Los generadores de tonos, también llamados generadores de frecuencia o sintetizadores, se pueden utilizar para realizar muchos experimentos científicos interesantes para comprender las ondas sonoras .
En este artículo describimos 6 proyectos científicos que utilizan el generador de tonos y que pueden adaptarse a sus necesidades específicas.
Tabla de contenidos
¿Qué es un generador de tonos? - Crea un ritmo acústico - Genera un antisonido - Sintetiza el timbre de un oboe - Realiza un audiograma - Protégete de sonidos demasiado fuertes - Mide la velocidad del sonido
¿Qué es un generador de tonos?
Un generador de tonos, también llamado generador de frecuencias , es un dispositivo electrónico o software que produce tonos de audio en diversas frecuencias y amplitudes. Se utiliza para diversos fines, como producción musical, ingeniería de sonido, investigación científica y pruebas y calibración de equipos de audio.
Los generadores de tonos pueden producir ondas sinusoidales, ondas cuadradas, ondas triangulares, ondas en dientes de sierra y otras formas de onda. La frecuencia y amplitud de los tonos generados se pueden ajustar para adaptarse a los requisitos específicos de la aplicación. Algunos generadores de tonos ofrecen la posibilidad de mezclar varias pistas para crear sonidos complejos.
Antiguamente los generadores de frecuencia eran máquinas voluminosas que se utilizaban en los laboratorios, pero con la llegada de los ordenadores y luego de los teléfonos móviles, los generadores de sonido ahora están disponibles en cualquier equipo digital. Ahora se pueden utilizar en el campo, en clase y, lo que es más importante, ¡son gratuitos!
¿Cuáles son los mejores generadores de tonos? Bueno, realmente depende de lo que pretendas hacer con él y de dónde te encuentres. Hay tres tipos de generadores de tonos:
Generadores en línea (escriba en Google "Generador de tonos en línea"): la ventaja es que es fácilmente accesible desde cualquier dispositivo, pero necesita acceso a Internet.
Aplicaciones científicas (FizziQ, Generador de frecuencia y barrido, Audizr, Phyphox): no necesitan acceso a Internet, son gratuitas y se pueden combinar con mediciones.
sintetizadores (Ableton, Studio one): muy potentes, pero necesitan experiencia del músico y suelen ser un software costoso.
En las siguientes secciones sugeriremos una serie de experimentos que se pueden realizar utilizando un generador de tonos para comprender mejor el sonido y las ondas sonoras. Hemos utilizado la aplicación gratuita FizziQ para realizar estos experimentos.
Crea un ritmo acústico
Un efecto de sonido que se utiliza a menudo en la música electrónica es el efecto LFO, también llamado ritmo sonoro. En este efecto, el volumen de un sonido aumenta y disminuye periódicamente, como una sirena. Este efecto se puede reproducir de forma muy sencilla con el sintetizador.
Los ritmos sonoros son interesantes para la pedagogía, ya que la fórmula matemática que describe el fenómeno se puede derivar fácilmente de la fórmula analítica de las dos ondas sonoras.Consulte este artículo para saber más sobre la fórmula del ritmo acústico.
Para hacer un ritmo acústico con FizziQ, abra el sintetizador en la pestaña Herramientas de la aplicación FizziQ. Añade un segundo carril. configure el primer canal en 600 Hertz y el segundo canal en 602 Hertz. Entonces escuchamos claramente la pulsación resultante de la interferencia periódica de los dos sonidos.
Para experimentar con ritmos acústicos, cambie la segunda frecuencia a 605 Hertz, el ritmo se vuelve muy rápido. Aumente la desviación a 620 Hertz y el ritmo se volverá inaudible.
Para obtener más información sobre el efecto y la física del LFO, puede descargar la actividad "Flume" en Acoustic Beats.
Generar un "anti-sonido"
Hablamos mucho de antimateria... así que ¿por qué no generar un antisonido? Este es el principio según el cual funcionan los auriculares que suprimen el ruido de fondo. En este experimento mostramos cómo cancelar un sonido.
Aquí tienes un experimento que puedes hacer con FizziQ:
Abra el sintetizador en la pestaña Herramientas de la aplicación FizziQ.
Añade un segundo carril. Configure el primer canal a 600 Hertz y el segundo también a 600 Hertz, y ambos volúmenes al 50%.
Ahora, al reproducir este sonido, escuchamos un sonido puro.
Utilice el botón de cambio de fase para cambiar el segundo canal con respecto al primero. Notamos que cuanto más desplazamos este botón hacia el centro, más se atenúa el sonido.
Cuando el botón está en el medio, es decir cuando el segundo canal está medio período desfasado con respecto al primero, el sonido desaparece por completo.
Cómo funciona esto ? Cuando el segundo canal se desplaza medio período en comparación con el primero, la onda de sonido del segundo canal es exactamente opuesta a la del primer canal y cuando los dos sonidos se reproducen al mismo tiempo, se cancelan entre sí.
El mismo principio se utiliza en los auriculares con cancelación de ruido: los sonidos ambientales repetitivos se graban y analizan, luego se reproducen con un cambio de fase que permite suprimirlos para el usuario.
Para conocer más sobre la cancelación de ondas sonoras, puedes descargar la actividad "Una burbuja sin ruidos" sobre la tecnología de auriculares con cancelación activa de ruido.
Sintetizar un sonido de oboe
A menudo hablamos del timbre de un instrumento, pero ¿a qué nos referimos con eso?
Los sonidos puros son una onda sonora de una sola frecuencia. Suelen ser armoniosos al oído pero un poco apagados.
Si le añadimos otro sonido puro cuya frecuencia sea múltiplo, obtenemos un sonido que parece más rico, más agradable al oído. Se trata de un sonido armónico, es decir, un sonido formado por frecuencias que son múltiplos enteros de la frecuencia fundamental.
Si sumamos dos sonidos que no son armónicos, aún pueden sonar armoniosos si sus frecuencias tienen proporciones específicas, como 3/2 (quinto), 4/3 (cuarto), 5/4 (tercero) o 5/3 (sexto). . Ésta es la base de la escala musical ideada por primera vez por Pitágoras y adaptada en los siglos siguientes.
Si añadimos dos sonidos puros al azar, es probable que suenen horrible juntos. Sin embargo, hay algunas excepciones, como el sonido de las campanas, que no son sonidos armónicos pero aún así son agradables al oído .
¿Por qué a los humanos les gustan más los sonidos armónicos? Esto sigue siendo un misterio, pero una explicación es que la naturaleza suele producir sonidos no armónicos. Como los seres humanos somos animales sociales, es una ventaja que su cerebro pueda filtrar mejor las señales específicas y el habla de otros seres humanos, por lo que nuestro cerebro habría evolucionado en esta dirección.
El timbre es el sonido particular que emite un instrumento y que se debe a todas las frecuencias que se suman a la frecuencia de la nota tocada, la frecuencia fundamental.
Experimentemos con la producción de sonidos y timbres complejos. Intentaremos recrear el sonido de una flauta:
En la biblioteca de sonidos elegimos el sonido de la flauta y escuchamos el sonido. La nota tocada tiene una frecuencia de 880 hercios.
Ahora toma el sintetizador y toca un sonido puro de esta frecuencia. Al comparar los dos sonidos, el de la flauta y el del sintetizador, escuchamos que estos sonidos no suenan igual.
Ahora agregaremos otras voces al sintetizador e intentaremos recrear el sonido exacto de la flauta.
Agregue dos voces al sonido del sintetizador, 880 hercios y 1760 hercios, e intente ajustar los niveles para crear el mismo sonido de flauta.
Agregue otra tercera voz a 2600 hercios y ajuste nuevamente el volumen del sonido.
Ahora prueba con otro sonido, como el Oboe de la biblioteca de sonidos. ¿Puedes lograr el mismo resultado?
Este sencillo experimento plantea preguntas muy interesantes sobre el tono de un instrumento musical: ¿Cuántas frecuencias incluye? ¿El sonido es muy sensible a los volúmenes seleccionados? ¿Podemos verificar el resultado analizando el espectro de frecuencias del sonido de la flauta?
Realizar audiograma
A partir de los 60 años, la sensibilidad de nuestra audición disminuye mucho en los sonidos agudos. Un experimento consiste en pedirle a una persona de 60 años que realice un audiograma con un teléfono móvil. Tenga cuidado, nunca coloque un altavoz cerca del oído de alguien ni lo someta a un volumen demasiado alto, ya que esto podría causar daños irreversibles.
Para evaluar la audición, crearemos ritmos de sonido en varias frecuencias y luego anotaremos el volumen al que esta persona escuchó el sonido. Usamos ritmos porque nos permite discernir el sonido con el fenómeno de pulsación. El portátil se coloca sobre una mesa a aproximadamente 1 m de la persona. Primero, creemos un ritmo a 1000 hercios creando dos canales en el sintetizador, uno a 1000 hercios y el otro a 1001 hercios. Ponemos el volumen al mínimo y luego subimos gradualmente el volumen del smartphone hasta que la persona escuche el sonido. El nivel de volumen se anota en una tabla del libro de experimentos y luego se realiza la operación para 2000, 4000, 6000 y 8000 hercios. Al ingresar los datos en una tabla se crea el audiograma.
Ahora compare este audiograma con su propio audiograma. Tenga en cuenta que para poder comparar estos dos audiogramas, deben realizarse en las mismas condiciones y con el teléfono inteligente colocado a la misma distancia del sujeto.
Medir la atenuación del sonido en función de la distancia.
Emma está en un concierto y está a 2 metros de un altavoz. Mide el nivel sonoro que es de 105 db. Con este poder, no puede permanecer en este lugar sin correr el riesgo de dañar su audición. ¿A qué distancia debe colocarse del altavoz para que el sonido sea de 90 db y pueda seguir todo el concierto sin riesgo?
Podemos experimentar fácilmente la experiencia reducida con nuestro teléfono inteligente. Necesitaremos dos smartphones con FizziQ instalado y una regla. Uno de los teléfonos inteligentes se utilizará para medir el nivel de sonido y el otro para emitir un sonido estable con el sintetizador. Primero ubicaremos en el dispositivo que mide dónde está el micrófono. En el dispositivo receptor, en la pestaña Medidas, seleccionamos el Nivel de sonido, y en el dispositivo emisor, en la pestaña Herramientas, seleccionamos el Sintetizador, configurado en 1000 hercios. Utilizando el dispositivo transmisor se busca la ubicación del micrófono detectando la intensidad máxima del sonido.
Ahora experimentemos. Sobre una alfombra, moqueta o mejor aún sobre un aislante acústico, coloque los dos dispositivos uno frente al otro, con el altavoz del transmisor exactamente delante del micrófono del receptor. Lanzamos el sintetizador con un volumen suficientemente fuerte y retiramos el transmisor a una distancia tal que el volumen del sonido sea de 105 db. Se mide la distancia entre los dos teléfonos inteligentes. Ahora alejamos el transmisor para que el volumen sea de 90 db. ¿Cuál es esta nueva distancia? ¿Cuál es la razón de estas distancias? ¿A qué distancia debe estar Emma del recinto? La teoría nos muestra que cuando duplicamos la distancia el nivel de sonido se reduce en 6 decibelios, ¿el experimento confirma este cálculo?
Para saber más sobre la cancelación de las ondas sonoras, puedes descargar la actividad "Chloé en el concierto".
Medir la velocidad del sonido.
Existen varios métodos para calcular la velocidad del sonido utilizando una computadora portátil. Aquí vamos a realizar un original experimento para calcular esta velocidad utilizando nuestro sintetizador de frecuencia. Este experimento se realiza con un dispositivo Android que permite al mismo tiempo emitir un sonido y analizar su nivel sonoro.
Para este experimento necesitarás un libro grueso, una regla y un libro pequeño de bolsillo con cubierta reflectante. Sobre una alfombra o moqueta, o mejor sobre un aislante acústico, coloque el portátil sobre un libro acostado de forma que quede un poco alto. Luego emitimos un sonido de frecuencia de 680 hercios con el sintetizador del menú Herramientas y simultáneamente analizamos la Amplitud de la señal con el Oscilograma de Medición. Coloque el cuaderno verticalmente delante del teléfono inteligente y luego apártelo hasta que la medición de amplitud sea lo más baja posible. Luego se mide la distancia entre el teléfono inteligente y el libro. Esta medida nos permite calcular la velocidad del sonido mediante la fórmula: velocidad del sonido = frecuencia*4*distancia(cm)/100
¿Por qué este experimento nos permite calcular la velocidad del sonido? El nivel de sonido en el micrófono es la suma de la onda sonora que sale del altavoz y la onda reflejada por el libro. La intensidad de esta segunda onda es débil pero suficiente para crear una pequeña variación de volumen al nivel del micrófono por interferencia con la onda principal. Cuando el libro se coloca a un cuarto de la longitud de onda, la onda reflejada está desfasada medio período con respecto a la onda emitida, y por tanto reduce la intensidad de esta onda al nivel del micrófono, cerca del altavoz.
Este experimento conduce generalmente a una sobreestimación de la velocidad del sonido. De hecho, supusimos que el micrófono y el altavoz estaban en el mismo lugar. En la práctica pueden estar separados por unos pocos centímetros. Por otro lado, el micrófono en sí no está colocado en la superficie del smartphone, desde donde tomamos las medidas. El cálculo de la velocidad no es muy preciso pero el concepto es muy atractivo.
Conclusión
El sintetizador es una herramienta muy útil para realizar experimentos innovadores en todos los campos del sonido. Tener tres pistas es útil para poder realizar un análisis en profundidad. El sintetizador FizziQ se complementa con una biblioteca de sonidos donde se pueden encontrar más de 20 sonidos diferentes para realizar experimentaciones sobre una variedad de temas como ruido blanco, sonido de campana, efecto Doppler, ecolocalización y más.