¿Cómo funciona la física de una trompeta, dado que solo hay tres válvulas, cómo son posibles tantas notas?

Ya hay un par de otras respuestas buenas y precisas aquí, pero ninguna de ellas profundiza en los detalles de tocar la trompeta. En cambio, las respuestas se centran en la física en lugar de tocar la bocina. Para entender cómo funciona una trompeta, comience con una corneta.

Una corneta es simplemente una trompeta sin válvulas. El tubo se enrolla una o una vez y media para que el instrumento sea más fácil de manejar. Puede haber alrededor de 5 pies de tubo. La longitud del tubo es importante, porque determinará qué tonos podrá tocar la corneta. En general, cuanto más largo sea el tubo, más bajo será el tono. Sin embargo, los tubos más pequeños y estrechos resultan en pasos más altos. El diseño de la corneta (y más tarde, la trompeta) logra un equilibrio entre el ancho o la estrechez de la tubería y la longitud total de la tubería.

Para los propósitos de este ejemplo, supongamos que tenemos la longitud de tubo adecuada para que la primera nota que pueda tocar sea una C. baja Según la longitud del tubo para el instrumento, esta es la nota que sale naturalmente cuando pones tus labios en la boquilla y los tocas suavemente.

Sin embargo, también es posible tocar varias otras notas en este instrumento sin válvula, simplemente aumentando la cantidad de presión utilizada para empujar el aire a través de los labios del jugador en su camino hacia el instrumento. Las notas disponibles están determinadas por los armónicos que resultan de acuerdo con las leyes de la física, y las notas disponibles en este clarín son: C, seguido de una G, que es una quinta perfecta más alta que la C.

Luego, al continuar aumentando la presión, la siguiente nota que aparece en secuencia es una cuarta perfecta más alta que la G, y también una octava perfecta desde la C baja: una C. media A continuación, aplicando un poco más de presión de aire, la nota que ocurre naturalmente es una tercera mayor, una E. Una presión más alta aún producirá una tercera menor, o una G, (también una octava perfecta por encima de la G jugada anteriormente).

A medida que aumenta la presión, también se hace más difícil tocar las notas más altas, pero a estas alturas verá emerger un patrón. Después de la G alta, la siguiente nota que ocurre naturalmente será un segundo mayor, seguido de un segundo menor. En los niveles más altos del instrumento, utilizando solo los labios y el aire, es posible tocar prácticamente cualquier nota, simplemente ajustando el flujo de aire. Sin embargo, debido a que la cantidad de presión de aire requerida para esto es muy significativa, pronto alcanza el límite físico de la cantidad de presión que un jugador puede producir razonablemente.

Recuerde, todo esto es con una corneta, esencialmente una trompeta sin válvulas. Sin embargo, también es exactamente el mismo resultado que se encuentra en una trompeta normal sin válvulas presionadas.

Cuando agrega una válvula que alarga la cantidad de tubo lo suficiente como para reducir el tono en 1/2 paso, entonces tiene todas las mismas notas que las relacionadas, pero medio paso más abajo. Si agrega otra válvula que alarga el tubo lo suficiente como para reducir el tono en un paso completo, ahora tiene un tercer conjunto de notas que ocurren un paso completo por debajo del tono original. Finalmente, combinando las válvulas de alargamiento del tubo uno y dos, puede alargar el tubo del instrumento lo suficiente como para bajar el tono en un paso y medio completo, lo que le da acceso a todas las notas en posiciones de C a B natural a B plano y A, junto con todas las notas armónicas, un quinto perfecto arriba, luego un cuarto perfecto, un tercio mayor, etc., en relación con cada combinación de válvulas.

Para agregar las notas restantes, se requiere una tercera válvula, que en realidad es equivalente en el valor de alargamiento del tubo de las válvulas una y dos combinadas. La tercera válvula, cuando se usa en combinación con la válvula uno y / o la válvula dos, finalmente le permite alargar el tubo del instrumento lo suficiente como para lograr una escala cromática y tocar cada nota requerida.

Curiosamente, un trombón hace lo mismo, y es más fácil de visualizar, ya que el jugador literalmente alarga o acorta el tubo del instrumento de acuerdo con la nota necesaria. Debido a que la trompeta se lanza una octava más alta, las válvulas son más apropiadas ya que proporcionan una mayor precisión y control de los elementos armónicos.

Cada nota tiene una serie de armónicos : otras notas cuyas frecuencias son la frecuencia de la primera nota multiplicada por 2, 3, 4, etc. Aquí hay una tabla de Wikipedia, que muestra los armónicos de una C baja:

Los labios del trompetista vibran para producir sonido, y la longitud del tubo de la trompeta determina la nota fundamental que se producirá, lo que a su vez determina los armónicos. (Una longitud de tubo dada solo vibrará con simpatía con algunas frecuencias, que se pueden encontrar en función de la longitud de onda de esas frecuencias. Aquí hay una página que encontré que describe ese proceso: http://www.studyphysics.ca/newno …)

Las válvulas dan 2 ^ 3 = 8 posibles longitudes de tubo (que también se pueden ajustar con un pequeño tobogán estilo trombón, para fines de ajuste). La combinación de esas 8 longitudes y los armónicos de sus tonos fundamentales asociados dan muchas más de ocho notas.

Las tres válvulas se pueden usar en diferentes combinaciones. En teoría, hay 2 ^ 3 = 8 combinaciones diferentes:

(ninguno), 1, 2, 3, 1 + 2, 1 + 3, 2 + 3 y 1 + 2 + 3. Sin embargo, hay diferentes notas que se pueden tocar con la misma configuración de botón simplemente soplando más fuerte o más suave . La posición abierta, por ejemplo, se puede usar para una C baja, una C alta o una G media.

La ciencia de esto es que estas tres notas diferentes tienen una longitud de onda para la cual un número par de ondas puede caber en la longitud de la trompeta. Cada válvula en la trompeta abre o cierra un “camino lateral”, y ese camino lateral cambia la longitud total de la trompeta de la boquilla a la campana. Teóricamente, cualquier longitud de onda de la que pueda caber incluso múltiplos en esta longitud de ruta se puede reproducir. Para obtener las notas realmente altas, el jugador debe poder jugar con gran fuerza. En la práctica, existe un límite superior impuesto por esta dificultad.

Como ejemplo, digamos que una nota tiene una longitud de onda de 40 cm y otra tiene una longitud de onda de 60 cm. Se podría usar una configuración de la trompeta que diera una longitud de camino de 120 cm para hacer cualquiera de estas notas, ya que 120 es divisible por 60 y 40. También podría con más energía hacer notas de tono más alto (el tono alto tiene onda baja baja ), como las de 30 o 20 cm. Cada una de estas sería en realidad las dos notas anteriores, una acta más alta, ya que una octava es realmente una reducción a la mitad o la mitad de la longitud de onda.

Tenga en cuenta también que la combinación del “botón 3” solo no se usa realmente. La escala de música convencional tiene 7 pasos completos y 5 medios pasos adicionales. La combinación de 7 configuraciones es todo lo que una trompeta se usa regularmente para producir.

NB: Esto es diferente a un piano o guitarra, donde la nota se establece por la longitud de la cuerda que se toca. Si bien teóricamente una cuerda vibrada dos veces más rápido con 4 veces más energía aumentaría una octava, la forma en que se sujeta la cuerda en cada extremo hace que estas frecuencias más altas sean superadas en gran medida por una versión más alta de las frecuencias más bajas. La trompeta tiene aire forzado a través del cual el jugador puede subir el sonido una octava, mientras que la cuerda se sienta en el aire y lo vibra. Por lo tanto, un trompetista tiene un cierto grado de control, pudiendo comprimir más el aire y pasarlo más rápido para subirlo una octava. Un instrumento de cuerda no puede cambiar el contacto al aire, sino que aumenta la octava pellizcando la cuerda a la mitad de su longitud anterior.

Los instrumentos de latón son completamente diferentes de los instrumentos de viento de madera. Puede tocar varias notas con una disposición de válvulas, controladas por la fuerza con la que sopla y la fuerza con la que aprieta los labios. Sin válvulas presionadas, puede tocar una C, una G, una C alta, una E alta, una G alta, una Bb alta, una C alta y muchas más notas.

La combinación de valeves presionados junto con tus labios y el tono que hacen son lo que hace posible tocar muchas notas diferentes en la trompeta.

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