Taller de sonidos, música y ondas

En el taller se mostrarán varios aspectos a los visitantes de manera secuencial. Los pasos generales serán los siguiente: se comenzará con la descripción de la actividad interactiva y se promoverá que la audiencia prediga lo que sucederá para despertar el interés por la parte experimental. Después, se facilitará al público la interacción con los elementos propios de cada actividad. Tras comparar los resultados obtenidos con las predicciones y haber despertado la curiosidad se contará la base científica tras cada actividad.

Actividad 1: Tubos musicales

1.1 Utilización de tubos de distintos colores y longitud para producir sonidos de distintos tonos e intensidad. Compara el cambio de tono al usar los tubos con/sin tapa.

1.2 Determinar la relación la longitud de los tubos y la velocidad del movimiento con la emisión de tonos más agudos o graves y la intensidad del tono.

1.3 Conclusión: Introducir los conceptos relacionados con las ondas: concepto de frecuencia, amplitud, resonancia, onda estacionaria

Actividad 2: Sincronización de metrónomos.

2.1 Situar varios metrónomos idénticos sobre una superficie rígida y producir un movimiento aleatorio.

2.2 Observar y que los metrónomos mantienen su movimiento sin aparente cambio.

2.3 Cambiar la superficie de soporte de los metrónomos a otra base parcialmente flexible, o sobre soportes circulares (como latas de refresco) que permita cierto movimiento mecánico.

2.4 Observar como los metrónomos se sincronizan: introducir conceptos de frecuencia y fase. Normalmente se producirá la sincronización en fase, pero también es posible en contrafase.

2.5 Introducir variaciones en el sistema para entender que existen diferentes modos de sincronía o resonancia, y visualizar qué factores permiten variar de un modo a otro.

2.6 Conclusión: Explicar los mecanismos que hacen posible la sincronización: presencia de un medio que permite la propagación de ondas mediante vibración, fenómeno de acoplo y tendencia natural de todos los sistemas de tender a la situación de mínima energía. Relacionar con otros casos de sincronización presentes en la naturaleza.

Actividad 3: Theremín: el instrumento musical que se toca sin tocar.

3.1Uso del instrumento y emisión de tonos musicales. Comprobación de la influencia del movimiento de las manos del thereminista (sin contacto con el instrumento) con la emisión de sonidos de distinto tono e intensidad.

3.2 Entender el concepto de campos y acoplos electrostáticos y magnetostáticos, así como de otros conceptos de electrodinámica. Visualizar la función de una antena como sensor / emisor de ondas electromagnéticas.

3.3 Conclusión: relacionar el movimiento y detección de la posición relativa de las manos con los conceptos de acoplo electromagnético. Las dos antenas del instrumento permiten control de la frecuencia con una mano y volumen (amplitud) con la otra.

3.4 Divulgación de historia y anécdotas relacionada con el theremín.

Las aplicaciones de los sistemas de inalámbricos son muchas, y están presentes en nuestra vida cotidiana, radio, TV, telefonía móvil, sistemas de emergencia, sistemas de localización (GPS), aplicaciones radar… todas estas aplicaciones del campo de las radiocomunicaciones tienen como base científica las ondas electromagnéticas. Este taller pretende divulgar el conocimiento de las ondas y sus interesantes propiedades al público mediante el uso de sonidos (ondas acústicas), medios materiales que permiten vibraciones como forma de transmisión de energía y la relación entre música y electromagnetismo mediante el considerado primer instrumento musical electrónico, el theremín. De esta forma, la audiencia podrá experimentar las propiedades de las ondas e interacciones con el entorno que las rodea sin necesidad de instrumentación especializada o compleja.

Concretamente, mediante diversas actividades se pretende introducir a los visitantes en las propiedades de las ondas, como son la amplitud, frecuencia y fase, así como interacciones entre ondas o con el medio circundante, a través de conceptos como resonancia, propagación de ondas, acoplos electrostáticos y magnetostáticos o el funcionamiento de antenas. Así, se introduce al público las propiedades de las ondas acústicas y electromagnéticas y sus aplicaciones.

La parte interactiva del taller consistirá en tres actividades:

– Tubos musicales de plástico de distintas longitudes y colores.

– Sincronización de metrónomos.

– Emisión de sonidos musicales mediante un theremín: el instrumento que se toca sin tocar.

Los tubos musicales son un conjunto de 8 tubos de plástico de colores de distinta longitud que emiten tonos mientras se mueven jugando con ellos. Haciendo girar los tubos musicales en círculos se pueden producir distintos tonos musicales. Cuanto más rápidamente se haga girar el tubo, más alto (agudo, mayor frecuencia) será el tono emitido. La frecuencia del tono se determina mediante la onda estacionaria que se forma dentro del tubo según el aire fluye a través de la boca del tubo. Cuando se utiliza con las tapas de extremo que incorpora el conjunto, los tonos pueden disminuirse una octava. Los visitantes podrán jugar con el conjunto y descubrir los factores que determinan el tono, ayudando los profesores a relacionar estos factores con los conceptos de amplitud y frecuencia de las ondas.

El metrónomo es un aparato utilizado para indicar el tiempo o pulso de las composiciones musicales. Mediante un movimiento mecánico produce una señal permanente, estable visual y/o acústica que permite a un músico mantener un pulso constante al ejecutar una obra musical o afinar instrumentos. La actividad consistirá en poner en movimiento a la misma frecuencia a varios metrónomos idénticos. Después se comprobará cómo si éstos están situados sobre una superficie rígida, cada metrónomo seguirá su movimiento de forma independiente, manteniendo la frecuencia pero cada uno con su respectiva fase. Sin embargo, al colocarlos sobre una superficie que permita cierta flexibilidad o desplazamiento mecánico (como cilindros circulares) se producirá en unos segundos la sincronización en fase del movimiento de todos los metrónomos.

El cambio de superficie permite que la oscilación del metrónomo se propague por la superficie a través de vibraciones mecánicas, produciéndose un intercambio energético debido al movimiento sobre la base, y luego de está sobre los metrónomos. Entonces el sistema tiende a un estado de mínima energía cuya consecuencia es la sincronización en fase de los metrónomos. Los visitantes experimentarán con conceptos como modos de sincronía, propagación y acoplo. Otros ejemplos similares de sincronización presentes en la naturaleza son, por ejemplo, vuelos de ciertas aves que logran increíbles olas, bancos de peces o la sincronización en el periodo menstrual de mujeres cuando viven juntas. En este último caso, las concentraciones hormonales entran en sincronía y esto promueve que su período sea similar entre ellas.

El theremín, originalmente conocido como eterófono, thereminófono, termenvox o thereminvox, surgió en el año 1930 y se puede considerar el primer instrumento musical electrónico. que se controla sin necesidad de contacto físico del intérprete o thereminista con el instrumento. El instrumento está formado por dos antenas metálicas (una recta y vertical, la otra en forma de bucle) y una caja que contiene un oscilador y los dos circuitos principales que permiten el funcionamiento: circuito de tono y de volumen. Gracias a las antenas y al efecto del cuerpo humano sobre los campos electromagnéticos, el instrumento “detecta” la posición relativa y movimiento de las manos del thereminista debido al acoplo electromagnético, de esta forma se puede influir en los osciladores para controlar la frecuencia con una mano y la amplitud (volumen) con la otra. Las señales eléctricas del theremín se amplifican y se envían a un altavoz que emitirá los sonidos musicales.

La parte interactiva del taller consistirá en tres actividades:

– Tubos musicales de plástico de distintas longitudes y colores: Los visitantes utilizarán los tubos de distintos colores y longitud para producir sonidos de distintos tonos e intensidad. Se comparará el cambio de tono al usar los tubos con/sin tapa. Finalmente, se guiará para determinar la relación la longitud de los tubos y la velocidad del movimiento con la emisión de tonos más agudos o graves y la intensidad del tono.

– Sincronización de metrónomos: Esta actividad requiere que los visitantes observen el experimento. El equipo del taller fomentará que la audiencia prediga el resultado. Finalmente, se explicarán los mecanismos que hacen posible la sincronización y se relacionará con otros casos de sincronización presentes en la naturaleza.

– Emisión de sonidos musicales mediante un theremín: el instrumento que se toca sin tocar. Tras una demostración del uso y funcionamiento del instrumento, los visitantes podrán utilizarlo bajo supervisión. El equipo contará anécdotas de este particular instrumento, sus peculiares sonidos emitidos y su historia. En 2019 se cumplen 100 años de la invención del theremín, primer instrumento musical electrónico y único que se toca sin tocar.

El objetivo del taller y las actividades planificadas es divulgar aspectos generales relacionados con la ingeniería de Telecomunicación como son:

– Conocimiento del sonido como una onda acústica.

– Generación de ondas.

– Análisis de sus propiedades de las ondas.

– Interacción de las ondas con el medio de las rodea.

– Función de una antena como sensor / emisor de ondas electromagnéticas.

Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación

Synchronization of Metronomes

Synchronization of Globally Coupled Nonlinear Oscillators: The Rich Behavior of the Kuramoto Model

El único instrumento que se toca sin tocar. El theremín

El primer instrumento de música electrónica cumple 100 años

Sincronización de metrónomos

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Concierto con un themerín

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