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.

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

AfinacionLaminasImaxe27

Numerosos investigadores intentaron o método de cálculo por elementos finitos para obter perfís óptimos para obter unha lámina con afinación preestablecidal (relación entre tons e sobretons). Neses cálculos foron utilizados modelos complexos de ecuacións diferenciais da mecánica clásica como o de Euler-Bernoulli que non foron tan precisos como era necesario, precisándose refinamentos máis modernos, como as ecuacións diferenciais introducidas pola gran figura de enxeñería mecánica moderna Stephen Timoshenko. Con todo iso, se a lámina é de madeira natural, a variabilidade conleva a que os pasos finais sexan sempre manuais. O uso de materiais sintéticos, máis estables e precisos nas súas características, permiten maiores aproximacións (como ten feito a casa Yamaha)

 

Resultados de simulación de perfiles óptimos para distintas afinacións

AfinacionLaminasImaxe13  AfinacionLaminasImaxe12 
AfinacionLaminasImaxe11 AfinacionLaminasImaxe23
AfinacionLaminasImaxe24 AfinacionLaminasImaxe25

   
   
   

AfinacionLaminasImaxe22Nunha corda homoxénea presa por ambos extremos e baixo tensión, un caso típico de instrumentos de corda musical, os modos de vibración son tales que a amplitude da oscilación nos extremos debe ser necesariamente cero. Dado que a propagación de cada onda é igual en todas as frecuencias, os diferentes modos de vibración producen frecuencias múltiples da fundamental (1,2,3,4 ...), tendo a peculiaridade de que cada oscilación pode descompoñerse en dúas ondas viaxando en direccións opostas, producindo o que se coñece como unha onda estacionaria. É por iso que os instrumentos de corda producen sons con sobretonos armónicos e, polo tanto, non disonantes.

Un instrumento de vento pode ser asimilado a un tubo aberto nun extremo e pechado polo outro ou a un tubo aberto nos dous extremos. No caso dun tubo pechado nun extremo, as ondas estacionarias son múltiplos enteiros impares da frecuencia fundamental, mentres que nun tubo aberto son múltiplos enteiros (pares e impares).

AfinacionLaminasImaxe19  AfinacionLaminasImaxe19 

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.

 

O timbre non é outra cousa que o conxunto de sonidos puros que emite un instrumento musical, unha voz ou un son en xeral, pois poucas cousas das que oímos son sons puros, senon mesturas. Dise que un son puro correspóndese con una onda senoidal, dunha soa frecuencia, e ahí entra Fourier, que dixo que unha onda calquera sempre se pode descompoñer en suma de ondas senoidais... e deunos o método para atopalas. Moitos anos despois, os que xa sabían a teoría, fixeron que os ordenadores escoitasen e botasen contas, dando como resultado diagramas como os da imaxe que nos axudan a saber cales son esas ondas. Poer certo, esto foi o que escoitou o ordenador: uns golpes nun anaco de madeira, e o que se ve na primeira imaxe é o análise de Fourier do anaquiño sombreado.... parece un miragre!

Mostra de Son

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.

 

Sen imaxes
Sen imaxes