Armónico para niños

En matemáticas, los armónicos son como una serie de números o elementos que están relacionados entre sí de una manera especial. Imagina que tienes un número principal, llamado "fundamental". Los armónicos son todos los números que son múltiplos exactos de ese número fundamental. Por ejemplo, si el fundamental es 5, sus armónicos serían 10, 15, 20, y así sucesivamente.

Este concepto viene de la música. Cuando tocas un instrumento, como una guitarra, la cuerda vibra y produce un sonido principal. Pero esa misma cuerda también vibra de otras maneras más rápidas al mismo tiempo, creando sonidos adicionales que son múltiplos del sonido principal. Estos sonidos adicionales son los armónicos. Son como "ecos" del sonido original que le dan al instrumento su sonido único.

En la mecánica ondulatoria, un armónico es el resultado de variaciones en una onda. Piensa en una onda como una señal que lleva información. El armónico es una parte de esa señal que ayuda a que todo suene o funcione de manera ordenada y armoniosa.

En acústica (el estudio del sonido) y en telecomunicaciones (cómo se envían las señales), un armónico es una parte de una señal que tiene una frecuencia que es un múltiplo de la frecuencia principal. Por ejemplo, si la frecuencia principal es 50 hercios (Hz), los armónicos podrían ser 100 Hz, 150 Hz, 200 Hz, etc. La fuerza de estos armónicos suele ser menor a medida que la frecuencia aumenta.

¿Qué son los armónicos en el sonido?

La energía es la capacidad de hacer un trabajo, y el movimiento es una forma de trabajo. Para que algo se mueva, debe haber un cambio. Este cambio puede manifestarse como una variación en el ambiente. Los armónicos son una forma en que esta variación se organiza, llevando información sobre cómo se formó, cómo puede causar movimiento y otros datos importantes.

¿Cómo se representan los armónicos?

En acústica y telecomunicaciones, un armónico es una parte de una señal que tiene forma de onda sinusoidal. Su frecuencia es un múltiplo de la frecuencia principal. La fuerza o amplitud de los armónicos más altos es mucho menor que la de la onda principal y se vuelve casi cero. Por eso, los armónicos que están muy arriba en la serie generalmente no se pueden escuchar.

El estudio de los armónicos tiene una base matemática en las series de Fourier. Un científico llamado Helmholtz hizo experimentos importantes para entender los armónicos, usando aparatos especiales para escucharlos y estudiarlos.

Armónicos en la música

La cuerda de arriba vibra naturalmente (el punto negro, donde la cuerda se pisa firmemente, es la «fundamental» o primer armónico). Las demás vibran según donde se roza la cuerda (punto gris: 2.º armónico, punto rojo: 3.º, etc.). Los puntos de convergencia son los «nodos».

Los armónicos son muy importantes para el timbre de un sonido. El timbre es lo que nos permite distinguir un instrumento musical de otro, o reconocer la voz de una persona. Por ejemplo, una flauta y un violín pueden tocar la misma nota, pero suenan diferente. Esto se debe a que cada instrumento produce armónicos con diferentes fuerzas y en diferentes lugares de la serie.

Los armónicos más altos son difíciles de escuchar. Lo que realmente hace que los instrumentos suenen distintos es la fuerza y la posición de los primeros armónicos. Si dos instrumentos tocan la misma nota, la onda principal tendrá la misma frecuencia. Pero sus timbres serán diferentes porque cada uno produce una combinación única de armónicos.

La serie de armónicos

Cuando tocas una nota en un instrumento, se crea una onda de presión en el aire. Esta onda principal viene acompañada de una serie de armónicos, que son los que le dan al instrumento su sonido especial. Cada armónico tiene una fuerza (volumen) diferente. Por ejemplo, en el clarinete, los armónicos impares (1.º, 3.º, 5.º, etc.) suelen ser más fuertes.

A partir del quinto armónico, los armónicos impares pueden sonar un poco desafinados en comparación con el sistema de afinación que usamos normalmente en la música moderna (llamado temperamento justo).

Serie de los armónicos de do.

Tabla de armónicos en la guitarra eléctrica.

Aquí tienes una tabla con los primeros armónicos de una nota (por ejemplo, un Do bajo):

¿Cómo se usan los armónicos para afinar?

Los armónicos son la base de cómo se afinan los instrumentos musicales. Se usan para crear diferentes sistemas de afinación, como el temperamento justo o el temperamento pitagórico. Tomando una nota como referencia (por ejemplo, con un diapasón), los músicos pueden afinar las otras notas de un instrumento siguiendo las relaciones de los armónicos.

Armónicos parciales

Algunos sonidos tienen componentes cuyas frecuencias no son múltiplos exactos de la frecuencia principal. A estos se les llama «parciales». Las campanas son un buen ejemplo de instrumentos que tienen muchos parciales que podemos escuchar.

Armónicos en la electricidad

En los sistemas eléctricos de corriente alterna, los armónicos son frecuencias que son múltiplos de la frecuencia principal de la red eléctrica. Por ejemplo, si la red funciona a 50 hercios, pueden aparecer armónicos de 100 Hz, 150 Hz, 200 Hz, etc. La fuerza de estos armónicos disminuye a medida que el múltiplo aumenta.

Los armónicos en la electricidad son importantes porque pueden causar problemas en las instalaciones. Se les considera una especie de "ruido" o "perturbación" en la red eléctrica.

Algunos equipos que pueden generar armónicos son:

• Fuentes de alimentación de computadoras y otros aparatos electrónicos.
• Estabilizadores electrónicos de luces fluorescentes.
• Sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI), que son como baterías de respaldo.
• Motores eléctricos.

Los problemas que pueden causar los armónicos incluyen:

• Sobrecarga de los cables neutros.
• Sobrecalentamiento de los transformadores.
• Que los interruptores de seguridad se disparen sin razón.
• Sobrecarga de los condensadores (componentes que almacenan energía).
• Ruido y posibles daños en otros aparatos electrónicos.
• Cambios en la forma de la onda eléctrica.

Para reducir los armónicos, se pueden usar:

• Filtros especiales.
• Transformadores de aislamiento.
• Soluciones activas que corrigen la onda.

Véase también

En inglés: Harmonic Facts for Kids

• Afinación
• Armonía
• Frecuencia fundamental
• Serie de armónicos
• Temperamento justo