Características sonoras y constructivas

Introducción

Atendiendo a las Competencias Generales recogidas en el Real Decreto 631/2010 por el que se regula el contenido básico de las enseñanzas artísticas superiores el Graduado en Música debe C.G.9 “Conocer las características propias de su instrumento principal, en relación a su construcción y acústica, evolución histórica e influencias mutuas con otras disciplinas.”

Los instrumentos de cuerda frotada pueden parecer, en principio, instrumentos de cierta simplicidad, pues el funcionamiento de los mismos en términos de producción del sonido o de ejecución, pueden ser observados a simple vista (en contraposición con otros instrumentos más avanzados dentro de la familia de viento, que poseen numerosas llaves o válvulas que hacen casi indescifrable su funcionamiento). Sin embargo si atendemos a los principios acústicos y de resonancia que tienen lugar en instrumentos como el violín, nos percatamos de que la consecución de un buen sonido del instrumento, en primera instancia por parte del artesano luthier y, después por el instrumentista en sí y su modo de ejecución, existe un gran volumen de conocimientos y conceptos que deben ser tenidos en cuenta tanto por los intérpretes como en el propio proceso de enseñanza-aprendizaje de los conservatorios.

Partiremos de las investigaciones de autores como J.E. McLennan en relación a la evolución organológica del instrumento y su relación con la acústica y J. Woodhouse para comprender el funcionamiento del mismo y los principios acústicos que intervienen en él, además de otros que nos ayudan a reforzar la comprensión de la acústica del violín dentro de su complejidad.

Asimismo, en el desarrollo del tema, nos centraremos en dar un enfoque adecuado a las enseñanzas superiores de Música, destacando la interdisciplinariedad y la competencia investigadora como pilares fundamentales de estas enseñanzas.

Evolución histórica del estudio acústico de cuerdas

La vibración de las cuerdas fue investigada por Pitágoras y más tarde, fue Vicenzo Galilei quien desarrolló las leyes de la cuerda vibrante. Pero a quien se considera padre de la acústica es a Marin Mersenne (s. XVI), quien investigó las relaciones existentes entre tensión, densidad y longitud explicadas en las Leyes de Mersenne.

El patrón de vibración de la cuerda puede ser fácilmente observado. A simple vista, la cuerda parece moverse atrás y adelante simultáneamente formando una parábola, lo cual se parece al primer modo de vibración libre de una cuerda en tensión.

El movimiento Helmholtz

Hermann von Helmholtz (1821–1894), un pionero en el estudio del sonido, realizó importantes contribuciones al entendimiento del movimiento de las cuerdas frotadas. Descubrió que la cuerda realmente se mueve en una “V” invertida más que en parábolas. A este fenómeno se le conoce como “Movimiento Helmholtz”. A través de un microscopio vibratorio, describió por primera vez el movimiento de Helmholtz, un patrón oscilatorio no lineal caracterizado por fases alternas de stick (adherencia) y slip (deslizamiento) entre el arco y la cuerda. Su obra fundamental sobre el comportamiento de la cuerda, sentó las bases de la acústica moderna y sigue siendo referencia obligada en el estudio de instrumentos musicales .

Esto ha sido confirmado posteriormente por otros investigadores con mayor detalle. El arco, cuando se coloca en la posición habitual (hasta una quinta parte de la longitud de la cuerda vibrante), viaja primero al puente desde donde se refleja de nuevo hacia el arco cuando se levanta la cuerda, pero la cresta se propaga hacia el “nodo” o dedo donde se ancla el otro extremo, y vuelve al arco listo para deslizarse de nuevo

Características sonoras del instrumento

Todo instrumento de cuerda está formado por, la propia cuerda en sí, la cual produce el sonido y, la caja de resonancia, que permite la amplificación del sonido producido por la cuerda. Dependiendo de la forma en que se estimula la cuerda para que ésta empiece a vibrar, catalogamos los instrumentos de cuerda en: arco, plectro, o percutidos.

Vamos a diferenciar dos tipos de principios físicos que tienen lugar en la producción de sonido del violín: por un lado tenemos los principios de la “física del comportamiento de cuerdas” y por otro las teorías de “física de propagación de ondas”.

El violín está dentro de los instrumentos de arco o cuerda frotada, pues la producción del sonido tendrá lugar cuando el arco tome contacto con la cuerda. Posee cuatro sistemas resonantes que son las cuerdas. La caja del violín será la que permita que el sonido se amplifique y, que las cualidades sean unas u otras; es la parte más importante del violín puesto que de su construcción dependerá la calidad del sonido que se obtenga.

En cualquier punto cercano a la fuente de sonido, las moléculas oscilan y la presión del aire varía arriba y abajo en muy pequeñas cantidades. El número de vibraciones por segundo se llama frecuencia, que es medida en ciclos por segundo o Herzios (Hz). La altura de una nota está determinada por la frecuencia: alta frecuencia para una nota aguda y baja para una grave. 440-442 vibraciones por segundo (HZ) dan la nota La (cuerda la del violín). El ser humano puede escuchar sonidos entre 20 Hz hasta 20 kHz. El rango del violín se encuentra alrededor de los 2 kHz. El oído es más sensible a sonidos entre 1 - 4 kHz, entre dos y 4 octavas partiendo del Do central.

Las diferencias en el sonido del violín (y aquellos instrumentos de cuerda en general) resultan de la combinación de los siguientes factores: grosor de la cuerda (diámetro), elección de la cuerda, punto de contacto del arco, velocidad del arco y presión del arco.

Estos factores determinan el nivel de oscilación de ciertas vibraciones, el timbre. El timbre que será usado, por tanto, dependerá del que el violinista quiera conseguir. Las características sonoras del violín, no están entonces predeterminadas, no hay sólo un timbre que predomine sobre otro, sino que el músico consigue con el instrumento el timbre que desea.

Por ejemplo, las cuerdas al aire suenan más brillantes que las notas pisadas. A veces, este exceso de “brillo” se tiende a evitar para mantener la homogeneidad del sonido. Al igual que los cambios de cuerda alteran en parte el timbre y en ocasiones también preferimos mantenernos en la misma cuerda para conseguir dicha homogeneidad.

Un violín suele dar una intensidad de 84-103 dB, que varía de la que el músico aplique con el arco y las cualidades del instrumento. Otra cualidad es el tono que depende de la nota que se pulsa en la cuerda.

Partes del instrumento y relación acústica

Alma

McLennan (2008) quien realiza profundos estudios acerca del papel del puente en su relación acústica con el sonido del violín, expresa que (:::) El alma es un pequeño cilindro de madera que conecta ambas tapas del violín. El alma previene a la tapa superior de romperse a causa de la presión vertical de las cuerdas además de transmitir la vibración a ambas tapas.

Puente

El papel principal del puente es transformar el movimiento de la cuerda en vibración en ondas oscilatorias que transmite desde su base a la tapa superior del violín.

La frecuencia fundamental del puente de un violín se encuentra alrededor de 3kHz cuando está sobre soporte rígido y es un medio efectivo de transmisión de energía desde la cuerda hasta el cuerpo a frecuencias desde 1kHz hasta 4kHz el rango de sensibilidad del oido humano.

Las características del puente también son un factor determinante en la calidad del sonido, por lo que el tipo de madera, el grosor del mismo y el emplazamiento del puente sobre la tapa superior o el lugar y tipo de “corazón” u orificio en el centro del puente afectarán a la acústica general del instrumento.

Si un violinista desea un sonido más oscuro del violín, coloca una sordina en el puente. La sordina es una masa adicional que reduce las frecuencias fundamentales del puente.

Como resultado, el sonido a altas frecuencias es disminuido una vez que la vibración transmitida al cuerpo ha mermado. Por otro lado, la frecuencia fundamental del puente puede incrementarse añadiendo rigidez extra en forma de diminutas cuñas para que el sonido de las frecuencias más altas sea amplificado.

Cuerpo

El cuerpo incluye las tapas superior e inferior, los aros y el aire interior; todos ellos son fundamentales para transmitir la vibración del puente hacia la vibración del aire circundante al violín. Por esta razón, el violín necesita una superficie relativamente grande para permitir que una cantidad suficiente de aire oscile atrás-adelante. Por lo tanto, ambas tapas juegan un papel muy importante en el mecanismo del sonido. Los luthiers han dedicado tradicionalmente mucha atención a la vibración de las tapas escuchando los tonos de las mismas o, recientemente, monitorizando gráficamente la vibración. Los patrones de Chledni , según McLennan (2008) son de gran uso para los luthiers ya que las placas simétricas (refiriéndonos a las tapas del violín) dan patrones simétricos; Los asimétricos en general no. Además, las frecuencias que las tapas proporcionan de forma independiente se pueden relacionar empíricamente con las características del violín una vez ensamblado. Los modos de vibración de un violín montado son, sin embargo, mucho más complejos.

La producción del sonido en los instrumentos de cuerda frotada

Cuando una cuerda es estimulada entre ambos extremos por la acción de arco, el puente tiende a bascular desde la pata de agudos, La pata de graves realiza leves movimientos de arriba a abajo moviendo parte de la tapa superior. La posición del alma (quien a bajas frecuencias es el eje para el movimiento del puente) es crítica para el sonido del instrumento. Los luthiers a veces mueven ligeramente su posición para cambiar la respuesta sonora del instrumento. Pequeños cambios tienen efectos muy notables.

Bajo la tapa superior, junto a la pata de graves del puente, está la barra armónica. Se extiende más allá de las efes y por lo tanto, transmite el movimiento del puente a lo largo de casi todo el cuerpo del violín.

Un problema acústico común y referido a la fuerte interacción entre la cuerda y el cuerpo del violín da como resultado un fenómeno conocido como tono del lobo, un acoplamiento de la frecuencia de oscilación de la cuerda y la frecuencia de resonancia del cuerpo. Para paliar este defecto, se añade un supresor de masa (un cuerpo vibrante afinado a la misma frecuencia del cuerpo) y se coloca entre el puente y el cordal.

Además de las cuerdas como sistemas resonantes activos, el resto del instrumento y materiales que lo componen se comportan como sistemas de resonancia pasivos que son estimulados debido a las ondas sonoras, por lo que permiten que, en cierto modo, ciertas frecuencias sean estimuladas o anuladas dependiendo del tipo de material usado en los distintos complementos (almohadilla, montaje de cordal, barbada y clavijero). Todo esto ocurre gracias al principio de resonancia simpática y afecta en su conjunto al timbre del instrumento.

Principios físicos de la producción del sonido en los instrumentos de cuerda

El instrumentista estimula la cuerda mediante el arco y, entonces, empieza a vibrar. La cuerda produce a su vez vibración en el puente, el cual la transmite a lo largo de la tapa superior del violín y, por tanto, a todo el cuerpo del violín. Según Etxebarría (2002) consideramos que la cuerda es impulsada por un oscilador de fricción autosostenida. Las vibraciones del cuerpo del violín ponen en vibración todo el aire circundante, lo cual resulta en el sonido que nosotros escuchamos. De la misma manera, la resonancia del violín permite amplificar ciertas frecuencias.

El arco permite al violinista proporcionar energía continuamente, con el fin de mantener la nota. Es importante para el timbre ya que tras un pizzicato los armónicos altos desaparecen rápidamente, quedando solamente los fundamentales y otros armónicos bajos sonando. Por el contrario, el arco mantiene todo el espectro armónico del instrumento mientras el arco esté ejerciendo sobre la cuerda.

La acción que el arco ejerce sobre la cuerda es un ciclo continuo de agarre-deslizamiento, conocido como efecto Ruckgleiten, que traducido a la interacción del arco-cuerda se denomina como mecanismo stick-slip (pegar-deslizar). Esto implica algunas propiedades interesantes de fricción. Cuando intentamos desplazar un objeto pesado como un mueble, el hecho de ponerlo en movimiento es mucho más difícil que cuando ya lo estamos transportando. En este caso, la fricción estática (agarre) es mucho mayor que la fricción cinética (deslizamiento). Esto ocurre en todas las superficies secas y en la interacción crines-cuerda. Cuando el intérprete pone resina en el arco para tocar, el coeficiente de fricción estática es muy alto, mientras que el de deslizamiento, muy bajo.

Con alta fricción estática, el arco tiende a adherirse a la cuerda y, por un momento, tira de ella en la dirección que va el arco.

La interacción del arco con la cuerda es importante en varios aspectos. En torno a un rango limitado de fuerza aplicada por el violinista (peso mano derecha), en el ciclo de agarre-deslizamiento tiene lugar la onda estacionaria en la cuerda. Cuando esto ocurre, el movimiento de la cuerda es casi exactamente periódico y, por lo tanto, produce un sonido con casi todo el espectro armónico. Esto significa que el paso del arco inhibe la vibración de ciertos armónicos, frente a una cuerda pulsada. El movimiento periódico de la cuerda incluye cambios repentinos en su dirección, lo que implica un énfasis substancial en los armónicos altos. La acción regular de agarre-deslazamiento pone, por tanto, en funcionamiento los armónicos altos y contribuye a la riqueza, brillo y grandeza en el sonido del violín.

Peculiaridades derivadas del modo de producción

Las diferentes articulaciones dan al violín un rango de sonidos distinto. Las diferencias radican principalmente en los sonidos transitorios al inicio de la nota, al final y en el recorrido: la forma en que el sonido varía en el tiempo.

En mitad de una nota larga, cada vibración de la cuerda del violín y cada ciclo del sonido producido es casi idéntico al que le precede. La cuerda entra en movimiento Helmholtz, lo que los físicos llaman estado estable. Sin embargo, el gran interés del sonido del violín viene de los sonidos transitorios: los cortos efectos que tienen lugar al principio y el final de cada nota. Por este motivo, el vibrato tiene efectos en el timbre del instrumento también. Brevemente, el cuerpo del violín interviene en la frecuencia del mismo. Como consecuencia, incluso un pequeño cambio proporcional en la frecuencia de uno de los armónicos altos de una nota, cambiará su intensidad. Por lo que el espectro del sonido varía fuertemente durante cada ciclo de vibrato.

Col legno

Es una articulación inusual. Col legno singnifica “con la madera” y es lo que el violinista hace, percute la cuerda con la madera del arco. La magnitud del sonido decrece rápidamente.

Collé

El término francés collé, significa “pegado”. La parte más baja del arco (donde más peso se apoya) golpea la cuerda rápidamente. El sonido emerge rápidamente al principio de cada nota y luego se apaga con lentitud.

Pizzicato

Pizzicatto es pulsar con el dedo. La yema del dedo agarra la cuerda y la suelta rápidamente (nunca la uña). Una vez que la cuerda ha sido pulsada, no hay mecanismo para dar energía a la cuerda. Como consecuencia el sonido tiene una gran magnitud inicial pero cae rápidamente.

Sul ponticello

El término italiano sul ponticello significa “en el puente”. Pasar el arco sobre la cuerda junto al puente, por lo que es casi imposible establecer el movimiento Helmholtz regular; pero sí es fácil excitar, al menos brevemente, el movimiento armónico de Helmholtz. Obtenemos un peculiar sonido irregular con gran rango de armónicos altos.

Sul tasto

Significa “sobre el diapasón”. La cuerda se frota sobre el diapasón, al final del mismo. Esta posición produce un sonido con armónicos altos más débiles que un paso de arco normal (entre el tasto y el puente). Es un sonido similar al flautato, que imita el sonido de una flauta, con menos fuerza en los armónicos altos y con un sonido de menor amplitud.

Fundamentos teóricos de los sonidos armónicos. Armónicos naturales y artificiales

Cuando oímos un sonido musical, lo que en realidad percibimos es la nota fundamental de una superposición de sonidos secundarios llamados armónicos. Estos sonidos que acompañan y suenan conjuntamente con la nota principal, le dan cuerpo y coloración, pero son tan débiles que raramente pueden ser percibidos aisladamente por el oído.

El primer armónico pertenece a la nota principal, el segundo armónico emite un sonido igual a la octava superior del primero, el tercero una quinta más arriba, el cuarto una cuarta más, convirtiéndose cada vez en intervalos más pequeños. La mejor consonancia solamente la guardan los armónicos inferiores. Estos son los que confieren la buena sonoridad a un instrumento, y es por ello que los Luthiers procuran siempre obtener un fortalecimiento de los armónicos graves, debilitando a su vez los agudos.

De estos sonidos parciales que la vibración normal de las cuerdas genera espontáneamente, ya hemos dicho que el oído solo percibe como nota musical el más bajo, mientras que su mezcla con los demás forma el timbre del instrumento. No obstante, de estos armónicos los hay que pueden hacerse oír aisladamente, se conocen como armónicos naturales o simples.

El procedimiento para hacer sonar los armónicos naturales consiste en apoyar el dedo suavemente sobre la cuerda, en el punto correspondiente a unos de los modos del armónico deseado. Esta débil presión da como resultado que la extensión de la cuerda vibrante oscile por secciones de la medida que el mismo nodo señale. Un aspecto a señalar es que el segundo armónico (octava) solo tiene un nodo en el punto medio de la cuerda, los restantes se pueden obtener utilizando uno cualquiera de los nodos que están situados a uno u otro lado.

La producción de los armónicos exige una colocación muy precisa del dedo en el punto de contacto sobre la cuerda, ya que la más ligera diferencia destruye la raíz matemática de este fenómeno acústico.

También existen armónicos artificiales o compuestos. Estos se producen ejerciendo una presión normal sobre las cuerdas con el primer dedo, lo cual establece un nodo terminal en este punto; seguidamente se crea el armónico suavemente con el tercer o cuarto dedo. La distancia que exista entre ambos nodos establecerá el número de sectores vibrantes de la cuerda, y por consiguiente, la altura de los sonidos armónicos resultantes.

Para que los armónicos se produzcan no basta con el adiestramiento y la precisión en los dedos de la mano izquierda. El arco tiene importancia decisiva. Ello se debe al que al dividirse la cuerda en segmentos de vibración con sus vientres y nodos, si el arco coincide al frotar en uno de ellos, nodo o vientre, el armónico no se producirá por muy perfectamente que estén colocados los dedos de la mano izquierda. Cuanto más cerrado es el intervalo que produce el armónico, mayor número de divisiones resultan en la cuerda. Por lo tanto, el arco debería de ponerse muy próximo al puente.

Variables que influyen en la producción del sonido

Relación entre el punto de contacto, la velocidad y presión del arco (peso).

La producción de un buen sonido en el violín depende de dos cosas: la acción elástica, similar a la de un grupo de muelles, del brazo derecho y el arco; y el movimiento perpendicular del arco respecto a las cuerdas. Otros factores principales son la velocidad del arco, la presión y el punto de contacto.

Partiendo del supuesto de que el arco se mueve paralelamente al puente, debemos considerar estos tres factores fundamentales por lo que a la mano derecha se refiere. Esta tres variables son interdependientes, en la medida en que todo cambio en cualquiera de ellos requerirá la correspondiente compensación en al menos uno de los otros. En los siguientes ejemplos se indica brevemente cómo actúa esta interdependencia.

• Velocidad: El aumento de la velocidad del arco por unidad de tiempo significa que se transmite mayor energía al violín. Si la presión permanece constante, todo cambio en la velocidad producirá un cambio en la dinámica: una mayor velocidad generará mayor volumen sonoro, una velocidad menor reducirá el mismo. Para los sonidos que requieren la misma dinámica de principio a fin, el modo más simple de accionar el arco es hacerlo con velocidad constante, lo que conlleva, por supuesto, una división idéntica del arco para unidades de tiempo iguales. Allá donde la dinámica no deba ser homogénea (crescendos, acentos,…), será necesario variar la velocidad del arco, fundamentalmente con un correspondiente incremento o disminución en la presión.
• Presión: La presión que el arco ejerce sobre las cuerdas puede proceder del peso del arco, del peso de la mano y del brazo, de una acción muscular controlada o de una combinación de cualquiera de estos factores. El arco, al ser una palanca, sigue las leyes fundamentales que se aplican a éstas. Su peso se percibirá menos en la punta, y crecerá gradualmente hasta alcanzar el máximo en la nuez. Una desafortunada consecuencia de este carácter de palanca es el hecho de que una presión o peso iguales aplicados a todo lo largo del movimiento del arco tienen como resultado una presión desigual sobre las cuerdas. Por consiguiente, siempre que es necesaria una dinámica homogénea, la combinación de presión y peso aplicada habrá de ser desigual. La presión deberá ser mayor cerca del extremo del arco para contrarrestar la pérdida de peso de éste, y correspondientemente menor en las proximidades de la nuez, donde el peso del arco es máximo. Hay que apuntar que lo que cuenta en la producción del sonido no es la cantidad de presión ejercida sino, la calidad de la presión. También es pertinente hacer hincapié en el hecho de que una presión mal controlada puede producir cambios en la afinación.
• Punto de contacto: Podríamos definir este término como el lugar concreto, en relación con el puente, en el que el arco debe entrar en contacto con la cuerda para obtener los mejores resultados sonoros. Ya se ha demostrado que la localización de este punto varía con la velocidad y la presión del arco. Habría que añadir ahora que, además de la velocidad y la presión, existen otros factores que influyen en la localización del punto de contacto. Éstos son la longitud, el groso y la tensión de la propia cuerda. En las cuerdas más delgadas, el punto de contacto está más próximo al puente que en las más gruesas, y que en las posiciones más altas este punto está también más próximo al puente que en las posiciones más bajas. Esto significa que con todo cambio de una cuerda a otra y con cada cambio de posición, el punto de contacto debe variar, por poco que sea, si se pretende que la velocidad y presión del arco permanezcan inmutables.

Ya hemos visto cómo la presión y la velocidad determinan el punto de contacto. Comprender esta relación es muy importante, pero no debe llevarnos a la falsa creencia de que existe una única combinación posible de los tres factores en cada caso. Las diversas opciones tienen como resultado varios estilos de producción del sonido. Reduciremos éstos a dos grandes tipos, que son los más característicos:

• El primer tipo emplea fundamentalmente la velocidad para obtener las diferentes dinámicas necesarias, por lo que se usará mucho arco sin demasiada presión. El punto de contacto tenderá a estar más alejado del puente.
• El segundo tipo utiliza fundamentalmente la presión, que se emplea en combinación con una velocidad del arco relativamente baja, con la tendencia resultante a que el punto de contacto se encuentre en las proximidades del puente.

Estos dos tipos difieren en lo que al carácter del color del sonido obtenido se refiere. Un sonido producido con mucho arco y poca presión tiene un carácter ligero y suelto; uno producido con mucha presión y poca velocidad tendrá un carácter denso y concentrado. Además, el cambio del punto de contacto produce, por sí mismo, un cambio de color: cuanto más próximo al puente se encuentre, más brillante será el sonido, más incisivo el timbre. En las proximidades del diapasón el color es más pálido, más delicado y cálido. Si además de las anteriores variaciones en el colorido se emplean también los distintos tipos de vibrato con sus diferentes matices, queda claro que las combinaciones potenciales son innumerables.

Siempre que se haga algo contrario a los principios de una correcta producción del sonido, ya sea emplear un movimiento torcido del arco o una combinación equivocada de las tres variables, el resultado será una mala calidad sonora.

Formas convencionales y no convencionales

• Afinación en scordatura: Reafinación de alguna de las cuerdas en algún tono distinto a la afinación convencional. Normalmente suele hacerse en tonos inferiores para evitar dañar la cuerda.
• Percutir el cuerpo: Usar el instrumento como elemento de percusión golpeando ligeramente el cuerpo del instrumento con los dedos o con el arco siempre cuidando de no dañar el instrumento.
• Tocar detrás del puente: Tocar las cuerdas en el espacio resultante entre el puente y el cordal o, incluso, hacer resonar el cordal.
• Golpear las cuerdas con la mano izquierda, las notas suelen escribirse en la partitura.
• Scratch: Presionando muy fuerte el arco sobre la cuerda dará como resultado un efecto de crujido.
• Microtonos: Hacer sonar intervalos más pequeños que un semitono que resultarán en una afinación extraña para el oído del oyente, dan como resultado un efecto expresivo.

BIBLIOGRAFÍA