3 al RE4



Existe otro tamaño de fagot que suena una octava más bajo que el normal, se denomina contrafagot. Este instrumento tiene una sonoridad rica y grave, sobre todo en registros bajos.
El corno inglés es un oboe que genera una quinta más baja, con una sonoridad más llena.

Tubos de Metal
En este grupo se encuentran las trompetas, trompas, trombones, tubas, tubas wagnerianas, saxofones, sarrusofones, tubos de órgano metálicos, cor de chasse francés y las trompas guerreras africanas.
Desde el punto de vista acústico, los instrumentos de metal se clasifican dentro de los de viento, pero las diferencias con los de madera son muy importantes. Las diferencias más importantes son:
a)  Para obtener las notas que existen entre los modos consecutivos, los instrumentos de metal emplean llaves que alargan o acortan la columna de aire o añadiendo o retirando piezas de tubo, al contrario que en los de madera, donde se tapaban o destapaban agujeros.
b) En lugar de mantener las vibraciones mediante lengüetas o corrientes de aire,  se hace a partir de las vibraciones de los labios del músico. 
c) Los instrumentos de metal utilizan muchos más modos de resonancia de la columna de aire que los de madera, es más, algunos sólo utilizan los distintos modos para alcanzar diferentes notas, sin poseer un teclado accesorio.

Las trompetas, trompas, trombones y las tubas se componen de cuatro elementos:
a) la boquilla, 
b) el tubo extendido a lo largo del instrumento con sus partes cilíndrica y cónica,
c) las válvulas, y 
d) el pabellón, que es la parte ancha abierta al extremo opuesto de la boquilla. El tamaño y forma del pabellón influye en el timbre del instrumento.
El trombón por lo general no tiene válvulas y su vara hace alargar o acortar la longitud del tubo. Los trombones bajos, en su mayor parte, además de la vara que prolonga el tubo y ayuda a conseguir los sonidos más graves, poseen una válvula.

La boquilla es una pequeña copa con un reborde para acomodar los labios, esta copa está conectada a un tubo de pequeño diámetro en relación con el resto del instrumento. En las bajas frecuencias la boquilla presenta una distorsión en el tono real producido por los labios, ya que cuando las ondas tienen mayor longitud en comparación con el tamaño de la boquilla, ésta introduce un pequeño alargamiento en el tubo. En frecuencias altas, sin embargo, no existe este problema y la boquilla prácticamente no introduce variación en la nota producida por el instrumento.

La colocación de la campana en el extremo final de los instrumentos de metal está justificada para obtener los modos altos de vibración de la columna de aire. La campana consiste en un incremento progresivo del diámetro en el final del tubo, lográndose un aumento en la producción de armónicos, por lo que la adición de la campana influye de una manera notable en la parte alta de la respuesta en frecuencia, y su forma exponencial proporciona una radiación óptima.

El Saxofón
El saxofón puede ser considerarlo un instrumento  híbrido, pues consta de una boquilla con una lengüeta simple, como el clarinete y de un tubo cónico de metal como el fagot. El sobre-soplado eleva el sonido una octava como en el oboe y el fagot, mientras que el teclado es similar al del clarinete.

Existen cinco tipos clásicos de saxofón, siendo los dos más comunes, el soprano y el bajo, con las notas más bajas LA3 y LA1 respectivamente. El bajo hace una curva muy pronunciada mientras que el soprano es totalmente recto.


Cuando un instrumento de madera se toca, lo que se oye es el sonido radiado, no la onda estacionaria en su interior. La opinión generalizada de que el sonido creado en la boquilla viaja a través de todo el tubo, para finalmente salir por la campana, es totalmente falsa.

La campana de un instrumento no trabaja en ninguna nota excepto cuando todos los agujeros principales están tapados (las dos notas más bajas). Para demostrar esto, se puede suprimir la campana de un clarinete, por ejemplo, sin notar una diferencia apreciable a lo largo de toda una ejecución musical.

 De igual manera, la campana de un fagot puede suprimirse sin cambio aparente para las notas altas. Todo este razonamiento no sirve para los instrumentos de metal, en los cuales todo el sonido proviene de la campana para todas las frecuencias.


La Trompeta
La trompeta, se puede considerar como el instrumento generatriz de todo el grupo de metal, como la flauta en la madera. La longitud total aproximada del tubo es de 137 cm, formando una vuelta completa. El diámetro interior del tubo es de 1,1 cm en la boquilla y de 11 cm en la campana. Aunque existen varios modelos de trompetas, el más generalizado es el de SIb. Para los tonos que quedan entre armónicos consecutivos, se utiliza un teclado compuesto por tres válvulas convirtiéndose en un instrumento cromático. El tubo es cilíndrico en los 2/3 de su longitud y cónico en el 1/3 restante.


El Trombón
El trombón es un instrumento que difiere de la trompeta en la manera de conseguir las distintas longitudes del tubo sonoro. El incremento de longitud se logra en el trombón con una pieza en forma de "U" que alarga la curva de la vuelta completa. El diámetro interior varía desde 1,3 cm en la boquilla, hasta 20 cm en el entremo de la campana, ocupando ésta una tercera parte de la longitud total del trombón, siendo por tanto, un tubo cilíndrico que termina en forma de pabellón, con una embocadura cóncava. Existen dos modelos muy utilizados: el SIb (tenor) y el bajo (SOL) no resonando ninguno por encima del octavo modo.


Las notas se producen al mover la corredera a lo largo del tubo principal. La corredera es un tubo móvil que se desliza sobre el tubo principal, según se desee, y que por tanto, permite variar su longitud. Se puede comparar con el violín, ya que en los dos casos, los ejecutantes, tienen que conocer de oído las posiciones correctas de las notas. El timbre del trombón es potente, con un registro bajo, más lleno y fuerte que en el caso de la trompeta.

El trombón tiene dos inconvenientes, uno es que el ejecutante tiene que hacer un breve silencio entre notas, durante los que cambia con rapidez la posición de la vara, para preparar la emisión de la siguiente nota. El segundo problema es la dificultad que tiene para realizar pasajes rápidos por lo expuesto anteriormente.

Los instrumentos de metal generan una potencia acústica sólo superada por los de percusión. El trombón por ejemplo pone en el aire 5 vatios de potencia sonora. En un fortísimo es el metal el que puede enmascarar el resto de los grupos de instrumentos de una orquesta sinfónica, sin embargo, las ondas estacionarias en el interior de los instrumentos de este grupo son similares a las de madera.

Los sonidos producidos en la boquilla de una trompeta y de un clarinete tienen tan sólo una diferencia de unos 6 dB, pero el sonido final emitido en uno y otro difieren en varias decenas de dB, esto es debido al efecto de la campana (en todas las frecuencias en la trompeta y sólo para las muy altas en el clarinete) y a la gran direccionalidad del metal.








La Trompa
 
La trompa está formada por un tubo largo y estrecho de forma cónica enrollado hasta terminar en un pabellón abierto, con una embocadura de forma cónica.
Como ya se ha comentado, en estos instrumentos la producción sonora está controlada por los labios del intérprete, que actúan como una lengüeta doble, cuando el intérprete hace presión con ellos sobre la embocadura.

Variando la presión de los labios y la fuerza del soplo, se pueden producir un número limitado de notas, resolviéndose esta limitación mediante el mecanismo de válvula, que permite variar la longitud de la columna de aire dentro del tubo principal de la trompa. Este mecanismo cierra y abre la circulación de aire según lo desee el ejecutante, dentro de unas piezas adicionales que se encuentran en el tubo principal de este instrumento.

La trompa tiene tres válvulas que controlan la emisión sonora de los tres tubos adicionales (de diferente frecuencia), permitiendo tocar la escala cromática casi completa.
Se puede cambiar el timbre, mediante uno elemento auxiliar como es la sordina, que reduce la sonoridad y cambia el timbre del instrumento. Esto se puede obtener también introduciendo la mano dentro de la trompa, con lo que se acorta la longitud del tubo, elevando por lo tanto un semitono la nota.



La Tuba
Uno de los instrumentos de viento que produce señales más graves, entre los de metal es la tuba, formada por un tubo cónico y el mecanismo de válvulas de la trompa con la embocadura cóncava. Para poder generar la escala cromática completa, posee cuatro o cinco válvulas.



 El órgano
Cada órgano posee un número muy elevado de tubos que son accionados con aire mediante un teclado. La parte baja de esos tubos se relaciona con lo que habíamos llamado boquilla (también los hay de lengüeta y de corriente de aire oscilante). De esta manera un tubo de órgano está esencialmente constituido por dos piezas muy diferenciadas, la inferior productora de un tono y la superior, de considerable mayor longitud, resonadora.



Debido a la gran cantidad y al tamaño de los tubos, es necesario insuflar el aire es impulsado hacia los tubos deseados a través de una caja de distribución mediante mecanismos especiales ayudados por fuelles. Al apretar una tecla, el aire del canal se introduce en el tubo correspondiente, que se cierra, por medio de un resorte, al cesar la presión sobre la tecla.

Con el fin de conseguir todos los tonos deseados, se necesitan todos los tipos de tubos: abiertos, cerrados, semicerrados, con embocaduras, lengüetas, diapasones y orificios laterales. Los tubos son generalmente de estaño, con una longitud que varía desde unos centímetros hasta varios metros.


         El órgano produce un sonido pastoso, siendo el más completo y potente de los instrumentos musicales. Este instrumento necesita mucha reverberación y conviene tener en su parte posterior a unos 70 cm una superficie reflectante para mejorar su sonoridad.

Fin