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.
