¿Por qué dos instrumentos musicales a veces no generan interferencias destructivas?

Usted diagnosticó correctamente el problema en la última oración. El problema es con la fase.

Aquí no hay interferencia. Las dos fuentes no mantienen una diferencia de fase constante. Cuando ocurre interferencia (con una relación de fase constante entre las dos fuentes), tendrá una intensidad neta de$(E_1 + E_2)^2$, que es cuatro veces cualquiera si son iguales. En el caso destructivo, el resultado neto da$0$intensidad (para una diferencia de fase de$\pi$). Sin embargo, cuando no hay una relación de fase constante, la diferencia de fase se distribuiría aleatoriamente entre$0$y$2\pi$, y en este caso, solo tiene la intensidad promedio sumando, para dar$\langle E_1^2 \rangle + \langle E_2^2 \rangle$, que es 2 veces cualquiera si son iguales. Eso es lo que escuchas y lo confundes con una interferencia constructiva.

Las ondas de sonido se difractan al igual que otros tipos de ondas .

En realidad, no es difícil conseguir que las dos guitarras suenen en fase (o en fase relativa constante). Solo necesitan estar afinados, y el oído humano es muy bueno para detectar incluso pequeñas diferencias en la frecuencia. Sin embargo, las guitarras no son fuentes puntuales, no producen un tono puro y en la mayoría de los entornos hay mucha dispersión y reflejo del sonido de los objetos cercanos y las paredes de la habitación. El resultado final es que cualquier patrón de difracción se borra.

En experimentos más cuidadosamente controlados, puede escuchar el patrón de difracción. Vea por ejemplo este video , o Google para muchos videos similares.

Sus condiciones son más difíciles de lograr de lo que puede ser consciente. Para lograr una interferencia destructiva total, las señales deben tener exactamente la misma forma/fase y amplitud. Esto se puede lograr fácilmente con una señal grabada o sintetizada, pero en instrumentos tocados manualmente es bastante difícil replicar todos los parámetros con la precisión requerida. tu puedesHazlo: graba una guitarra eléctrica directamente en un DAW, golpea dos veces la misma cuerda al aire exactamente en el mismo lugar con exactamente la misma fuerza, luego corta las notas en dos pistas y alinea los transitorios. Invertir la fase en una de las pistas hará una diferencia bastante notable entonces, pero incluso aquí la versión fuera de fase no será completamente silenciosa: será silenciosa y muy delgada (es decir, los armónicos bajos se cancelan bien), pero el ataque y algunos armónicos más altos siempre permanecerán audibles.

• La forma transitoria depende sutilmente de detalles microscópicos incontrolables (exactamente cuando la cuerda se desliza de la púa/dedo, y el patrón de fricción desde allí hasta que se balancea libremente)
• Cuanto más alto vaya en los armónicos, más difícil será alinearlos con precisión en la fase opuesta. Esto se aplica tanto al lugar donde golpea la cuerda (que es lo que determina las relaciones iniciales de fase y amplitud entre los armónicos de la cuerda) como a la forma en que superpone las muestras grabadas.

Ambos puntos se vuelven mucho más fuertes cuando no se trata de dos veces la misma guitarra tocando la misma nota en las mismas circunstancias, sino simplemente de diferentes músicos tocando guitarras similares en circunstancias similares. En primer lugar, tendrán dificultades para reproducir con la precisión suficiente en el tiempo para que los transitorios sean simultáneos; de todos modos, eso solo puede funcionar en un lugar de la habitación, un par de pulgadas a la izquierda o a la derecha ya obtendrán gran parte de las señales parcialmente en fase. E incluso con el ataque sincronizado y disparado electrónicamente de las cuerdas, aún no puede controlar la interrelación armónica exacta de ninguna de las guitarras. De hecho, diferentes guitarras ni siquiera tendrán exactamente las mismas frecuencias .de armónicos, debido a la inarmonicidad ligeramente diferente. Lo mejor que puede hacer es ajustar los fundamentos para que coincidan exactamente (use un osciloscopio FFT y manténgase en amplitudes pequeñas). Entonces puede lograr fundamentos de cancelación exacta, pero incluso para los segundos armónicos será mucho más difícil.

De hecho, la cancelación parcial, incluso total, de la fundamental u otros armónicos individuales sigue ocurriendo todo el tiempo en la interpretación en conjunto, siempre solo por un momento. Y, de hecho, esto sucede incluso cuando solo suena un instrumento , porque los reflejos de la sala crean efectos de filtrado de peine. Debido a que sucede con tanta frecuencia, nuestros oídos compensan/ignoran en gran medida este tipo de fenómeno. Un solo armónico que falta normalmente no se nota, e incluso para el fundamental no es un gran problema .

Instrumento único, ubicación fija

Los instrumentos musicales absolutamente pueden y causan interferencias destructivas. Pasa todo el tiempo. Por lo general, solo se nota si las dos notas están afinadas dentro de unos pocos hercios, o incluso unos pocos decihercios.

Esto hace que la audiencia escuche la interferencia como "latidos", donde la magnitud del sonido sube y baja a una frecuencia perceptible. Los afinadores de pianos usan esto para afinar pianos : esta tarea se hace más fácil ya que la velocidad de los tiempos es igual a la diferencia (por lo que dos cuerdas a 100 Hz y 100,5 Hz "golpearán" cada dos segundos), las cuerdas para una nota en particular son en gran medida idénticos, y tienen un control extremo sobre el tono de la cuerda que se está afinando. Un piano ligeramente desafinado tendrá ritmos perceptibles.

Cuanto más complejo es el tono, más difícil es escuchar los latidos. Es más notable en instrumentos de tono alto que emiten ondas más puras (p. ej., flautas). Puede ser un problema real en los consortes de flauta dulce, hasta el punto en que estar precisamente afinado es más doloroso que estar unos pocos centavos (cientos de medio paso) desafinados. En la música electrónica, donde los músicos tienen mucho más control sobre el tono y la forma de la onda, algunos artistas han utilizado esto como un efecto específico.

La propia interferencia también puede convertirse en una tercera voz ; en la armonía clásica, esto refuerza el acorde. Por ejemplo, la quinta de la escala está un 50% por encima de la fundamental; para un acorde centrado en 100 Hz con una quinta a 150 Hz, hay un tono de compás de 50 Hz, que es la octava por debajo de la fundamental y, por lo tanto, ¡suena "afinado"! Esta es una razón adicional por la que los acordes anarmónicos suenan "más crujientes"; el tono de interferencia en sí también es disonante.

Múltiples instrumentos

Si dos instrumentos (o más, pero es más obvio con dos) están casi afinados, la audiencia también escuchará los golpes. Por lo general, es más evidente en el registro superior con un tono puro, lo que significa que se escucha principalmente con flautas y flautines, sopranos y similares.

(Esto lleva a la 'broma' del músico: "¿Cómo haces para que dos sopranos canten afinados?" "Dispara a uno").

A veces es mejor desafinar intencionalmente , 10 centavos o más, para que los tiempos no sean tan obvios.

Reverberación y acústica

En una sala de conciertos bien preparada, el espacio en sí está construido de manera que proporcione múltiples rebotes para que el sonido llegue a cada miembro de la audiencia. Esto es a propósito, para reducir la ocurrencia de interferencias destructivas. Algunas salas tienen "puntos muertos" bien conocidos donde no se puede escuchar a los artistas o donde los miembros de la audiencia no pueden escuchar; la teoría acústica moderna utiliza difusores para evitar esto.

Por el contrario, en un espacio no preparado (por ejemplo, un armario plano rectangular con paredes duras), es fácil escuchar la interferencia causada por la reflexión, y puede configurar ondas estacionarias donde puede aumentar o disminuir la amplitud moviendo la cabeza.

El problema es que las guitarras, a diferencia de los osciladores electrónicos que pueden producir tonos casi puros, no son del todo coherentes . Si tiene dos tonos puros (coherentes), entonces si alinea las fases correctamente, se cancelan y no obtiene nada.

Pero las guitarras no producen tonos puros: producen una gran cantidad de armónicos extraños y también algunos ruidos aleatorios cuando la cuerda se desliza fuera de la púa. La fase y amplitud relativas de estos armónicos no serán las mismas para dos guitarras. Están aleatorizados por la madera única de cada guitarra y la forma particular en que se pulsan las cuerdas.

En consecuencia, no puede obtener una cancelación completa como puede hacerlo con, por ejemplo, transmisores de radio. Puede cancelar cualquiera de los componentes de frecuencia del sonido, pero la fase y la amplitud relativas de todos los demás armónicos del sonido no serán las mismas, por lo que no podrá cancelarlos simultáneamente. Nunca cancelará por completo el sonido de dos guitarras: en el mejor de los casos, puede lograr una cancelación parcial .

Esta cancelación parcial es fácil de escuchar y familiar para cualquier músico: el "ritmo" que se escucha cuando dos instrumentos están ligeramente desafinados es el resultado de la alternancia de interferencias constructivas y destructivas.

Tanto las ondas transversales como las longitudinales exhiben el fenómeno de reflexión, refracción, difracción e interferencia. La polarización es la excepción, que solo se presenta en ondas transversales.$_1$

El sonido se transmite a través de gases, plasma y líquidos como ondas longitudinales, también llamadas ondas de compresión. A través de los sólidos, sin embargo, se puede transmitir tanto como ondas longitudinales como ondas transversales.$_2$

En interferencia y difracción, la energía se redistribuye. Si considera la interferencia de la luz, si la energía se reduce en una región, produciendo una franja oscura, aumenta en otra región, produciendo una franja brillante. No hay ganancia o pérdida de energía que sea consistente con el principio de conservación de la energía.$_3$

Como el sonido es también una forma de energía. Similar a la energía de la luz, el sonido se cancelará en una sola región, pero aumentará en otra región. Es posible que no se observe el efecto debido a un sonido extraño. El video de John Rennie Sir ha demostrado la difracción de las ondas sonoras.

Créditos:$_1$ Modern ABC Physics-Part 2-Polarisaction of light-23rd edition-page1021 $_2$ Wikipedia-Ondas de sonido $_3$ 2nd PUC-Karnataka-Physics-Part 2-Wave Optics-2013 edition- page372

Además de las otras respuestas, solo agregaría que ciertamente puede escuchar efectos relacionados con la fase en algunas circunstancias, pero no dan lugar a una cancelación simple por todas las razones dadas. Pero ciertamente puede notar la diferencia cuando un altavoz de su estéreo está conectado al revés, o si se mueve en un entorno donde hay varios altavoces. Solía ​​​​tener un estudio en casa hace años, y uno de mis trucos de producción favoritos era usar un amplificador inversor de amplificador operacional simple para dividir algo como una guitarra rítmica en dos señales antifase, y panearlas a la izquierda y a la derecha en el escritorio. Esto tendría como resultado que la guitarra se recostara en la mezcla, algo dispersa, dejando espacio en el centro del escenario para la guitarra principal o la voz. . .muy diferente, subjetivamente,

En principio, si dos personas están tocando la viola y las ondas sonoras están desfasadas exactamente 180°/π, obtendrá una señal de interferencia destructiva perfecta y no escuchará nada.

Pero en realidad, todas las ondas de sonido no son ondas sinusoidales perfectas ya que las canciones cambian constantemente y no son un solo tono puro.

Como puede ver, las ondas de sonido son muy complejas y aleatorias, debe reflejar perfectamente la forma de onda en el mismo momento exacto, deben estar perfectamente alineadas.

Es básicamente como pedirle a alguien que actúe como una persona en el espejo, lo cual es extremadamente difícil de hacer y generalmente no sucede.