El Camino del Sintetizador - Parte 3 - Los 3 Elementos del Sonido

Continuamos con esta serie de tutoriales llamados El Camino del Sintetizador, la idea de esto es crear una base realmente solida de conocimiento para abrir la creatividad a explorar formas distintas de experimentar con la musica, entraremos en una parte mas compleja, ojala esta guia les sirva en su totalidad para entender el tema y queda alguna duda para que ya manejen los nombres clave de esas  cosas sobre las que quieran seguir investigando en internet, hay muchas maneras de explicar un mismo punto. Suerte y que siga el camino. 

Que es el sonido?

Sonido es la sensacion que sienten nuestros oidos cuando detectan movimiento o vibraciones en el aire, estas vibraciones son enviadas al cerebro donde seran decodificadas y luego traducidas a lo que es nuestro concepto de sonido 

Como se transmite el sonido en el aire?

En el mundo estamos rodeados de aire  y ese aire esta compuesto de particulas microscopicas que cargan informacion y esta informacion hace el sonido. En el espacio por ejemplo no se conduce el sonido ya que no hay aire, pero por otro lado el agua es el conductor mas efectivo en cuanto a distancias puede llevar la informacion mucho mas lejos que el aire.

Consideremos una masa de aire que no viene cargada con informacion de sonido, veremos que las particulas tienen mas o menos una densidad uniforme, obviamente habria movimiento en el aire pero el sonido producido por ese movimiento nuestros oidos no lo perciben. 

Ahora traigamos una bateria a nuestra masa de aire vemos como las particulas en la figura (a) estan alrededor de la bateria pero de manera uniforme

    

Y con una baqueta le damos un golpe al tambor (b)el golpe estira la membrana de la bateria y se empiezan a mover las particulas de aire

           

Las particulas de aire son el mismo numero pero ocupan mas espacio a esto se le conoce como rarefaccion un grupo de particulas pierde su densidad.
La tension de la membrana hace que la baqueta rebote y vibre mientras al mismo tiempo la membrana   esta ahora haciendo un movimiento hacia arriba

              

Ahora ocurre lo opuesto a la rarefaccion, la compresion las particulas ahora son el mismo numero pero ocupan un espacio menor al que tenian antes del golpe de la baqueta, la membrana ira de arriba hasta abajo decayendo de forma gradual hasta volver a su posicion original. 

        

Asi se ven las frecuencias de sonido viajando por el aire, de hecho las particulas de aire no se mueven lejos de la membrana del tambor, vibran adelante y hacia atras llevando la informacion hacia las otras particulas de aire  (F)

Los 3 Elementos del Sonido

Cuando escuchamos un sonido puede ser definido analizando 3 cosas,  El Pitch, El Timbre (de la palabra francesa "tono de color") y la Amplitud (que tan alto o bajo esta un sonido en particular)  

Pitch (Afinacion)

 Es el que dicta que tan agudo o grave suena algo, (una flauta en general tonos agudos mientras que un bajo y un trombon producen tonos mas graves). 

y el se identifica por la frecuencia vibran particulas de principio a fin cuantos ciclos realiza por segundo. 

Por ejemplo: hay un aparato de metal conocido como Tunning fork o horquilla de replicacion. que se le da un ligero golpe y suena la nota LA, esto se produce al vibrar 440hertz. con esto se toma la nota la de referencia para afinar los instrumentos en base a ese sonido.

El Siguiente video demuestra en Super-Slowmotion (Camara Superlenta) La vibracion del Afinador de Horquilla o Tunning Fork, Esas vibraciones en esa velocidad producen una onda sinoidal que tiene un ciclo de 440 hertz que su sonido lo denominamos como la Nota "La / A".  

La Longitud de la Onda dependera del movimiento que hagan las puntas de la horquilla, la distancia una onda el tiempo que ocurre en finalizar su ciclo se llama Largo de onda (WaveLength), y las veces que repite su ciclo por segundo se llama Frecuencia.

La Afinacion Estandar (Standar Tunning): Cuando varios musicos en una orquesta estan tocando, para que todo suene bien tienen que tener un manejo relativamente bueno del instrumento, pero lo mas importante es que cuando todos en cada uno de sus instrumentos toquen una nota, todos produzcan una onda que vibre a la misma cantidad de ciclos por segundo en su instrumento.

Por eso en el sistema musical mundo occidental, se estandarizo en que la nota "LA" Vibrara a 440 ciclos por segundo, 440Hz.

La respuesta del oido humano. 
hay un limite al rango de frecuencias que el oido humano puede detectar, el mas bajo suele ser 18 o 25 Hertz, y lo mas agudo son 20.000 Hertz. Claro que esto con el tiempo especialmente cuando uno enveje se va perdiendo. siendo el oido mas sensible con las frecuencias de 1000 a 3500 hertz que suelen ser el rango que registra la voz humana.
Esto quiere decir que un sonido de 1000 hertz que este a un nivel de volumen o amplitud bajo, va a ser escuchado por el oido mas facilmente que un sonido de 120 hertz a un volumen mayor.

Timbre (Color)

Timbre es la cualidad de un sonido que permite distinguir entre un sonido y otro que tengan el mismo Pitch(Tono). El timbre o color de tono de una nota, depende de la forma que tenga la onda. Si recordamos el ejemplo del Tunning fork o Horquilla de afinación, vemos como la compresión y la rarefacción del aire (movimiento) tienen una onda SINOIDAL 

Onda Sinoidal

Ahora veremos la representacion grafica de una Onda conocida como Onda Cuadrada (Square Wave), comparándola con la onda sinoidal producida por el tunning fork el oido detecta en este caso que tienen el mismo Pitch pero debido a que las partículas de aire vibran en una manera diferente y el oído percibe fácilmente esto como un sonido con un color tonal (timbre) distinto.

Las particulas al ser comprimidas y descomprimidas (rarefaccionadas) afectadas por una Onda Cuadrada (Square Wave) hay espacios donde no hay nada de sonido por que asi funciona la onda cuadrada es como un switche o boton de apagado y prendido que a la velocidad a la que parece no se perciben los silencios. que aunque parece un movimiento corrido sin pausas la teoria detras es que son muchas imagenes estaticas pasando a una velocidad que el ojo detecta como un movimiento corrido.

A Diferencia de el pitch no hay manera cuantitativa de medir el timbre, con el pitch se mide por octavas y semitonos. Con el timbre lo que se hace es decir la forma de la onda producida por un sonido, esto funciona muy bien con formas sencillas como las mencionadas (Sinoidal) y (Square Wave) pero una ligera alteración en la forma de la onda y el timbre del sonido cambiara considerablemente.

Amplitud (Volumen)

En la superficie, el concepto de amplitud es simple. Si consideramos el ejemplo de la onda sinoidal, podemos decir que mientras mas partículas de aire sean comprimidas y descomprimidas, mas altos serán los picos en la onda de sonido y el oído detectara ese sonido producido con un volumen mas alto. Ahora, el oído se comporta en una manera particular de una forma no lineal. Por ejemplo si un sonido se le duplica la amplitud el oído no lo percibida con 2 veces el volumen que tenia. y otra dato curioso es que con respecto a la amplitud, el timbre esta relacionado íntimamente : un tono brillante sonara mas Duro que una onda sinoidal pura.

Como el oido no responde en una manera linear, amplitud es normalmente medida en decibeles. este es el radio de 2 vaolres donde un sonido es comparado a otro de referencia. normalmente esta referencia es compararlo con el punto exacto del oído  y su capacidad de escuchar sonidos muy altos o muy bajos. En la escala un concierto de rock en vivo suele estar entre los 90db y 120 db, mientras que una radio en un cuarto cerrado puede estar sonando a 50db, claramente el radio no va a escucharse a la mitad del equivalente de lo que se escucha el concierto de rock. 

Cuando consideramos la amplitud del sonido, Las Dinamicas (los cambios en la amplitud) juegan un papel vital. Analicemos cuando presionamos la tecla de un piano. mientras el martillo golpea a la cuerda el sonido del piano crece de 0 a máximo casi de manera instantánea, luego el sonido empieza a morir gradualmente mientras la vibración de la cuerda se va dejando de mover. 

Durante el todo este proceso la amplitud de la tecla ha estado en movimiento todo el tiempo cambiando gradualmente. la forma que tiene la amplitud de una nota es conocida como la envolvente (envelope) y este es un concepto muy importante muchas veces cuando estemos sintetizando la envolvente suele jugar un papel mas importante en crear el efecto que el timbre como tal. 

Las Ondas Periodicas y las Aperiodicas

Son las dos clases de onda que existen, las periódicas como vimos antes, son ondas que aunque pueden ir evolucionando en su timbre y tener alteraciones en algún momento el ciclo se repite y empieza desde un punto inicial a un punto final que se puede identificar.

Las aperiodicas suenan solo una vez, y estas ondas no tienen pitch. El ejemplo mas claro que existe de este tipo de ondas es el producido por la lluvia, o las olas del mar. las ondas producidas son tan complejas que no hay forma de ver un patrón que se repita en ese proceso.