la musica lo es todo
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Si la música es el arte de organizar sonido (con el fin de expresar algo), podemos concluir que un instrumento musical es cualquier objeto que sea utilizado por el ser humano para producir sonidos en el marco de una creación musical. Es decir, potencialmente cualquier objeto es un instrumento musical.
Estudiar la física de los instrumentos musicales equivaldría entonces al estudio de las propiedades acústicas de todos los objetos, lo que no es una ayuda en la delimitación del objeto de estudio. En consecuencia, trataremos de estudiar las propiedades físicas (acústicas) de algunos objetos que han sido construidos (o utilizados) más frecuentemente como instrumentos musicales.
En el caso de los instrumentos musicales el sistema está compuesto al menos por un oscilador. Muchos instrumentos musicales disponen también de un resonador. En este caso, puede ser interesante estudiar la forma en que están acoplados oscilador y resonador. Finalmente es importante identificar la fuerza que excita el oscilador y, particularmente, la forma en que se lo excita.
Por ejemplo, en un instrumento de cuerdas, la cuerda es el oscilador. La caja de resonancia es el resonador. Mientras que la forma en que se aplica la fuerza depende del instrumento: el dedo (o plectro) en la guitarra, un martillo en el piano, un arco en el violín, el viento en el caso del arpa eólica.
SI lo importante de un instrumento musical es que puede producir un sonido entonces el estudio desde el punto de vista acústico de un instrumento musical debe centrarse en la forma en que se produce dicho sonido. Y más ampliamente en la influencia (incidencia) de cada una de las componentes del sistema (oscilador, eventual resonador y forma de excitación) sobre los parámetros del sonido, estos son: frecuencia fundamental (en caso de haberla - en general nos interesará saber cuál es la serie de parciales que se produce y a partir de qué parámetros de genera cada una de las frecuencias que la componen), intensidad, duración, timbre, (forma de onda).
No podemos esperar que haya una única correspondencia entre una parte del sistema y uno de los parámetros del sonido. En general vamos a determinar que las distintas componentes del sistema "instrumento musical" van a estar ejerciendo influencia sobre más de uno de los parámetros del sonido.
En la medida en que el músico intérprete tiene por función la producción de sonidos con su instrumentos musical, es importante la reflexión acerca del funcionamiento de su instrumento a efectos de conocer cómo controlar los distintos parámetros del sonido que producirá en el transcurso de una interpretación.
Este estudio, más su aplicación final a un caso concreto, pretende dar pistas sobre un método posible para el estudio de los instrumentos musicales desde un punto de vista acústico.
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.
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.
En rigor, las columnas de aire encerradas en un tubo cumplen la función de resonadores. De acuerdo al sistema al que estén acoplados pueden tener un comportamiento claro como resonador o tener una interacción tal con el verdadero oscilador que hace que el estudio pueda parecer confuso.
Es necesario distinguir entre lengüetas blandas y duras. Las lengüetas blandas producen frecuencias muy inestables, dependiendo de la intensidad con la que se sople. Acopladas a un resonador como es una columna de aire encerrada en un tubo la frecuencia de oscilación de las lengüetas se estabiliza y ambos en interacción producen una onda con frecuencia más fácilmente controlable.
Las lengüetas duras producen frecuencias estables y la frecuencia fundamental depende de las características de la lengüeta, es decir, material de construcción y dimensiones. Si el sistema tiene acoplada una columna de aire encerrada a un tubo, esta funciona claramente como resonador. Las características tímbricas dependerán esencialmente del material con el que está construida la lengüeta.
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 (en rigor, la superficie de la baqueta que tenga contacto con la membrana).
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.
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 cuerdas podrán ser excitadas por pulsación (guitarra), percusión (piano) o frotado (violín). También podrán ser excitadas por el viento, como el caso de las arpas eólicas. Las membranas, placas y barras son excitadas por percusión (mediante baquetas) y existen diferentes baquetas que tienen por objetivo producir resultados tímbricos variados. Las lengüetas se excitan por medio de chorros de aire, que son generados por el intérprete (caso de los instrumentos de soplo) o por sistemas de generación de aire, como en el órgano. Existen instrumentos (de los llamados idiófonos) en los que la excitación del oscilador se realiza por sacudido.
Especialmente a lo largo del siglo 20 la experimentación que buscó la expansión de las posibilidades tímbricas de los instrumentos musicales acústicos "usuales" (en determinado contexto cultural), llevó a la ampliación de los modos de excitación de los osciladores, de manera distinta para la cual habían sido construidos. En todo caso igual se reducen a las categorías mencionadas anteriormente.
Adicionalmente, en la medida en que -como todo cuerpo- el resonador tiene su propia curva de respuesta de frecuencias, con zonas en las cuales hay picos de resonancia o formantes, la acción del resonador también afectará al timbre del instrumento musical, modificando las características tímbricas originales producidas por el oscilador.
Es importante estudiar la forma de transmisión de la oscilación del oscilador al resonador, porque allí se produce siempre una pérdida de energía que afecta tanto a la intensidad final del sonido, como eventualmente a su duración.
Encontramos resonadores en los instrumentos de cuerda, lo que se conoce como caja de resonancia. Los instrumentos de membrana suelen tener un resonador acoplado (el cuerpo del tambor, por ejemplo). También son resonadores los tubos que encontramos en instrumentos de barra (debajo de las barras) como la marimba o el vibráfono. Finalmente, como ya se mencionara, en general las columnas de aire encerradas en tubos cumplen la función de resonadores.
Existen tres grandes grupos sonoros
La voz debe ser uno de los pocos instrumentos musicales que tiene un resonador variable, compuesto por la cavidad bucal y nasal, esencialmente, pero también por las otras partes del tracto vocal. Los ligamentos vocales oscilando producen un sonido único, que es moldeado tímbricamente por el resonador, en función de la colocación de los diferentes articuladores. La diferencia entre las distintas vocales es la ubicación de los picos de resonancia (formantes) generada por las características del resonador a partir de la combinación de los articuladores.
La voz cantada en la tradición de la música culta occidental se caracteriza por la introducción de un formante adicional, el llamado "formante de canto", situado alrededor de los 2.500 Hz. Dicho formante era necesario para que los cantantes concentraran una parte importante de su energía en una zona en la cual la energía de una orquesta no es muy grande, a efectos de poder ser escuchados cuando cantaban con ese cuerpo instrumental.
En la tradición musical uruguaya los cantantes de murgas recurrían a un principio similar de introducción de un formante adicional en el canto, con fines también equivalentes, de poder ser escuchados a mayores distancias. Aunque en este caso debido a que las presentaciones se realizaban en lugares que no ayudaban a la proyección del sonido, así como para superar el sonido "ambiente" del lugar en donde se realizaban las presentaciones.
