Física 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.

T ubos 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 laembocadura 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 sepropaga 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 dela difracción tiene una gran importancia para comprender como se generan los armónicos.
 
Tubos Abiertos
          Debido al fenómeno de la reflexión se produce una onda estacionaria en el interior del tubo. Esta onda estacionaria proporciona dos Vientres en los extremos, con lo cual el sonido fundamental se produce cuando en el centro se forme un nodo.

Tubo Abierto produciendo su sonidofundamental
         l es la longitud de la onda, es decir el espacio que recorre la onda en un ciclo. Como tanto la onda de salida (verde) como la onda reflejada (rojo) solo realizan medio ciclo dentro del tubo, tenemos que la Longitud del Tubo es la mitad de la Longitud de Onda (l/2).
         La frecuencia del sonido fundamental, dependerá de la velocidad de propagación del medio "c" (aire =330 m/s) y de la Longitud de Onda (l).
En el caso del aire, en un segundo una onda recorrerá 330 metros, y tenemos una onda de l metros, si dividimos 330 / l obtendremos el número de ciclos que se sucederán en un segundo, o sea, la Frecuencia (Hz).
         Así tenemos que:
 y sabiendo que  L = l/2   →  
 
 y despejando obtenemos que la frecuencia fundamental del tubo es:
 
 
         Elsegundo armónico tiene lugar cuando en el interior del tubo se producen dos nodos.

Tubo Abierto produciendo su segundo armónico
         Entre cada dos vientres consecutivos habrá l/2 luego L = l/2  y la frecuencia del segundo armónico, f2, será:                  
 
 
 Pero como c/2L es igual a f1 se puede escribir:  f2 = 2 f1
 
         De todo esto podemos deducir que la frecuencia delarmónico de grado n, fn, será   fn = n f1
 
 
         Por lo tanto en un tubo abierto le longitud L, se pueden producir teóricamente, un sonido fundamental f1 = c/2L y todos los armónicos de dicho sonido fundamental de frecuencias 2f1, 3f1, 4f1, ... nf1
 
             
 
      
 
Tubos Cerrados
         En los Tubos Cerrados se produce un nodo en el extremo cerrado y un vientre en elextremo abierto. El sonido fundamental tiene lugar con un solo nodo y un solo vientre; el nodo para completar la onda estacionaria se forma fuera del tubo.

Tubo Cerrado produciendo su sonido fundamental
 
         Si como hemos dicho hasta ahora en el extremo cerrado se produce un nodo, y en todo extremo abierto se produce un vientre, en el tubo solo se formará una cuarta parte del ciclo de la...