Natureza do Son

AfinacionLaminasImaxe30

O son, en física (1), é calquera fenómeno que inclúa a propagación de ondas elásticas (audibles ou non), xeralmente a través dun fluído ou outro medio elástico que esté xerado polo movemento vibratorio dun corpo.

O son audible consiste en ondas sonoras nunha gama de frecuencias específica, que se producen cando as flutuacións na presión do aire son convertidas en ondas mecánicas no oído humano, logo en impulsos nerviosos e así entendida polo cerebro.

O son, como calquera outra onda, conleva o transporte de enerxía sen transporte de materia, pero facendo uso da materia. Non se propagan no baleiro, ao contrario que as ondas electromagnéticas.

Se as vibracións ocorren na mesma dirección en que se propaga o son, é unha onda lonxitudinal e se as vibracións son perpendiculares á dirección de propagación é unha onda transversal.

O Son na Música

O tempo e o son, en combinación co silencio, é a materia prima da música

Na música, os sons clasifícanse en categorías tales como: longas e curtas, fortes e débiles, agudas e graves, agradables e desagradables. O son sempre estivo presente na vida cotiá do home. Ao longo da historia o ser humano inventou unha serie de regras para ordenalo para construír algún tipo de linguaxe musical.

Frecuencia fundamental, sobretonos e harmónicos.

Frecuencia fundamental : o que define unha nota, por exemplo LA4 = 440Hz.

Sobretono : compoñente dun son cuxa frecuencia é superior á frecuencia fundamental.

Harmónico : compoñente dun son cuxa frecuencia é un múltiplo da frecuencia fundamental.

Deste xeito verifícase que todos os harmónicos son sobretonos, xa que teñen un maior valor de frecuencia que o fundamental, pero non todos os sobretonos son harmónicos , xa que non sempre son múltiplos enteiros do fundamental.

En corda e vento tódolos sobretonos son harmónicos.

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 

Cosonancia e Disonancia

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.

Frecuencia fundamental e sobretons dunha lámina

AfinacionLaminasImaxe21

Unha lámina uniforme libre, por exemplo unha táboa, ten modos de vibración que producen un son característico que pode ser descrito como disonante. Para a construción dun instrumento musical baseado en láminas, que produza sons correspondentes ás notas musicais dunha escala (ben diatónica ou cromática), basta escoller as láminas das lonxitudes axeitadas. Non obstante, os sons obtidos non teñen a calidade musical suficiente precisamente por mor da existencia de sobretons disonantes.

As referencias de instrumentos cos mesmos principios que o xilófono e a marimba datan do século XIV, feitos con láminas de madeira ou de metal cun rebaixe na súa parte central en forma de arco, esto facía que o son producido fose diferente, considerado como máis agradable que o dunha simple táboa ou barra sen ese rebaixe. Esta alteración consistiu nun método de afinación ademais do cambio na lonxitude das láminas, que non só alteraba a nota fundamental senón tamén as frecuencias dos sons adicionais, deixando a cuestión da calidade do son á percepción do artesán, sen que se tivera consciencia da existencia de harmónicos e da necesidade da súa afinación.

Modos de vibración dunha lámina libre

Unha barra rectangular ten varios modos de vibración ou oscilación, os modos de oscilación transversais son aqueles que se utilizan para producir sons en instrumentos musicais como txalapartas, xilófonos, vibráfonos e marimbas.

En cada modo de vibración podemos distinguir NODOS e ANTINODOS:

Nodo de vibración : punto (ou liña) da folla que non experimenta movemento oscilatorio.

Antinodo : punto (ou liña) da folla que experimenta a máxima oscilación.

Cómo e onde rebaixar e cómo afecta a cada un dos modos

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).

Comprobación das frecuencias de oscilación

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:

Atopando os nodos da fundamental e furando

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

Talla e afinación manual

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.

Cálculo por elementos finitos e tallas en automático

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)

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.

Sen imaxes
Sen imaxes