Corrosión de cuerdas de instrumentos musicales. Influencia en el comportamiento acústico

Abstract

In this work we have evaluated the corrosion state of steel guitar strings produced by a synthetic solution of human sweat. It has been reproduced for three assumptions. First, without any system of protection against corrosion. Second, incorporating the cathodic protection of the strings by means of sacrificial anodes. And third, by subjecting the strings to a cathodic protection system by impresed current.

A structure can be protected against corrosion by attaching it to a lower ionization energy metal, which will act as an anode in front of it, corroding itself while protecting it. This is the basic idea of cathodic protection by sacrificial anodes, in which the necessary current for the protection is obtained without the necessity of an external source. If, on the contrary, the protection can be conferred by means of an external source of direct current at low voltages, it is then said that the protection is effected by impressed current.

In each of these assumptions, and for each stage of corrosion, the strings have been characterized electrochemically and acoustically. In this way, a methodology has been developed that will be able to identify the influence of different degrees of corrosion and protection on the acoustic properties of these strings.

The parameters used to define the corrosion state of the strings have been: the polarization resistance (Rp) that determines the instantaneous corrosion rate, and the electrochemical impedance spectroscopy (EIS) that provides the information to evaluate the corrosion state of the strings inside the artificial human sweat solution. Gravimetric measurements have been carried out to determine the mass losses due to corrosion. Also, through FESEM and stereoscopic microscopy, morphological changes have been evaluated, changes in surface composition have also been determined by EDX.

In order to record the sound of the steel strings in each situation, an instrument has been constructed in which the strings are arranged so as to prevent, as far as possible, the occurrence of spurious frequencies due to the instrument itself, recording only the sound of strings. This instrument allows its tuning and also the measurement of the tension of strings. These sounds were recorded in an anechoic chamber, using an omnidirectional Brüel & Kjaer type 4957 microphone. To characterize and objectify the sound of the steel strings, the Fourier transform (FFT), the frequency-time spectrograms and the psychoacoustic parameters: sonority, sharpness, roughness, pitch, fluctuation and pleasing sensation were obtained for each record. Psychoacoustic parameters attempt to objectively measure the human perception of sound.

To control the corrosion process and thus to keep the strings in the best possible state of preservation, as has already been mentioned, cathodic protection by sacrificial anode has been used, as well as cathodic protection by means of impressed current.

En este trabajo se ha evaluado el estado de corrosión de cuerdas de acero de guitarra producido por una disolución sintética de sudor humano. Se ha reproducido para tres supuestos. Primero, sin ningún sistema de protección contra la corrosión. Segundo, incorporando la protección catódica de las cuerdas mediante ánodos de sacrificio. Y tercero, sometiendo las cuerdas a un sistema de protección catódica por corriente impresa.

Una estructura puede protegerse contra la corrosión uniéndola a otro metal de menor energía de ionización, que actuará de ánodo frente a ella, corroyéndose al tiempo que la protege. Esta es la idea básica de la protección catódica por ánodos de sacrificio, en la que se consigue la corriente necesaria para la protección sin necesidad de una fuente externa. Si por el contrario la protección puede conferirse por medio de una fuente externa de corriente continua a bajos voltajes, se dice entonces que se efectúa la protección por corriente impresa.

En cada uno de estos supuestos, y para cada estadio de corrosión, se han caracterizado las cuerdas electroquímicamente y acústicamente. De este modo se ha desarrollado una metodología que podrá identificar la influencia de diversos grados de corrosión y protección en las propiedades acústicas de estas cuerdas.

Los parámetros empleados para definir el estado de corrosión de las cuerdas han sido: la resistencia de polarización (Rp) que determina la velocidad de corrosión instantánea, y la espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS) que proporciona la información para evaluar el estado de corrosión de las cuerdas en el seno de la disolución de sudor. Para determinar las pérdidas de masa por corrosión se han efectuado medidas gravimétricas. Así mismo, mediante FESEM y microscopía estereoscópica se han evaluado los cambios morfológicos, también se han determinando los cambios en la composición superficial mediante EDX. Para registrar el sonido de las cuerdas de acero en cada situación, se ha procedido a construir un instrumento en el cual se disponen las cuerdas de modo que se impida en lo posible la aparición de frecuencias espurias debidas al propio instrumento, es decir, que permita registrar solamente el sonido de la cuerda. Dicho instrumento permite su afinación y también la medida de la tensión de las cuerdas. Dichos sonidos se registraron en una cámara anecoica, utilizándose para ello un micrófono omnidireccional Brüel & Kjaer tipo 4957.Para caracterizar y objetivar el sonido de las cuerdas de acero se han obtenido para cada registro la transformada rápida de Fourier (FFT), los espectrogramas frecuencia-tiempo y los parámetros psicoacústicos: sonoridad, agudeza, rugosidad, tonalidad, fluctuación y sensación de agrado. Los parámetros psicoacústicos intentan medir objetivamente la percepción humana del sonido. Con la finalidad de controlar el proceso de corrosión y de este modo mantener las cuerdas en el mejor estado posible de conservación, como ya se ha mencionado, se ha empleado la protección catódica por ánodo de sacrificio, así como la protección catódica mediante corriente impresa. El último método citado se ha mostrado con claridad como el más eficiente, pues ha reducido en un 40 % la corrosión de las cuerdas de acero, y como consecuencia directa, se han mantenido elevados valores para la amplitud de la señal acústica en los primeros modos de vibración.

Finalmente, el análisis psicoacústico confirma que las cuerdas protegidas catódicamente por corriente impresa proporcionan la mejor percepción subjetiva de las cualidades acústicas de las cuerdas.

En este treball s'ha avaluat l'estat de corrosió de cordes d'acer de guitarra produït per una dissolució sintètica de suor humana. S'ha reproduït per a tres supòsits. Primer, sense cap sistema de protecció contra la corrosió. Segon, incorporant la protecció catòdica de les cordes per mitjà d'ànode de sacrifici. I tercer, sotmetent les cordes a un sistema de protecció catòdica per corrent impresa.

Una estructura pot protegir-se contra la corrosió unint-la a un altre metall amb menor energia de ionització, que actuarà d'ànode enfront d'ella, corroint-se alhora que la protegix. Esta es la idea bàsica de la protecció catòdica per ànodes de sacrifici, en la que s'aconseguix el corrent necessari per a la protecció sense necessitat d'una font externa. Si pel contrari la protecció pot conferir-se a través d'una font externa de corrent continu a baixos voltatges, es diu llavors que s'efectua la protecció per corrent impresa.

En cada un d'estos supòsits, i per a cada estadi de corrosió, s'han caracteritzat les cordes electroquímicament i acústicament. D'esta manera s'ha desenrotllat una metodologia que podrà identificar la influència de diversos graus de corrosió i protecció en les propietats acústiques d'estes cordes.

Els paràmetres empleats per a definir l'estat de corrosió de les cordes han sigut: la resistència de polarització (Rp) que determina la velocitat de corrosió instantània, i l'espectroscòpia d'impedància electroquímica (EIS) que proporciona la informació per a avaluar l'estat de corrosió de les cordes en el si de la dissolució de suor. Per a determinar les pèrdues de massa per corrosió s'han efectuat mesures gravimètriques. Així mateix, per mitjà de FESEM i microscòpia estereoscòpica s'han avaluat els canvis morfològics, també s'han determinant els canvis en la composició superficial per mitjà d'EDX.

Per a registrar el so de les cordes d'acer en cada situació, s'ha procedit a construir un instrument en el qual es disposen les cordes de manera que s'impedisca en la mesura que es puga l'aparició de freqüències espúries degudes al propi instrument, és a dir, que permeta registrar només el so de la corda. El dit instrument permet la seua afinació i també la mesura de la tensió de les cordes. Els dits sons es van registrar en una cambra anecoica, utilitzant-se per a això un micròfon omnidireccional Brüel & Kjaer tipus 4957.

Per a caracteritzar i objectivar el so de les cordes d'acer s'han obtingut per a cada registre: la transformada ràpida de Fourier (FFT), els espectrogrames freqüència-temps i els paràmetres psicoacústics: sonoritat, agudesa, rugositat, tonalitat, fluctuació i sensació de grat. Els paràmetres psicoacústics intenten mesurar objectivament la percepció humana del so

Amb la finalitat de controlar el procés de corrosió i d'esta manera mantindré les cordes en el millor estat possible de conservació, com ja s'ha mencionat, s'ha empleat la protecció catòdica per ànode de sacrifici, així com la protecció catòdica per mitjà de corrent impresa. L'últim mètode citat s'ha mostrat amb claredat com el més eficient, perquè ha reduït en un 40 % la corrosió de les cordes d'acer, i com a conseqüència directa, s'han mantingut elevats valors per a l'amplitud del senyal acústic per als primers modes de vibració.

Finalment, l'anàlisi psicoacústic confirma que les cordes protegides catòdicament per corrent impresa proporcionen la millor percepció subjectiva de les qualitats acústiques de les cordes.