Puentes que crujen, cristales que se rompen, niños que gritan, bajos pesados… quien crea que estas cosas no tienen nada en común, se equivoca. Todas ellas se crean a través de vibraciones y, en particular, las vibraciones fuertes se crean a partir de frecuencias naturales. Siga leyendo y le explicaremos la ciencia que hay detrás de este principio y qué son las catástrofes de resonancia, además de analizar el papel que juega la resonancia en lo que respecta a los altavoces.
Todo vibra, pero ¿cómo?
La vibración de los auriculares es siempre la reacción de un impulso de energía. Una mano puede hacer oscilar un péndulo, el viento puede hacer temblar un rascacielos, y una bobina con la ayuda de un imán puede mover la membrana de un altavoz. La fuerza con la que vibra algo depende de la potencia aplicada a la vibración, así como del material, incluida la construcción del sistema vibratorio. Por otra parte, la frecuencia con la que actúan los impulsos de energía es de gran importancia. Pues si la frecuencia de la energía suministrada coincide con la frecuencia natural del cuerpo, éste vibra con una amplitud especialmente elevada.
Cómo se ve en la práctica el fenómeno de la frecuencia de resonancia se puede entender mediante un péndulo: Si a un péndulo de muelle se le suministra periódicamente, es decir, a intervalos regulares, una energía que corresponde a la frecuencia natural del péndulo, la deflexión del péndulo es máxima. Si los impulsos de energía son de una frecuencia inferior o superior a la natural, la deflexión del péndulo será menor.
En un columpio puedes probar por ti mismo cómo funciona la frecuencia de resonancia. Cuando golpeas un columpio en su punto más alto, el suministro de energía está exactamente en la frecuencia natural del sistema. Por eso el swing tiene un impulso de oscilación tan grande. Si se golpea antes o después de que el columpio alcance su punto más alto, la fuerza se transmite de forma menos eficiente o incluso no va a ninguna parte.
De las buenas a las malas vibraciones
El cuerpo de una guitarra acústica, un columpio, un vaso o un puente pueden vibrar a su respectiva frecuencia de resonancia. Pero esto no es deseado en todas partes y puede incluso causar grandes daños. Esto se debe a que los sistemas pueden vibrar de forma tan violenta que la construcción no puede soportar la tensión.
Este fenómeno se puede observar cuando una persona apunta con su voz a una copa de vino desde una distancia corta. Si el tono de la voz se corresponde exactamente con la frecuencia natural de la copa, ésta se rompe al cabo de un tiempo relativamente corto: se produce la llamada catástrofe de resonancia. Si las cuerdas vocales hacen que las moléculas de aire vibren a una frecuencia más alta o más baja, la copa permanece intacta. La frecuencia natural del cristal se puede escuchar cuando se golpea con un objeto.
Una de las catástrofes de resonancia más famosas ocurrió en Estados Unidos en 1940, cuando el viento hizo vibrar el puente Tacoma Narrows con tanta fuerza que se derrumbó.
Para evitar las catástrofes por resonancia, el código de circulación prohíbe que grupos de personas, como las unidades militares, marchen al paso por los puentes.
En cambio, en los instrumentos musicales, la resonancia es un efecto deliberado para aumentar el volumen de los sonidos. En una guitarra acústica, el cuerpo actúa como un amplificador mecánico de las ondas sonoras que provocan las cuerdas. El cuerpo de la guitarra está construido de tal manera que la frecuencia de resonancia se produce incluso en diferentes tonos.
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Los efectos de resonancia en los altavoces son indeseables – con una excepción
La frecuencia de resonancia no es bienvenida en los altavoces. Los altavoces están construidos de tal manera que los distintos componentes no vibran a su frecuencia de resonancia. Esto significaría que los sonidos en el mismo rango de frecuencia de los componentes individuales se reproducirían mucho más fuerte que otros. Aquí es donde entra en juego la red de cruce: en los sistemas multicanal, dirige las señales a los altavoces en función de su frecuencia.
Tampoco deben producirse efectos de resonancia en la caja acústica. Estos pueden producirse cuando la membrana de su parte posterior irradia sonido hacia el interior del altavoz. Este sonido puede hacer que la caja vibre y, por tanto, tener un efecto negativo en la imagen sonora. Para evitarlo, la caja acústica está provista de un amortiguador que absorbe las ondas sonoras irradiadas al interior.
La excepción a esta regla son los altavoces bass reflex. Estas cajas tienen una abertura tubular a través de la cual el sonido irradiado hacia el interior -en determinadas frecuencias bajas- puede escapar a la habitación. Esto funciona según el principio del resonador de Helmholtz, que explicamos en nuestro texto sobre subwoofers.
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Conclusión: La frecuencia de resonancia es útil
- En la frecuencia de resonancia, la frecuencia natural de un sistema oscilante coincide con la frecuencia de la energía suministrada.
- En el caso de la resonancia, la desviación de la oscilación se hace mayor.
- En acústica, una mayor amplitud de las ondas sonoras significa una mayor presión sonora y, por lo tanto, un mayor volumen.
- Las frecuencias resonantes son generalmente indeseables para los altavoces.
- Los altavoces de reflejo de bajos son una excepción. Estos amplifican las frecuencias bajas según el principio del resonador de Helmholtz.
Por último, un clásico de «Bugs Bunny» sobre el tema: