Clasificación y Acústica de los Instrumentos Musicales

INSTRUMENTOS MUSICALES:

Clasificación de los Instrumentos. Vibraciones en las Cuerdas, Tubos, Varillas, Membranas y Placas. Sistemas de Excitación.

Clasificación:

Según Pierre Schaefferr, todo instrumento musical tiene tres elementos:

1. El vibrador, que entra en vibración.
2. El excitador, que provoca la vibración o la prolonga.
3. El resonador, un dispositivo que añade sus efectos a los del cuerpo en vibración para amplificarla o prolongarla. Este último no es imprescindible.

Por su materia, los vibradores, o cuerpos sonoros pueden ser: sólidos, líquidos y gaseosos. Una de las mejores clasificaciones de los instrumentos es la de Curt Sachs, que considera la forma del vibrador para la clasificación principal. Para la subclasificación considera la manera de excitarlos, es decir, cómo se provoca la vibración:

1. Idiófonos: suenan sin tensión ni aditamento mecánico: entrechoque, percusión, sacudidos, punteados, frotados, raspados, pateados, zumbados (girar), soplados.
2. Membranófonos: membranas tensas con o sin caja de resonancia: percusión, fricción, soplo.
3. Cordófonos: cuerdas tensas: percutidas, frotadas, pulsadas.
4. Aerófonos: con aire: tubo-soplo y aerófono libre (sin tubo) (ej. látigo).
5. Electrófonos: amplificación de vibración mecánica (guitarra eléctrica), y eléctricos (sintetizador).

Instrumentos de cuerda. Vibraciones en las cuerdas:

Frecuencia del primer armónico. f1 = 1/2L * raíz cuadrada (F/d)
F: tensión de la cuerda (Fuerza), d: densidad (Kg / m).

• En las cuerdas vibran todos los armónicos simultáneamente. Para conseguir resaltar un armónico, se obliga a formar un nodo determinado. Rozar una cuerda con un dedo y ponerla en vibración.
• Un instrumento de cuerda es en general una caja hueca de madera que sirve para soportar varias cuerdas que mantiene bajo tensión. Las cuerdas pueden ser pulsadas, percutidas o frotadas y se producen vibraciones de las cuerdas.
• Dichas vibraciones de las cuerdas se transmiten a la caja haciendo vibrar también sus diferentes superficies. Todo esto hace que vibre el aire dentro de la caja y alrededor y produce el sonido audible (una cuerda sin dicha caja apenas se oye).

Violín, violonchelo, guitarra

• Acción del arco: Ver fig. El arco se pega y despega de la cuerda sucesivamente, esto se propaga por la cuerda y se produce una vibración. La amplitud depende de la velocidad del arco. Tipo onda diente de sierra. Se transmite al puente esa vibración. La presión del arco cambia la calidad del sonido. También la situación del arco respecto al puente: cerca más armónicos agudos. Sordina: se pone en el puente para aumentar la masa y disminuye la amplitud de vibración.
• El cuerpo del violín: Aumenta el sonido de las cuerdas, la tabla de armonía y el fondo mueve el aire más eficazmente y produce más sonido. El alma se coloca debajo de un pie del puente para que no produzca cancelación por interferencia. Las 2 tapas del violín tienen modos de vibración propios bastante complejos (son placas de madera). Esto y la caja de resonancia determinan la calidad final del sonido. La mejor resonancia de la caja es alrededor del Re4 (cuerda III).
• Resonancia de la tapa: Se va raspando madera hasta que la tapa suena a una cierta altura (antiguamente se hacía a oído, ahora con aparatos de medida) alrededor de 600 Hz.
• Curvas de sonoridad y de respuesta: Sonoridad: cómo se comporta en toda la escala de notas en cuanto a sonoridad, lo ideal es que sea plana. De respuesta: se mide con un transductor que excita a diversas frecuencias y se registra la amplitud de la respuesta. Lo ideal es que sea lo más quebrada posible pero plana en su valor medio, ya que se enriquece mucho el sonido sobre todo con el vibrato, los armónicos se refuerzan y atenúan de maneras muy complejas y ricas. Ver fig. respuesta de frecuencia violín.
• Otros factores: vibrato, amplitud de más menos 30-45 cents. Efecto coro.
• Instrumentos más grandes: viola, violonchelo, contrabajo, factor de escala. En estos no es posible aumentar linealmente las dimensiones del violín, debido al límite de la madera, el tamaño de la mano del intérprete, etc.
• Guitarra: Suena pulsando la cuerda. Las tapas son planas (no convexas como el violín). Tiene trastes, afinación fija temperada (no como en violín y similares).

Piano, clave, arpa:

• Piano: cuerdas, martillos, bastidor, tabla armónica. Mecanismo: el martillo ha de retroceder nada más golpear, tiene que permitir repetir rápidamente la nota sin que haya subido la tecla. Apagadores. La dureza y textura del martillo afecta al timbre: duro-parciales agudos, blando-menos parciales agudos. Las cuerdas en unísono afectan a la duración y timbre: 1 o 2 cents de diferencia es ideal. Es ligeramente inarmónico, debido a la rigidez de las cuerdas. Los parciales más separados que si fueran armónicos. El parcial 15 = aprox. 16*frec.fundamental. Esto lleva a que se afine con octavas ligeramente más grandes. La intensidad del sonido solo depende de la velocidad con que golpee el martillo.
• Clave: forma igual que el piano, cuerda, bastidor, tabla armónica. Mecanismo: plectro que pulsa la cuerda. Intensidad determinada por lo que sobresalga el plectro. El intérprete no puede hacer matices. Matices: mediante acoplamiento de otras cuerdas (8va o 2 8vas alta) y plectros que actúan a la vez. O un segundo teclado.
• Arpa: Se pulsa directamente la cuerda como la guitarra, el resto igual: cuerda, tabla armónica, caja de resonancia debajo, forma ángulo agudo con las cuerdas. Solo 7 cuerdas por octava, para que abarque la mano. 7 Pedales: para conseguir cromatismo, que alteran las notas en las posiciones de bemol, becuadro, sostenido.

Viento madera: flauta, oboe, clarinete, fagot.

Se genera una onda estacionaria que hay que mantener mediante la energía. Flauta: tubo abierto cilíndrico.

• Excitación: columna de aire que oscila al pasar por una embocadura estrecha. La velocidad V de las oscilaciones determina la altura, se acoplan con el modo natural de vibración del tubo, esta V depende de v (velocidad del chorro de aire) que a su vez depende de la presión con que se sople en el instrumento. Si la presión aumenta, la frecuencia aumenta: En la flauta travesera se corrige con la distancia del labio, pero en la flauta de pico no se puede.
• Escala básica: con 6 orificios se puede cubrir la escala diatónica (el tubo se hace más corto), la siguiente octava se consigue mediante los mismos orificios pero más presión de soplo. El resto de orificios y llaves son para facilitar y conseguir el resto de las notas cromáticas.

Otras flautas: En Sol, Grave en Do, Flautín. Flauta de pico. Ocarina. Botella. Silbar.

Clarinete: tubo cilíndrico cerrado por un extremo, suena una octava baja para la misma longitud que un tubo abierto, solo armónicos impares. Excitación: lengüeta simple (por ejemplo soplar un papel tensado). Se abre y cierra el paso del aire a la frecuencia de vibración del tubo. La presión en la boca hace que se mueva la lengüeta, cuando se toca en ppp se puede callar de golpe (esto aún ocurre más fácilmente en los instrumentos de lengüeta doble). Escala: necesita más orificios que los instrumentos de tubo abierto como la flauta ya que tiene que cubrir la 8ª + 5ª (falta el armónico 2).

Oboe y fagot: tubo cónico abierto por un extremo. Excitación: lengüeta doble, dos mitades que baten entre sí. Al igual que en el clarinete se abre y cierra el paso del aire a la frecuencia de vibración del tubo.

Saxofón: tubo cónico abierto por un extremo, lengüeta simple, digitación parecida al clarinete. Tubo de metal.

Órgano: diversos tipos de tubos.

Calidad de sonido de los instrumentos de viento-madera: En general, la presencia de orificios hace algo inarmónicos estos instrumentos. Armónica: Utiliza lengüeta metálica libre, no abre y cierra el paso del aire, simplemente vibra.

Viento metal: trompa, trompeta, trombón, tuba.

Vibración de labios, no hay orificios, todo el sonido sale por la campana. Modos de resonancia: son los de un tubo cerrado por un extremo (como el clarinete), solo armónicos impares, pero por el efecto de la embocadura y la campana, las frecuencias de los armónicos (modos de vibración) se modifican, juntándolas entre sí hasta formar una serie armónica.

• Embocadura: su forma afecta al brillo (presencia de armónicos agudos).
• Pabellón: hace más agudos los modos de vibración graves. Depende de la forma de la campana.
• Formas de rellenar los intervalos entre los modos de vibración: Hay que rellenar una 5ª (distancia entre el 2 y el 3 modo de vibr.), se realiza mediante pistones que conectan trozos de tubo para modificar su longitud, o mediante una vara deslizante.
• Trompeta: tiene 3 pistones (1, 2 y 3 semitonos grave).
• Trombón: mediante la vara deslizante se obtienen las notas.
• Trompa, tuba, fliscornos y otros: utilizan pistones.
• Calidad de sonido: Con respecto a los viento-madera la sonoridad es elevada debido a que todo el sonido sale por el pabellón. Es más direccional, sobre todo en los sonidos agudos. Sordinas: se utilizan para disminuir la sonoridad, disminuye la radiación de las bajas frecuencias por lo que también realiza el efecto de filtrar graves.

Instrumentos de percusión. Vibraciones de varillas, membranas y placas

• Varillas: vibr. longitudinales: igual que los tubos con dos extremos abiertos. Vibr. transversales: inarmónicas.
• Membranas: vibr. transversales, se forman líneas nodales y superficies ventrales.
• Placas: vibr. transversales, se forman líneas nodales y superficies ventrales. Su vibración es más complicada que las membranas, muchos modos, ver figura anterior. Si colocamos aserrín o polvo metálico en su superficie cuando se pone en vibración, se forman las figuras de Chladni, que son producidas por las líneas nodales.

Clasificación y tipología de los instrumentos de percusión:

Idiófonos:

• Por la forma en como se tocan: Entrechoque (1 o 2 manos). Percusión (campana, gong, xilófono, marimba, vibráfono). Sacudidos (sonajas, cuerpo hueco con partículas, deslizado = palo de lluvia), punteados (cajitas de música), frotados (armónica de vidrio), raspados (güiro), Pateados (taconeo). Pateadores (bastones rítmicos).

Membranófonos:

• Percusión (timbales, tambores), fricción (zambomba).

Cordófonos:

• Piano.

Aerófonos libres:

• Zumbadores, látigo (restallar) también son idiófonos.

Algunos instrumentos de percusión.

Timbal: ver en la figura anterior algunos modos de vibración de una membrana circular. Vibra simultáneamente en todos los modos, pero la fundamental (a) contribuye muy poco a la altura percibida, siendo esta fruto de la combinación de los modos. La altura y calidad de sonido varía con la tensión y la densidad de la membrana. Tiene un pedal para afinar rápidamente variando la tensión de la membrana. El fondo semiesférico sirve para radiar el sonido con más potencia.

Caja, caja clara: Tienen generalmente dos membranas, una a cada lado del cuerpo. Altura indeterminada. Caja clara, con bordones que rebotan contra la membrana y añaden ruido. Son parecidos todos los instrumentos de percusión de membrana de altura indeterminada: congas, bongoes, toms, panderos, etc.

Instrumentos de láminas y varillas:

Ver la figura anterior de tres modos de vibración de una varilla con extremos libres, la frecuencia es independiente del ancho de la varilla. Descansan sobre los nodos de la fundamental, las frecuencias f2 y f3 se atenúan bastante. Algunos instrumentos son: glockenspiel: varillas metálicas con baqueta, celesta igual que el anterior pero con teclado. xilófono-marimba: De láminas de madera, se apaga más rápidamente que los metálicos. En el xilófono el centro de la lámina se rebaja un poco para hacer que f2 sea aprox. 3*f1 y “suena mejor”, en la marimba el f2 se hace que sea 4*f1. marimba: debajo de cada lámina tiene un tubo cerrado con su modo de vibración igual para radiar más. vibráfono: igual que xilófono pero de láminas metálicas, los tubos resonadores tienen discos que giran con un motor (cierran y abren el extremo abierto) para dar vibrato (modulación de amplitud). triángulo: muchos parciales, altura indefinida. campanas tubulares: son tubos de aprox. 3 cm. diámetro, vibran transversalmente igual que las láminas, inarmónico, la altura no corresponde a ningún modo, el oído es engañado por 3 parciales cuyas frecs. están en la relación 2f:3f:4f y cree escuchar la fundamental 1*f. placas: Ver figura anterior de modos de vibración de placas. Son más complicados que las varillas-láminas, contiene muchos más modos y sus frecuencias están más cercanas entre sí, por lo que el resultado es inarmónico cerca del ruido. plato: Se suspende del centro y en posición horizontal. Sonido cerca del ruido, puede tener parciales agudos dependiendo de como se percute. Altura indeterminada, ruido. gong o tam-tam: se suspenden de 2 puntos en el borde y está vertical, sonido grave de altura casi determinada (hay colecciones de gongs afinados) y de larga duración. campana: 76% cobre 24% estaño, alt. determinada que como en las campanas tubulares sintetiza el oído combinando parciales