Timbre. Componente espectral (armonicos)

Las ondas sinusoidales son rara vez producidas por instrumentos musicales.

El factor que nos permite la diferenciación entre instrumentos es la presencia de varias frecuencias diferentes en la onda de sonido, sumadas a la frecuencia que corresponde con la nota musical que está siendo tocada, la cual es llamada la fundamental.

Las frecuencias, otras que la fundamental, presentes en un sonido, son llamadas parciales, y a los parciales mas altos que la fundamental se los llama parciales (armonicos o inarmonicos) Para la mayoría de los instrumentos musicales, y los sonidos con altura "cantable", las frecuencias de los parciales son múltiplos enteros de la frecuencia fundamental y son llamados armónicos.

Si analisamos el rango de frecuencias de los instrumentos musicales vemos que el mismo parece mostrarnos al mismo limitado a tan solo 4 kHz. Hasta ahora sabemos que la audición humana se extiende mas allá de este limite, y que un sistema de sonido cuyo rango de frecuencias sea así de limitado sonará opaco, careciente de agudos. La aparente discrepancia es debida a que estos gráficos no toman en cuenta a los armónicos.

Cada sonido que oímos es de hecho un compuesto de ondas sinusoidales en diferentes frecuencias y a diferentes amplitudes. Estas ondas seno se combinan para formar el sonido, y sus frecuencias y sus amplitudes relativas determinan la calidad, o timbre, del sonido. La forma de onda resultante de la suma de esos parciales, puede finalmente ser triangular, cuadrada, o algo difícil de describir con una palabra, como es el caso de las ondas de sonidos reales.

Cuando una forma de onda compleja tiene una afinación distinguible - lo opuesto al ruido, esa forma de onda puede ser finalmente creada combinando una serie de ondas sinusoidales relacionadas en forma precisa.

Estas ondas sinusoidales puras se llaman armónicos, y sus frecuencias se relacionan como múltiplos enteros simples. La frecuencia de la afinación que oímos como la nota es una onda seno llamada fundamental, y es por lo general ( aunque no siempre ) la mas fuerte ( mayor amplitud ) de la serie de ondas sinusoidales que constituyen la forma de onda compleja. Por encima de la fundamental hay componentes adicionales de ondas sinusoidales cuyas frecuencias son múltiplos de la frecuencia fundamental.

Si la fundamental está en 500 Hz, por ejemplo, los armónicos ocurrirán en 1kHz, 1.5kHz, 2kHz, 2.5kHz, y así. La figura 2 es una ilustración gráfica de el espectro armónico o envolvente espectral de un sonido musical. A medida que la frecuencia múltiplo se acrecienta, la amplitud ( o fuerza ) de los armónicos generalmente disminuye, de manera que los armónicos superiores son por lo general mucho menores en nivel que la fundamental. Pero este no es siempre el caso. A veces , los armónicos superiores son mas fuertes que la fundamental. En dichos casos, la calidad sonora se vuelve mas fina, o como la del sonido de un instrumento de boquilla de madera ( como un oboe, clarinete, etc.)

Si los componentes seno de un sonido no están relacionados en múltiplos enteros simples, el sentido de la afinación se pierde y el sonido se aproxima al ruido. Los sonidos de batería, por ejemplo, tienen series de componentes muy complejas, con frecuencias no relacionadas en forma entera.

El oído percibe una relación especial entre estos sonidos en un radio de frecuencia de 2:1, y esta relación es la base de la octava musical. Por ejemplo, dado que La de concierto es 440 Hz, el oído oye en 880 Hz, una relación especial con 440 Hz, es decir que éste es el primer tono más alto que La de concierto que suena mayormente como La de concierto. La próxima nota por encima de 880 Hz que suena mas parecida a 440 Hz es 1760 Hz. Por lo tanto, decimos que 880 Hz está una octava por encima de 440Hz, y 1760 Hz está dos octavas encima de 440 Hz.

Cuando dos notas tienen la misma frecuencia fundamental y están siendo tocadas al mismo tiempo, se dice que están en unísono, aún si las mismas tienen diferentes armónicos. El oído humano no responde a todas las frecuencias de las ondas. Su rango está limitado a las 10 y ½ octavas de entre los 15 Hz a 20 kHz.

Algunas personas jóvenes pueden oír tan alto como 23 kHz, pero la respuesta en altas frecuencias del oído disminuye con el paso de los años, y muy pocas personas de mas de 60 años de edad pueden oír por encima de 6kHz.

Fuente. Hispasonic