MÚSICA Y FÍSICA: PRIMERA PARTE

Por Susana Hortigosa García. Diplomada en Magisterio de Educación Musical y estudiante de Ciencias Físicas.

I: ESCUCHANDO A VERMEER

¿Cuál es su cuadro favorito? Yo no sabría decidirme, pero sí sé que pasaría horas admirando la Vista de Delft de Vermeer. Me fascina esa melancolía que parece bañarlo todo, esa especie de cualidad de recuerdo que impregna el cuadro y que nos hace evocar como enterrado en nuestras memorias más preciadas un paisaje que no hemos visto jamás.
 

 
Vermeer: Vista de Delft
 

    Permanezco observando la pintura, y cuando quiero acercarme, algo, tal vez un gesto fugaz de mi mano, proyecta una sombra sobre el lienzo. Vuelvo a hacerlo, esta vez intencionadamente. Me gusta ver cómo la luz juega sobre las rugosidades de la pintura, añadiendo matices nuevos a los colores, oscureciéndolos o aclarándolos, como un músico que afina su instrumento. Al fin y al cabo es casi igual, me digo. Un cuadro hermoso, una melodía conmovedora, las olas del mar, la voz del ser amado, un corazón que late junto al oído... todos son en esencia, de distintas formas, lo mismo: ondas. Un color azulado, un sonido agudo o un mar agitado son más semejantes de lo que en principio pudiera parecer. Y me quedo allí, escuchando a Vermeer, viendo los pasos de alguien que se acerca...

II: ESENCIAS

La onda:
 

"Para mucha gente, quizá para la mayoría, la palabra 'onda' trae a la mente una descripción de un océano, con las olas barriendo la playa procedentes del mar abierto. Si se ha examinado y pensado sobre este fenómeno puede que se saque la apreciación de que pesar de toda su grandeza contiene algún elemento de contradicción. Al ver las crestas cabalgando, se adquiere un cierto sentido de asalto masivo por el agua sobre la tierra, y verdaderamente las ondas pueden hacer un gran daño, lo que equivale a decir que son portadoras de energía, pero, a pesar de todo, cuando las ondas u olas han roto y vuelto hacia atrás, el agua está prácticamente en el mismo sitio respecto a la playa que estaba antes. La avalancha hacia delante no significa un movimiento físico del agua. Las olas largas del mar abierto se mueven rápidamente y van muy lejos. Las olas que alcanzan la costa de California tienen sus orígenes en las tormentas de Pacífico Sur a una distancia superior a los 15 000 km y han recorrido esta distancia a una velocidad de 60 km por hora o más aún. Evidentemente, el mismo mar no se ha movido de este modo espectacular; simplemente ha jugado el papel de agente mediante el cual se transmite un cierto efecto. Y aquí tenemos la característica esencial de lo que se denomina movimiento ondulatorio. Se transmite una propiedad de un lugar a otro por medio de un medio, pero el medio en sí mismo no se transporta. Puede relacionarse un efecto local a una causa distante y existe una diferencia de tiempo entre la causa y el efecto que depende de las propiedades del medio y encuentra su expresión en la velocidad de la onda. Todos los medios materiales, sólidos, líquidos y gases, pueden transportar energía e información por medio de ondas (...)"¹
 

Está usted sentado en su sala de música, en completo silencio. El aire que le rodea se compone de moléculas de distintos gases, principalmente nitrógeno y oxígeno, entre las cuales hay una considerable cantidad de espacio vacío.
 

 

    Pero las moléculas no están quietas en este espacio vacío. Por increíble que parezca, las moléculas del aire que le rodea, por mucho que no haya corrientes ni ruido alguno, se mueven a velocidades pasmosas (cuanto más calor haga, a más velocidad se mueven), chocando furiosa y desordenadamente entre ellas y con todo lo que encuentran a su paso, incluso con sus tímpanos. El resultado de estos choques es la presión sobre las superficies golpeadas por las moléculas. Ya sabe, aunque volveremos sobre este tema en ulteriores artículos, que cuando el aire ejerce una presión sobre su tímpano usted percibe un sonido. ¿Por qué, entonces, no oye usted nada, con millones de moléculas golpeando sus preciados oídos? Porque los impactos que recibe en un lado del tímpano son perfectamente compensados con los que está recibiendo al mismo tiempo por el otro lado debido al aire contenido en la trompa de Eustaquio, un pequeño tubo situado en interior del oído. Así que el tímpano no se mueve y usted, por tanto, no percibe sonido alguno.

    Sin embargo, la presión del aire sobre sus tímpanos no es siempre constante: los cambios de temperatura, de presión atmosférica, etc., la harán variar. La trompa de Eustaquio sigue siendo eficaz en estos casos, porque los cambios en la presión ocurren muy lentamente y tiene tiempo de actuar. Sin embargo, si el cambio es brusco la trompa de Eustaquio no podrá compensarlo, el tímpano se moverá y percibiremos un sonido. De hecho, a veces se define el sonido como una variación rápida de la presión del aire...

Sonido:

Continúa usted en su sala de música. Ahora toma su instrumento y toca, aproximadamente, un la central del piano, el que se usa para afinar. También puede usar un diapasón.

    En el momento en el que usted emite la nota ocurren tres fenómenos, a cuál más interesante:

• Las moléculas del aire dejan de moverse de forma aleatoria por la habitación, ya que todo alrededor del instrumento se producen una serie de esferas concéntricas (algo así como si el instrumento fuese el epicentro de un "terremoto" molecular). Cada metro, aproximadamente, las moléculas de aire se apelotonan, mientras que en la zona que separa estas esferas de moléculas apelotonadas, las moléculas tienden a separarse. Si hubiera usted tocado otra nota, tendríamos las mismas esferas, pero con una separación diferente. Por ejemplo, si hubiera tocado una octava más baja, la distancia entre las esferas sería de dos metros en lugar de uno.
   
• La temperatura en las zonas donde hay aglomeración de moléculas es ligeramente mayor que donde están dispersas. No es una diferencia notable, pero es importante para el asunto que nos ocupa puesto que, unida al anterior efecto, lleva a que entre nuestras esferas exista una diferencia de presión. ¿Recuerdan lo que decíamos en el apartado anterior?
   

• En las esferas de moléculas apelotonadas, dichas moléculas tienden a moverse alejándose del "epicentro" (el instrumento), mientras que en las zonas entre ellas las moléculas tienden a ir precisamente en el sentido contrario: hacia el instrumento. Este efecto, junto a la diferencia de presión, es característico del sonido. El oído humano responde a ambos, si bien la diferencia de presión es el factor dominante.
   

    Así que tenemos una variación de presión que se mueve desde el instrumento hacia fuera. Ojo, lo que se mueve no son las moléculas: si así fuera, notaríamos una corriente de aire, pero lo cierto es que el aire permanece quieto. Lo que se mueve es la variación de presión, igual que en el mar se mueven las olas hacia la playa mientras el agua se queda donde estaba, o igual que se mueve la "ola" que hacen los espectadores en un campo de fútbol, pero ellos permanecen en sus sitios.

    Esta variación de presión que ha producido su instrumento es bastante pequeña, pero se mueve a una velocidad de 340 metros cada segundo (en el aire), lo cual es decididamente mucho. Es tan rápida que a su trompa de Eustaquio no le da tiempo a compensarla, con lo que su tímpano se mueve y usted oye la nota.

    Por cierto: instantes después de producida la nota, las variaciones de presión (es decir, las ondas) comienzan a rebotar con todo a su paso, especialmente paredes, suelo y techo. Esto produce multitud de ondas "rebotadas" que vendrían a complicarnos bastante el asunto si las tuviéramos en cuenta (que se lo digan a algún arquitecto que haya tenido que diseñar un auditorio), cosa que no vamos a hacer de momento. Por ahora nos quedamos con el mecanismo básico, que es el que hemos visto.

Música:

Bien, ha llegado el momento de reconocer que les hemos mentido un poco. Todo lo anterior habría ocurrido si hubiéramos producido una onda pura, un la pelón. Pero esto solo puede hacerse con un programa informático; el sonido producido por un instrumento musical, sea el que fuere, es en realidad una amalgama de ondas, con "zonas de apelotonamiento" a distintas separaciones, como la superficie del océano, pero en tres dimensiones. Volveremos sobre ello en artículos siguientes.

Seguramente ha oído hablar del experimento consistente en colocar un reloj despertador dentro de una campana de vidrio mientras está sonando, y a continuación sacar todo el aire del interior de la campana. Se hace para comprobar cómo, aunque vemos que está sonando (especialmente si es uno de esos antiguos con campanas en la parte de arriba) no podemos oírlo, porque las ondas sonoras necesitan del aire para propagarse. En efecto, si no hay moléculas que ejerzan presión sobre el tímpano, no podremos oír nada por mucho que el despertador se desgañite. Ahora bien, decíamos al principio del todo que la luz es también una onda. ¿Por qué, entonces, no podemos oír el despertador, pero lo seguimos viendo?