jueves, 8 de marzo de 2012

Contenido Armónico


Hasta ahora, hemos visto la onda sinusoidal que se compone de una frecuencia simple y produce un sonido puro a una cierta nota. Los instrumentos musicales raramente producen ondas sinusoidales puras. Si lo hiciesen, todos los instrumentos que tocasen la misma nota musical sonarían igual y la música sería muy poco interesante.
El factor que nos permite diferenciar los instrumentos es la presencia de varias frecuencias diferentes en la onda sonora, además de la correspondiente a la nota que se está tocando, que es llamada fundamental. Las frecuencias presentes en un sonido, distintas de la fundamental son llamadas parciales, y las parciales que son más altas que la frecuencia fundamental, se llaman parciales superiores o sobretonos. Para la mayoría de los instrumentos musicales, las frecuencias de los sobretonos son múltiplos enteros de la frecuencia fundamental y se llaman armónicos.


Algunos instrumentos tales como; campanas, xilófono y otros instrumentos percusivos, tienen parciales que no están armónicamente relacionados con la fundamental.
Dado que las ondas sonoras producidas por los instrumentos musicales contienen harmónicos de distintas relaciones de amplitud y de fase, las formas de onda tienen poco parecido con la  forma de onda sinusoidal de frecuencia simple. Las formas de onda musical se pueden dividir en dos categorías; simples y compuestas. Ondas cuadradas, ondas triangulares y ondas en dientes de sierra, son ejemplos de ondas simples que contienen harmónicos. Las llamamos ondas Simples porque son continuas y repetitivas. Un ciclo de una onda cuadrada es exactamente igual a la siguiente y son todos simétricos respecto a la línea de cero. Todas las características de las ondas explicadas anteriormente, se aplican tanto a las ondas simples como las ondas sinusoidales.


Las ondas Compuestas son ondas que no se repiten y que no son necesariamente simétricas respecto a la línea de cero. El ejemplo más claro de onda compuesta, es la creada por la música. Como las ondas compuestas no se repiten, es difícil dividirla en ciclos o categorías como las de frecuencia simple.




Independientemente de la forma o complejidad de la onda que llega al tímpano, el oído interno separa el sonido y sus componentes de ondas sinusoidales antes de transmitir el estímulo al cerebro. Por esta razón, no nos interesa la forma de la onda sino los componentes que hacen que tenga esa forma, porque estos componentes determinan el carácter del sonido que el cerebro percibe. La acción en el oído interno puede ilustrarse pasando una onda cuadrada por un filtro paso de banda que esté programada para pasar sólo una estrecha banda de frecuencias. Esto muestra que la onda cuadrada se compone de una frecuencia fundamental más todos los armónicos cuyas frecuencias son múltiplos impares de la fundamental, con la amplitud de los armónicos decreciendo a medida que su frecuencia aumenta.

Si analizásemos el contenido armónico de las ondas producidas por un violín y las comparásemos con el contenido de las ondas producidas por una viola, cuando ambas tocan la nota LA en Clave de Sol (440Hz), obtendríamos el resultado siguiente;


Fijaros que el violín tiene un conjunto de armónicos que se diferencian en grado e intensidad de los de la viola. Los armónicos presentes y sus intensidades relativas determinan el sonido característico de cada instrumento y se llama timbre del instrumento. Si cambiásemos el balance de los armónicos, cambiaríamos el sonido característico del instrumento. Por ejemplo, si el nivel de los armónicos del violín de 4 a 10 se redujesen y los harmónicos por encima del décimo se eliminasen, el violín sonaría como la viola.


Dado que el balance relativo de los armónicos de un instrumento es tan importante para su sonido, la respuesta en frecuencia de los micrófonos, amplificadores, altavoces y todos los demás elementos en el camino de la señal pueden producir un efecto sobre el sonido. Si la respuesta en frecuencia no es plana, se cambiará el timbre del sonido. Por ejemplo, si las frecuencias altas se amplifican menos que las frecuencias bajas y medias, el sonido será más apagado de lo que debiera ser. Los ecualizadores se pueden utilizar para cambiar el timbre de los instrumentos, de modo que cambie su efecto subjetivo sobre el oyente.

La importancia de los armónicos para nuestra percepción de la calidad del tono fue resumida por Russell Hamm en el Journal of the Audio Engieneering Society.

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