Desafinar para conseguir batidos

AfinacionBatidos03Se algunha vez escoitástedes un acordeón, o seu son amosa uns batimentos (subidas e baixadas de volume nos sonidos que produce), sobre todo en rexistros nos que xogan mais dunha lengüeta.
 
O acordeón é un instrumento musical, de vento, pero que se denomina de lengüeta libre, como a armónica. Consta de varios xogos de lenguetas que, en distintas combinacións, constitúen o xogo de rexistros do acordeón. A cantos mais xogos, mais rexistros ten o acordeón.
 
Pero hai un xogo que nunca soa el solo.

Outra historia de tubos

MarimbaC2G3Esta é outra marimba, a segunda, esta vez vai de C2 a G3 con A4 en 440, o que ven a ser que a lámina mais baixa ten una frecuencia fundamental de 65.4Hz do C2 ata os 196Hz do G3, de Do a Sol, unha octava e media para entendernos. O primeiro que chama a atención son os tubos, logo imos a iso, e arriba 12 láminas nunha soa fila, o que quere decir que non hai alteracións na escala (non hai bemoles, e non vale sacar a cousa de contexto), ven sendo o que os músicos chaman un instrumento diatónico, neste caso en Do Maior.

Por qué non ten duas filas?, Porque sairía demasiado grande e incómoda á hora de tocala, a lámina mais baixa mide mais de 500mm de longo e 100mm de ancho, incluso é un pouco alta, 1.3m. A razón de facer unha marimba con notas tan baixas foi certa fascinación polas notas baixas da anterior, e quixen ir unha octava mais abaixo, para que servise de instrumento de acompañamento... para dar os baixos.

Tubos por doquier

ResonadoresC3C6E para qué tanto tubo?

Pois esta foi a primeira marimba que me deu por construir, despois de experimentar con unhas cantas táboas de madeiras templadas (pino tea), a cousa non foi tan simple como parecía nun principio. Non se trataba de afinar só unha nota, a que lle da nome a cada lámina, senón tamén outras frecuencias que andaban por alí arriba.

Resulta que con unha lámina, ou calquer porción de material prismático (p.ex. un tubo), os modos de oscilación producen sobretonos (frecuencias por encima da mais baixa) que non son armónicos (non son múltiplos da primeira), e hai que andar cambiando a forma para conseguir que os sobretonos se convirtan an armónicos. Total, que hai que darlle forma ás láminas ata conseguir que esas frecuencias sexan múltiplos da nota fundamental, e ahí empeza o lío... múltiplos si, ¿pero cales?. A resposta a esa pregunta marca a diferencia entre xilófonos e marimbas, anque a resposta non é única: as marimbas gardan as proporcións 1:3:6 e os xilófonos 1:4:8, anque moitos autores indican xusto o contrario. O caso é que os xilófonos case sempre "atacan por arriba", con notas por encima de C4, e as marimbas arrancan moito mais abaixo, C2 e incluso A1, e onde mais se lucen.

Marcha pola Unidade

Esta foi a primeira canción que aprendín a tocar nas láminas. Non se trataba só de aprender uns compases, que si, senon que tamén que fose algo que tivese certo significado, unha historia.

E nada mellor que a combinación de Mikel Laboa e Bertolt Brecht, un cantautor que axudou a moitos vascos souberan que son vascos, homes de ben, e que tiveran fachenda de selo, cantando as letras dun home cheo de humanidade.

Unha pequena homenaxe ao pobo vasco que, cando aprendin esto, perdera a tres grandes homes en moi pouco tempo: Mikel Laboa, Chillida e Jorge Oteiza

Pequenos miragres de afinación

G3S01Seguimos co espectrograma de Fourier. Que un espectrograma saia como o da esquerda é un pequeno miragre, vexamos:

Por un golpe de gracia, o son que se analizou contén nada menos que CINCO frecuencias claras... non está mal para ser un cacho de madeira: as frecuencias son: 286.50Hz, 861.29Hz, 1722.33Hz, 3186.97Hz e 4843.73Hz.

Se dividimos a segunda, terceira, cuarta e quinta pola primeira obtemos 3.006, 6.011, 11.123 e 16.905.... as tres primeiras responden, case, á relación 1:3:6, a cuarta e a quinta, o que escrebe, ainda non atopou maneira de controlalas, pero a relación das tres primeiras era o que se andaba buscando. O lector preguntaráse qué raio era o que se estaba buscando.

Gracias a Fourier

Diagrama de Fourier do son dunha lámina de marimbaAlguén imaxina que é isto?.

Como xa se pode adiviñar polo título, os que oiron falar del dirán que tal parece un diagrama de Fourier, e acertaron.

Este en concreto correspóndese co son que emite unha lámina de marimba en pleno proceso de afinación, e está cerca do seu obxectivo, que non é outro quedar a nota que lle toca... e que teña un timbre agradable. E cómo se consegue esto? pois coa axuda de Fourier.

 

Gracias a Pitágoras

PitagorasConCordasA este home, hai unha chea de anos, como 2500, deulle por facer experimentos coas cousas, motivo polo que era despreciado porque eso de experimentar o consideraban unha debilidade (tiña que facer cousas coas mans porque non lle daba a cabeza!!). Como parece que lle gustaba a música, e prefería que houbera máis dun músico, preocupouse por averiguar qué sons quedaban "ben" cando se oían xuntos.

Así que se puxo a facer experimentos cun instrumento de corda, dunha soa corda, o monocordio, e chegou á conclusión de que os sons que quedaban ben xuntos eran aqueles que se producían con relacións de lonxitude de corda de números enteiros, canto máis baixos mellor. (1,2,3,4).

Este experimento, e sobre todo esa conclusión, marcou TODA a música occidental ate hoxe, incluída a escala musical coñecida como Pitagórica.

O da Consonancia e a Disonancia non son outra cousa que "sonidos que quedan ben xuntos"... ou non, e ten que ver cos armónicos.

A construción dun xilófono ou unha marimba debe ser un proxecto global, cun conxunto de láminas deseñadas proporcionalmente entre si de lonxitude e ancho. O ancho proporcionará máis volume á nota e debe ter en conta os diagramas da percepción humana en función da frecuencia para o cálculo, que está máis aló deste traballo.

Ao final todos eles deben estar conectados nun conxunto que permite a execución dunha composición musical.

Unha das formas de fixación das láminas é mediante unha corda que atravesa todas elas para que, con algúns soportes intermedios, estean suspendidos da corda que os atravesa. Non é o único método de restrición, pero é o que se usa nos instrumentos de maior calidade.

 

AfinacionLaminasImaxe08 AfinacionLaminasImaxe09 AfinacionLaminasImaxe10

A suxeición óptima sería a través dos nodos do modo da nota fundamental, e aínda que isto non sempre é posible porque é un elemento natural (madeira) e as lonxitudes das láminas van diminuíndo a medida que a nota sobe, o que nos proporciona unha fixación en forma de trapezoide, cómpre atopar cal é a posición do nodo da frecuencia característica da nota de cada lámina para facer o montaxe e taladroso máis próximo posible aos nodos da fundamental.

Para atopar experimentalmente a posición dos nodos da nota fundamental pódese usar o método de sal, que consiste en colocar a l´çamina nunha posición de quasi oscilación libre, apoiándoa horizontalmente sobre escuma moi suave na posición aproximada dos nodos, despois espolvoreASEe a sal fina na superficie superior e, a continuación, golpéase a lámina no centro cunha baqueta suave no centro. O modo predominante será o fundamental e os grans de sal tenderán a concentrarse nas posicións da lámina que non teñen vibración: os nodos.

 

AfinacionLaminasImaxe28Para medir cal é a nota actual dunha lámina, xunto cos valores das frecuencias que a acompañan, pode recorrerse a dous métodos:

1) Análise do sonido completo mediante unha computadora con un micrófono e un software de adquisición e análise de son. Para facer a lámina oscilar o máximo posible en todos os modos de vibración, a lámina suxétase polo punto aproximado do nodo 1 (onde a corda de suxeición pasará no conxunto final) e golpearase cunha baqueta no extremo oposto. O motivo para golpealo ao final é que é a única área da lámina que oscila en todos os modos ao estar lonxe de todos os nós.

Utilizando un PC con windows, un micrófono acoplado mediante un dispositivo USB e o software Audacity pódese obtener un gráfico como iste:

 

AfinacionLaminasImaxe28Espectrograma do son dunha lámina G4 con afinación 1-4-8

Neste caso trátase da análise de son dunha folla G4 xa afinada, na que se poden observar os picos do gráfico da Transformada de Fourier correspondente á frecuencia fundamental (392 Hz), xunto con dúass e tres octavas (G6 e G8) e outros picos correspondentes a modos de oscilación superiores (Transversal 4 en D # 8 e outros picos menores correspondentes a modos laterais e torsionais).

2) Búsqueda de modos parciais usando un afinador. Esta técnica pode requirir un pouco máis de habilidade por parte do sintonizador, xa que os nodos e os antinodos non sempre están onde indican os cálculos teóricos ou as estimacións. Consiste en bater a lámina de maneira que o xeito en que se excita en maior medida é o que se desexa comprobar, polo tanto, é importante tanto o lugar por onde se suxeta a lámina como o lugar do golpe. En cada proba, o afinador debe estar preto da lámina e indicará a nota predominante só cando se produce o son,polo que se o que se está a procurar é unha nota superior, a frecuencia será máis alta e a duración do son será breve. Aínda así, a busca empregando este método só permite identificar a fundamental e os dous primeiros sobretonos, que é abondo para facer unha afinación triple. Non permite comprobar a presenza de oscilacións en modos laterais ou de torsión que poidan estar alterando o timbre desexado da lámina. É conveniente usar un sintonizador que indique a octava, para comprobar se se detecta unha nota próxima á desexada.

Para asegurarse de que un modo particular se produce mediante golpes cunha baqueta, é conveniente ter presente as frecuencias previsibles e o perfil de cada modo de oscilación. As recomendacións para os tres primeiros modos son:

 

Modo SuxecciónGolpe Baqueta 
Transversal 1  Nodo 1 (22%L)  Central 50%L  Branda 
Transversal 2  Centro (50%L)  Cuarto 25%L o 75%L  Semidura 
Transversal 3  Extremo (11%L)  Central 50%L  Dura 

Transversal 1

Transversal 2 Transversal 3 
AfinacionLaminasImaxe01 AfinacionLaminasImaxe03 AfinacionLaminasImaxe02

IMG 20180211 110742

Unha vez que coñecidos todos os fundamentos e mecanismos para a afinacción da frecuencia fundamental e os sobretons dunha lámina, pódese establecer un método iterativo ata que a lámina produza a nota desexada e as adcionais.

Os pasos deben realizarse cunha política moi conservadora, xa que a eliminación de material na zona central só fai baixar as frecuencias, de xeito que, se as frecuencias da folla son máis baixas do desexado, a única solución é eliminar material do remate ou acurtala, que afectará a calidade do son e pode alterar a posición dos nodos da nota fundamental.

Estableceuse o seguinte método para axustar unha lámina de marimba con relación 1-3-6 entre o modo fundamental e os dous primeiros harmónicos.

PASO 1 : Medir as frecuencias de oscilación dos tres primeiros tons da lámina. Obter os cents de distancia entre a situación actual ea desexada.

PASO 2 : Se a lámina está a menosr a 300 cents en cada un dos primeiros tres tons: vernizar, busque o nodo 1 e realice a perforación (se aínda non se fixo).

PASO 3 : Se a distancia do ton 1 ao obxectivo é maior que a dos tons 2 e 3, diminuír o espesor da zona 1.

PASO 4 : Se a distancia do ton 2 ao obxectivo é maior que a dos tons 1 e 3, diminuír o espesor da zona 2 e a zona 3.

PASO 5 : Se a distancia do ton 3 ao obxectivo é maior que a dos tons 1 e 2, diminuír o espesor da zona 3.

PASO 6 : Se a distancia dos tres tons ao destino é aproximadamente o mesmo, diminuír o espesor da zona 1.

PASO 7 : Se a distancia dos tres tons é inferior a 100 cents, cambiar ao modo fino manual para comprobar os tons con máis frecuencia, se non, repetir o paso 1

PASO 8 : Se a distancia de tres tons é menos que 30 cents, pasar modo manual moi fino para acadar o obxectivo de repetición das etapas 1 a 6, pero deixando repousar a lámina entre cada operación

PASO 9 : Se a distancia é inferior a 10 cents, reiniciar ao día seguinte nun modo moi fino (lixado)

Oscilador simple formado por un muelle y una masaCada modo de oscilación compórtase como un sinxelo oscilador mecánico formado por un resorte e unha masa. Canto maior sexa o compoñente elástico, maior será a frecuencia de oscilación, e canto maior sexa a masa menor será a frecuencia da vibración.

A lei que rexe o seu comportamento é:

F = m*a = -k*y

(m = masa, a = aceleración, k = constante de resorte, y = desplazamento con respecto á posición de equilibrio).

Se a masa se move con respecto á posición de equilibrio e se libera, comezará a oscilar a unha frecuencia, cuxo cálculo é irrelevante, e que resulta ser f = raíz (k / m) / 2π. Esta oscilación manterase por un tempo, grazas á enerxía que se proporcionou movendo a masa da súa posición, que se perderá por fricción ata que finalmente volva á súa posición de equilibrio.

Si se desplaza la masa respecto de la posición de equilibrio y se suelta, empezará a oscilar a una frecuencia cuyo cálculo no viene al caso y que es f = raiz(k/m)/2π. Esa oscilación se mantendrá durante un tiempo, gracias a la energía que se aportó al desplazar la masa de su posición, que se irá perdiendo por el rozamiento hasta que finalmente vuelva a su posición de equilibrio.

Ao modificar o perfil da lámina nun determinado punto, elimínase masa, o que ten dúas consecuencias:

  • Disminución da constante elástica desa zona da lámina,

  • Disminución de la masa.

Se se realiza preto dun ANTINODO para un determinado modo de vibración, a frecuencia de oscilación dese modo diminuirá.

Se se realiza preto dun NODE para un modo de vibración particular, a frecuencia de oscilación para ese modo permanece case inalterada.

Se se fai preto dos extremos da barra, o efecto é só unha diminución en masa para TODOS os modos de vibración, xunto cun efecto de lonxitude menor, polo que a frecuencia de oscilación de todos os modos aumentará, se ben os primeiros modos, correspondentes a frecuencias máis baixas, experimentarán un aumento maior que o resto (debido á súa maior inercia, estando máis lonxe do nodo do extremo).

Zonas de rebaixe e modos afectados

 AfinacionLaminasImaxe06

Zona de rebaixe

Zona 1

Zona 2

Zona 3

Modos Afectados

Transversal 1 e 3

Transversal 2 e 1

Transversal 3 e 1

 AfinacionLaminasImaxe05Modos de oscilación transversais, posicións de nodos e antinodos

O cambio de perfil prismático, ao facer un rebaixe na parte central da lámina, produce un desprazamento cara aos extremos dos nodos e antinodos non centrais, polo que unha técnica é que as áreas para actuar están establecidas en función da estimación final da súa posición na lámina.

AfinacionLaminasImaxe33

Identificación de zonas de nodos (vermello) e antinodos (verde) para os tres primeiros modos de oscilación transversal e zonas de talla (azul) para proceder á afinación da lámina prismática.

Todo isto sería bastante sistemático ... se non fose que a medida que a lámina perde a súa condición prismática uniforme, por efecto dos rebaixes, e modifícase a posición dos nodos e antinodos non centrais.

Disonancia. 1. f. Son desagradable. 3. f. Música. Acorde non consonante.

Consonancia. (…) 4. f. Música. Cualidade dos sons que, ao escoitarse simultaneamente, producen un efecto agradable.

Como se pode comprobar as definicións non levan directamente a un cálculo matemático de que combinacións de frecuencias poden producir sons agradables ou desagradables.

AfinacionLaminasImaxe07O tema foi o resultado dunha polémica ao longo dos séculos, pois xa ocupou a Pitágoras de Samos, no século VI aC, que afirmaba, despois dos seus experimentos co monocordio, que dúas cordas similares, suxeitas á mesma tensión, producen un son harmonioso se as súas lonxitudes están en proporcións enteiras de números pequens (2:1, 3:2, 4:3 ...). Esta antiga proposta non só servía para definir os sons consonantes senón tamén a primeira escala musical de Occidente.

En tempos máis recentes, aínda que con base no mesmo principio que o enunciado por Pitágoras, os diagramas de consonancia e disonancia foron descritos como unha función das frecuencias que compoñen un son.

Segundo este criterio, instrumentos de cordas e vento producen naturalmente sons consonantes, xa que os principais tons son harmónicos da frecuencia fundamental, polo tanto múltiplos enteiros da frecuencia fundamental. Quizais por iso os instrumentos vento e cordas forman a base da maioría das agrupacións musicais.

Con todo, hai instrumentos que producen sons con notas base e sobretons inherentemente disonantes, como no caso da txalaparta (cada nota está composta por f1, f1 * 2,76, 5.40f1, 8.93f1) e o simandrón (usado por monxes cristiáns ortodoxo en áreas de dominación vello turco, onde foron prohibidos as campás) que non supón para os seus músicos unha cuestión de disonancia e desgusto, senon un timbre característico dunha identidade cultural, co que a polémica da disonancia está servida. 

AfinacionLaminasImaxe14  AfinacionLaminasImaxe26 
Sen imaxes
Sen imaxes