ACÚSTICA MUSICAL Preparado por Julio Figueroa Jaluff Ingeniería de Sonido Universidad De Las Américas CARACTERÍSTICAS DEL SONIDO Y SU RELACION CON EL LENGUAJE MUSICAL. El mecanismo de excitación primario El elemento vibrante Resonador adicional Parámetros Música Tono Volumen Timbre. variación en el tiempo Fundamentales y Armónicos En la serie 200 Hz, 300 Hz, 400 Hz, 500 Hz, 600 Hz, 700 Hz, ... La frecuencia más grave es 200 Hz, pero la frecuencia fundamental de la serie es 100 Hz. La ausencia de la frecuencia fundamental en una serie armónica no cambia la percepción de altura de ese sonido (altura residual o virtual). Formas de Onda La onda cuadrada está formada por la fundamental más los armónicos superiores impares (similar al clarinete es su registro bajo). Formas de Onda La onda diente de sierra y de pulso se componen de la fundamental más todos los armónicos pares e impares, siendo esta última más brillante debido a que sus armónicos tienen mayor intensidad. Formantes El timbre de un instrumento varía con el registro. La fundamental no necesariamente debe tener la mayor amplitud. Existen regiones en las cuales persiste la intensidad de algunos armónicos particulares, no importando el registro que esté usando el instrumento. El efecto se traduce en que todas las notas producen un timbre similar, lo que musicalmente implica un sonido homogéneo. Estas frecuencias particulares se conocen como Formantes. Formantes OBOE Timbre Técnicas instrumentísticas, tales como Pizzicato, uso de Sordina, etc. Ruido de fondo o sonidos parásitos en relación a su espectro armónico, debido a su método de producción de sonido. Duración Ataque, estado estacionario y decaimiento. Ataque: período en que el sonido comienza hasta desarrollarse y lograr un estado estacionario. Información importante para la identificación de ciertos instrumentos. Estado estacionario: período durante el cual el sonido no esta sujeto a ningún cambio. Decaimiento: período durante el cual es sonido persiste pese a que se dejó de excitar la fuente. Duración ADSR Direccionalidad La mayoría de los instrumentos musicales son radiadores muy complejos que proyectan la energía sonora multidireccionalmente, cambiando constantemente las proporciones de densidad espectral. FAGOT VIOLIN Dinámica La dinámica musical o diferencia entre los sonidos más suaves y los más fuertes se divide en varios grados de volumen (piano, forte, etc.). La diferencia en términos de niveles de intensidad entre cada grado corresponde a unos 6 dB. Hay instrumentos de gran capacidad dinámica, especialmente los de percusión. Otros, como la flauta dulce, solo dan un par de grados dinámicos. En general, la dinámica musical de los instrumentos varia de acuerdo al registro. OBOE Relación Físico-Musical PARÁMETRO FISICO Presión sonora Volumen Altura o Tono Timbre o Color +++ + + + Frecuencia + +++ ++ + Espectro + + +++ + Duración + + + +++ + ++ +++ : Débilmente dependiente : Moderadamente dependiente : Fuertemente dependiente Duración Escalas Musicales Una primera subdivisión de todas las frecuencias audibles la constituyen las octavas, cuya banda está comprendida entre una frecuencia y otra de valor doble. Mediante la subdivisión de las frecuencias incluidas en una octava se compondrá una escala. Las más conocidas son la Diatónica, en la que los intervalos de división no son iguales para las diferentes tonalidades y su aplicación en instrumentos de notas fijas es imposible; y la escala Cromática Temperada que está dividida en doce intervalos sucesivos iguales. Se ha tomado como patrón para los valores de las octavas el La 4 (A 4) de 440 Hz. En el Piano LA VOZ HUMANA LARINGE VOZ CUERDAS VOCALES RESONADORES La fonética acústica estudia los modos de producción sonora de la voz humana LA VOZ HUMANA Características Resonador variable, compuesto por la cavidad bucal y nasal, esencialmente, pero también por las otras partes del tracto vocal. Localización de sensaciones para vocal A a) Mi3 b) Fa3 c) Sol3 Directividad de sensaciones Características “Formante de canto", situada alrededor de los 2.500 Hz. La intensidad de la voz hablada rara vez supera los 40 ó 45 fonos, mientras que para la voz cantada llega a los 100 fonos. Las frecuencias que alcanza la palabra llegan a los 250 Hz. en el hombre y 500 Hz. en la mujer, mientras que si es cantada el hombre alcanza los 580 Hz. y la mujer los 1300 Hz. La voz humana genera frecuencias fundamentales entre los 80 Hz. y los 1300 Hz. con armónicos que llegan a los 9000 Hz. Características La letra “s” es la de mayor contenido en armónicos superiores, mientras que la vocal “u” es la de mayor componentes en baja frecuencia. La A y la U tiene fundamental y tercer armónico fuertes, segundo y cuarto débiles La E y la O, más o menos lo contrario, fundamental y tercer armónico débiles, segundo y cuarto fuertes La I tiene los primeros armónicos débiles y el quinto y sexto fuertes. Características Las consonantes se clasifican más bien como ruidos, en dos clases: silenciosas, en que no intervienen las cuerdas vocales, y habladas en que sí toman parte. La mayoría de las consonantes contienen armónicos transitorios. Las frecuencias primordiales para el correcto reconocimiento de la voz hablada, están comprendidas entre los 500 Hz. y los 3000 Hz. (rango telefónico). El rango dinámico de la voz va de los 35 dB (murmullo) a los 100 dB (canto o grito), valores tomados en cámara anecoica a un metro de distancia. Características Musicales de la Voz Cantada La intensidad corresponde a lo que denominamos potencia. La vocalidad es el parecido con una vocal dada y depende de la situación e intensidad relativa de los dos armónicos principales inferiores a 2500 Hz. El volumen viene dado por la amplitud del sonido fundamental. El espesor se caracteriza por la mayor o menor intensidad distribuida entre los 3 y 6 primeros armónicos. La claridad se manifiesta de acuerdo con la intensidad de los armónicos comprendidos en el rango de 2500 a 3500 Hz. Dureza corresponde a la presencia de armónicos más altos de 3500 Hz. Direccionalidad INSTRUMENTOS DE CUERDA • La cuerda es un objeto cuyo largo es mucho mayor que su ancho. • La cuerda fija en dos extremos genera series de parciales armónicas. • La onda más usada desde el punto de vista musical es la transversal. • La frecuencia (fundamental) que produce una onda es directamente proporcional a la tensión a la que está sometida e inversamente proporcional al largo y a la densidad lineal de la misma. • El timbre (forma de onda resultante) dependerá fundamentalmente del material de construcción, del modo según el cual se excite al oscilador, del punto sobre el cual se excite la cuerda, y de las características del objeto con el cual se la ponga en oscilación. Los instrumentos de cuerda admiten una doble clasificación : Percutida • forma de producir el sonido Frotada Pulsada • longitud fija o variable de la cuerda INSTRUMENTOS DE VIENTO Hablamos de columnas de aire encerradas dentro de un tubo y debemos diferenciar dos casos: los tubos cerrados en un extremo (tubos cerrados) y los tubos abiertos en los dos extremos (tubos abiertos). La onda que se produce es longitudinal. La columna de aire encerrada en un tubo produce una serie de parciales armónica completa (tubo abierto en los dos extremos) o una serie de parciales con sólo los armónicos impares (tubo cerrado en un extremo). La frecuencia (fundamental) es inversamente proporcional al largo del tubo, con la característica de que el tubo cerrado en un extremo produce una frecuencia fundamental de la mitad (una octava más baja) que la que produce un tubo abierto en ambos extremos del mismo largo. El timbre dependerá fundamentalmente de la relación que exista entre el largo y el ancho del tubo y de la forma (interior) del mismo: cónico, cilíndrico o mezcla de ambos. Características La vibración de las columnas de aire contenidas en los tubos sonoros es debida a la formación de una Onda Estacionaria. Por lo tanto, las columnas poseen nodos (vibración nula) y vientres (amplitud de vibración máxima), equidistantes de los anteriores. La distancia entre dos nodos o dos vientres consecutivos es siempre de media longitud de onda. En los extremos cerrados siempre se producen nodos y en los extremos abiertos generalmente se producen vientres. El punto de excitación no puede ser un nodo, pero no necesita ser un vientre, pudiendo estar en un punto intermedio. No es necesario que las aberturas de un tubo coincidan con los extremos, pudiendo éstos estar cerrados y haber una o más aberturas en otras partes del tubo. Clasificación Estos instrumentos también se pueden clasificar por la forma de excitación de la columna de aire. Tubos de embocadura Directa e Indirecta Tubos de Lengüeta Tubos de Lengüeta Labial INSTRUMENTOS DE PERCUSIÓN Membranas Se podría estudiar la membrana rectangular como la combinación de varias cuerdas paralelas y perpendiculares. Los modos de oscilación resultan de la combinación de los modos de oscilación de las cuerdas. Las membranas circulares (más usadas) no producen series armónicas. Se producen nodos radiales y circulares. De manera similar a las cuerdas, la frecuencia más grave de la onda de una membrana en oscilación será directamente proporcional a la tensión a la que está sometida e inversamente proporcional a su radio y a densidad de superficie de la misma. Tímbricamente dependerá fundamentalmente del material con el cual está construida la membrana, pero también del punto en el cual sea excitada y el tipo de baqueta que se use para excitarla. Modos de Vibración Membranas cuadradas Membranas redondas INSTRUMENTOS DE PERCUSIÓN Placas Cuando hablamos de placas estamos usamos una terminología diferente a la que suelen usar los percusionistas. Nos referimos a instrumentos como los platillos o las campanas. Se incluyen en el mismo capítulo que las membranas dado que su comportamiento acústico es similar. Una diferencia fundamental es que las placas no están fijas en sus extremos (como la membrana), por lo que no podemos hablar de que estén sometidas a una tensión determinada. INSTRUMENTOS DE PERCUSIÓN Barras Al hablar de barras (lo que los percusionistas suelen llamar placas) nos estamos refiriendo a los instrumentos como xilófono, marimba o vibráfono. Hay que distinguir barras fijas en dos puntos y barras fijas en un extremo. Existen similitudes entre la barra fija en dos puntos y la cuerda fija en sus dos extremos, pero mientras que la fuerza de reposición en la cuerda se genera a partir de la tensión a la que está sometida, en el caso de la barra se debe a la rigidez del material del cual está construida, lo cual depende a su vez del grosor de la placa. La frecuencia fundamental será directamente proporcional al grosor e inversamente proporcional al largo de la barra. Las barras de sección uniforme no producen series de parciales armónicas. No obstante, los modos de oscilación que se producen tienen frecuencias bastante separadas entre sí, lo que evita la generación de un sonido con carácter de "ruido" como el de la membrana. Variando la sección de la barra (haciendo que no sea uniforme) puede modificarse la frecuencia de algunos modos de oscilación, de manera de aproximar la serie de parciales a una serie armónica. Las distintas formas en la variación de la sección tendrán como resultado timbres diferentes en el sonido de la barra. Las varillas se clasifican en : simétricas, cuando poseen un punto de apoyo único situado en su centro o puntos equidistantes de éste y asimétricas, cuando están apoyadas sobre puntos dispuestos asimétricamente o fijas en un punto único distinto del centro. Cuando las varillas vibran longitudinalmente, se comportan como tubos sonoros, abiertos las simétricas y cerrados las asimétricas. ACÚSTICA MUSICAL Preparado por Julio Figueroa Jaluff Ingeniería de Sonido Universidad De Las Américas
