Principios de funcionamiento acústico musical de una batería


1.4. Principios de funcionamiento acústico musical.

1.4.1. Introducción
Un instrumento de percusión es un tipo de instrumento musical cuyo sonido se origina al ser golpeado, agitado o frotado. Es la forma más antigua de instrumento musical. La percusión se distingue por la variedad de timbres que es capaz de producir y por su facilidad de adaptación con otros instrumentos musicales. Cabe destacar que puede obtenerse una gran variedad de sonidos según las baquetas o mazos que se usen para golpear algunos de los instrumentos de percusión. Cualquier instrumento de percusión puede ser usado para crear patrones de ritmos (batería en este caso) o bien para emitir notas musicales (xilófono). Se suele acompañar a otros con el fin de crear y mantener el ritmo. Pero también puede ser instrumento solista o formar orquestas.

1.4.2. Clasificación de los instrumentos musicales de percusión
Según el tipo de sonido que producen:

De altura puntual definida: Los que producen notas identificables. Es decir, aquellos cuya altura de sonido está determinada. Algunos son: el timbal, el xilófono, el vibráfono, la campana, los crótalos, la celesta, la campana tubular, los tambores metálicos de Trinidad.

De altura puntual no definida: Aquellos cuyas notas no son identificables, es decir producen notas de una altura indeterminada. Entre ellos: el bombo, la caja, el afuche, las castañuelas, las claves, el cencerro, el címbalo, el güiro, el trinquete, la zambomba, el vibraslap.
No obstante, esta clasificación no es estricta, por ejemplo algunos percusionistas son capaces de afinar las cabezas de tambor a tonos específicos.
En las orquestas se suele diferenciar entre:
Percusión de membranas
Percusión de láminas
Pequeña percusión  .

Según el elemento vibrante que utilizan:
Varilla: xilófono, Celesta y Triangulo.
Placa: Platillos, Campa y Gong.
Membrana: Timbales, Bombo, Tambores y Pandereta .

1.4.3. Principios de funcionamiento acústicos
Para entender esto, haremos aquí una breve descripción de los principios de funcionamiento de una cuerda y una membrana seguido de una comparación espectral entre ambas.

Principio de funcionamiento acústico de una cuerda
La cuerda es un objeto cuyo largo es mucho mayor que su ancho (de manera que podemos considerarlo casi como unidimensional). La cuerda fija en dos extremos genera series de parciales armónicas. La onda más usada desde el punto de vista musical es la transversal (1).
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.

En este video vemos un ejemplo de esto en una guitarra:
http://www.youtube.com/watch?v=8mQlGjt1GaE&feature=related

Principio de funcionamiento acústico de una membrana:
Las membranas son cuerpos de superficie grande con relación a su espesor; excitadas por percusión o fricción emiten sonidos caracterizados por un complejo grande de parciales discordantes. Las membranas necesitan tensión previa para vibrar.
Las membranas circulares (más usadas) no producen series armónicas. Se producen nodos radiales y circulares. Las figuras que identifican los diferentes modos de oscilación fueron estudiadas por Chladni y suelen conocerse con ese nombre: figuras de Chladni.

En este video podemos ver como se producen los nodos circulares dependiendo de la frecuencia con la que se excite:

En este video podemos ver como se producen nodos circulares y diametrales dependiento de la frecuencia con la que se excite:


1.4.4. Modos de vibración de una membrana circular ideal

En la figura, aparecen representados los doce primeros modos de vibración de una membrana circular ideal de un timbre, en orden creciente de frecuencias. Para denominarlas se utiliza una notación compuesta por dos dígitos: con el primero se indica el número de nodos diametrales y con el segundo el número de nodos circulares. En el modo Fundamental (0,1) toda la membrana se mueve en fase. La frecuencia de vibración se expresa como múltiplo de la del modo fundamental y aparece debajo de cada diagrama particular. La secuencia no forma una seria armónica.


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).

En este video podemos ver un el movimiento de una membrana en un redoblante en slow motion:

La vibración de membranas, se basa en los mismos principios que la vibración de cuerdas, ya que son materiales elásticos tensados. La diferencia, es que mientras la cuerda es una línea de puntos vibrando, la membrana es una superficie, y los puntos nodales de la cuerda se transforman en líneas nodales en la membrana; por consiguiente las ondas lineales en la cuerda, son de tipo superficial en la membrana, por lo que las ondas estacionarias son de tipo bidimensional (2).

1.4.5. Comparación espectral de una membrana y una cuerda
Para ver un poco esto desde el ángulo del sonido tome muestras de una cuerda fija de guitarra (altura definida) y de un tom de pie de 16’’ (altura indefinida) para ver su comportamiento.

Muestra de una cuerda fija:
Frecuencia:        a) 107,8 Hz                                       b) 150,7 Hz
Periodo (T):       a) 0,009276437 seg.                          b) 0,0066357 seg.
Nota Musical:    a) La (Primera octava)                      b) Re (Segunda octava)
Long. De Onda: a) 3,200371058 mts                          b) 2,289316523 mts.

Muestra de tom de pie:

En la muestra de cuerda fija se observa un caso de espectro armónico, es decir en los cuales las frecuencias presentes eran múltiplos de cierta frecuencia, denominada frecuencia fundamental, dando así un sonido periódico donde puede representarse como la suma de una serie de armónicos. En el caso del sonido por el tom de pie vemos que el sonido no es periódico, a pesar de lo cual también pueden representarse gráficamente en un oscilograma, a este sonido se lo denomina sonido parcial. Sin embargo, no podrá identificarse una frecuencia ni un periodo. El espectro correspondiente a estos sonidos se denomina espectro inarmónico (3) .

1.4.6. Conclusión: la batería no es un instrumento de afinación definida

Hecha esta investigación podemos concluir que la batería no es un instrumento de afinación definida. Más aún cuando encontramos un tambor con dos membranas (parches) porque esto hace que ambas membranas oscilen de manera inarmónica porque la vibración de aire dentro del cuerpo produce alteraciones constantes en el modo de vibración de los parches, sus ondas, y el parche, se mueve de manera irregular sin poder generar una nota definida (fundamental) y sus armónicos. De todos modos, el hecho que un tambor tenga los dos parches permite que los cuerpos tengan más sustain (resuena más tiempo); si en cambio, el parche resonante se saca el tambor sonara mas seco, con menos cuerpo y graves y menos sustain como si fuese un timbal (Phil Collins usa los tom toms así… mira el video abajo). Quiza ahí el tambor sea de afinación definida pero sin un estudio previo no es facil de determinar y solo se puede deducir que dependerá de la membrana y la contrucción del cuerpo en su totalidad.

NOTAS:

  1. (1) La perturbación del medio se lleva a cabo en dirección perpendicular a la de propagación. En las ondas producidas en la superficie del agua las partículas vibran de arriba a abajo y viceversa, mientras que el movimiento ondulatorio progresa en el plano perpendicular. Lo mismo sucede en el caso de una cuerda; cada punto vibra en vertical, pero la perturbación avanza según la dirección de la línea horizontal. Ambas son ondas transversales.
  2. (2) Se propagan en cualquiera de las direcciones de un plano de una superficie. Se denominan también ondas superficiales y a este grupo pertenecen las ondas que se producen en la superficie de un lago cuando se deja caer una piedra sobre él.
  3. (3) Federico Miyara, “Acústica y sistemas de sonido, Cáp. 1. Ed. UNR & Cetear.

BIBLIOGRAFÍA:

*Esto es parte de un proyecto de investigación que hice para CETeAr (Centro de Estudios de Tecnologías Artísticas). Parte de este material lo di durante el 2011 en talleres sobre “La Batería en estudio” en CETeAr junto a Billie Gomez.

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