Sintetizando o son da música
Na década dos 30 xurdiu una sensación bastante estraña entre físicos e músicos e témome que o orgullo dos físicos non tivese moito que ver niso. Segundo os físicos, o funcionamento dos instrumentos baseábase nas teorías das vibracións das columnas e dos fíos de aire. O segredo dos violoncelos e violoncelos realizados por Antonio Stradivari no século XVIII non duraría moito tempo.
O debate púxose de moda en 1932, cando se fixeron os primeiros órganos electrónicos. O avance dos físicos foi notable, pero os músicos fixéronse eco dos novos sons. Os físicos podían analizar as notas simples que producían os sistemas mecánicos ao tocar no laboratorio instrumentos auténticos e explicar algunhas das súas características. Tamén comezaban a percibirse a razón das diferenzas de timba entre instrumentos. A partir destas primeiras ideas sobre a natureza dos sons, abordouse a imitación electrónica dunha nota simple e estable dunha ferramenta convencional.
Despois de sesenta anos, a acústica tivo que recoñecer que a música “real” é extremadamente complexa. Existe una gran diferenza entre o son que produce un violinista ao tocar nunha sala de concertos e o son de notas separadas que produce un instrumento.
Con todo, nos últimos 15 ou 20 anos, os sons sintéticos que no seu día puxeron ao lume aos músicos contribuíron a unha mellor comprensión da base física dos instrumentos tradicionais, o que redundou nunha mellor relación entre os membros de ambas as áreas.
Nos anos 30, os físicos estudaban mediante o osciloscopio as ondas sonoras xeradas polos instrumentos musicais
Nos libros da época apareceron as ondas dalgúns instrumentos musicais, relacionando a “calidade” do son co tamaño da onda. As ondas eran relativamente regulares e, utilizando una técnica matemática baseada na análise de Fourier, demostraron que cada onda era a suma de varias frecuencias. Así mesmo, comprobouse que cada un destes conxuntos de frecuencias estaba formado por unha frecuencia fundamental e polos armónicos múltiplos da mesma. Os primeiros órganos electrónicos podían reproducir a forma exacta da onda real superponiendo distintas combinacións harmónicas sobre un tipo de base. Por que o resultado foi entón tan pobre desde o punto de vista musical?
O problema foi que a onda descrita paira cada instrumento levou a cabo mediante o estudo dunha mostra moi curta, a miúdo só de centésimas de segundo. Porque se tomamos mostras máis longas, por exemplo as de décimo de segundo ou dun segundo, apréciase facilmente que as ondas dos instrumentos reais non son regulares durante moito tempo. Os sons sintetizados dos órganos electrónicos obtivéronse estendendo a mostra en centésimas de segundo a toda a duración da nota e, por suposto, os resultados non podían estar próximos ao real. A nota que crea un verdadeiro instrumento caracterízase polo comezo do son. Un sistema real non pode empezar a vibrar bruscamente e, ademais, hai una gran diferenza entre como empeza a vibración dun instrumento a outro.
Por exemplo, cando sopramos no oboe, a lingua do instrumento expándese e péchase. Thus, the air enters the tube not be as continued, as a pressure air could as a succesion. Cada unidade de aire circula polo tubo e cando chega a un buraco expándese fóra do aparello. Con todo, parte da enerxía queda no tubo e volve cara ao fondo, cara ao lenzo. A lingua seguirá vibrando só se o aire devolto golpea a lingua no momento adecuado do ciclo vibratorio. O aire deberá realizar entre 10 e 20 desprazamentos paira axustarse á frecuencia de vibración da lingua. Paira una nota de 440 hertzios, 20 desprazamentos tomarán menos dunha vinteava parte dun segundo, pero ese tempo é suficiente para que o oínte percíbao e, á fin e ao cabo, coñeza o son da ferramenta, que é un son inicial diferente ao resto de aparellos.
Este son efémero inicial é una das características máis destacadas de toda a nota, e só cando os sintetizadores foron capaces de imitar pegados á nota estable, comezou a obter algo parecido aos sons reais. A mediados dos anos 50 comezaron a imitar este tipo de sons, pero os sintetizadores do mercado tiveron éxito nos últimos 10 anos.
Outro suceso significativo é o cambio de amplitude ou “vibración” que se produce durante un segundo na nota dun instrumento. Pode ser un vibrato feito polo propio xogador, pero cando non se fai, percíbense pequenos vibros. De feito, é moi difícil controlar completamente a presión e a velocidade que se realiza co arco nun instrumento de vento ou nun instrumento de corda. Paira crear una nota estable, o xogador debe comparar a nota que está a crear nun momento determinado coa do momento anterior. Escoitar e procesar a información require un tempo comprendido entre un segundo e un quinto, e grazas á vibración resultante, o oído humano distingue ben o son real do electrónico.
Na década dos 30, as mostras que só duraban un centésimo segundo foron designadas como “imaxe da onda da frauta” ou “imaxe da onda do clarinete”. En consecuencia, a única diferenza entre dúas notas era a frecuencia e non a forma. E iso tamén foi una simplificación excesiva, xa que así é imposible crear todo o campo sonoro dun instrumento. En todo isto estaban equivocados os órganos electrónicos iniciais.
Do mesmo xeito que os esforzos por simular ferramentas reais, algúns avances da tecnoloxía moderna han contribuído a coñecelos mellor. Os analizadores de frecuencias requirían no seu día mostras sonoras longas, pero na actualidade dispomos de analizadores “en tempo real”, practicamente instantáneos. Nos sons convertidos de forma analóxica a dixital mediante novas técnicas, os computadores poden realizar diferentes tipos de análises. Por outra banda, as vibracións dos instrumentos pódense analizar mediante interferometría holográfica ou simulación por computador.
O clarinete é quizais o instrumento de vento que máis estudou a física. Nun tempo afirmouse que o son característico deste instrumento debíase a que non existían armónicos pares. A física básica mostra claramente que o tubo cilíndrico, pechado nun extremo, só produce armónicos impares, e os físicos creen que o clarinete, sendo cilíndrico e coa lingua pechada, actuaría así. Con todo, as análises de frecuencias demostraron a existencia de armónicos pares e a diferente composición harmónica de cada nota.
As investigacións aclararon que o motivo é que o tubo non é totalmente cilíndrico, xa que os buracos que están pechados crean “sangrías” dentro do tubo. A disposición dos orificios pechados e abertos é diferente paira cada nota, o que inflúe na composición da onda interna do tubo e na forma de saída dos sons. Gran parte do son extráese de orificios abertos e prodúcese una interferencia entre as ondas que se expulsan polos orificios adxacentes. Por todo iso, cada nota é “única”. Os primeiros órganos electrónicos utilizaban a mesma receita paira todas as notas.
Nos instrumentos de corda, a forma en que a alma do instrumento amplifica os compoñentes armónicos da vibración do fío é moi importante. E como nos instrumentos de vento, paira cada nota ocorre diferente. Un mal violín realiza grandes cambios de amplificación dunha nota a outra e é difícil controlar o instrumento. Con todo, una amplificación totalmente uniforme, que se pode obter electrónicamente, produce un son desagradable. En canto a Agi, o noso oído prefire certa irregularidade. Non sabemos, con todo, para que lle guste ao xogador e ao oínte, até que punto eses niveis de irregularidade son necesarios.
Até agora non hai fórmula paira iso. O segredo do bo violín está na textura adecuada das dimensións, no espesor e curvatura dos ferros de madeira, nas características de elasticidade, humidade e outros materiais. Os físicos buscan como e en que poden axudar aos violinistas a mellorar os seus produtos.
Os últimos estudos de instrumentos tradicionais utilízanse paira o deseño de computadores punteiros. O gran avance produciuse no son transitorio inicial da nota. Nun instrumento de corda como o violín, este principio está limitado polo modo en que o arco oscila o fío e o corpo empeza a vibrar. A madeira corporal non pode empezar a vibrar bruscamente, as vibracións da nota anterior deberán interromperse mentres empezan as da nova nota. A capacidade do corpo paira cambiar con frecuencia é característica do bo violín. En moitas ocasións, os violinistas din que cunha violín que é tan rápido, é “de resposta máis rápida”. Esta é una dos principais acenos de identidade do Stradivarius.
Na década dos 50 construíronse uns sintetizadores iniciais que se utilizaron paira cambiar una nota ao longo do tempo mediante unha ferramenta chamada “envelope shaper” (formadora da superficie). Era un circuíto normal que aumentaba e reducía una nota a unha velocidade determinada. Pero até os primeiros anos dos 70 ninguén se deu conta de que iso era un control moi superior. O que realmente se necesitaba era una maneira de aumentar e diminuír os diferentes armónicos dunha nota a distinta velocidade. Aos poucos púxose de manifesto que cada nota dun instrumento necesitaba una composición harmónica diferente e una velocidade de aumento e redución diferente paira cada armónico.
Os últimos teclados electrónicos, ademais de realizar este tipo de cambios nos compoñentes da nota, poden introducir o son da respiración ou do movemento das teclas do xogador, introducir o son dos movementos do instrumento ou das teclas paira aproximarse máis ao timbre real do instrumento. Producen unha chea de sons impresionantes, pero normalmente proceden de bancos de sons reais acumulados no computador. Son verdadeiros sintetizadores ou só ferramentas que recollen, ordenan e combinan mostras de son real? Os físicos dificilmente poden resistir a vitoria total.
Con todo, os sintetizadores electrónicos non fixeron un camiño curto desde os anos 30. Nos anos 70, o principal avance foron os elementos de tensión eléctrica controlada (os dispositivos anteriores tiñan un “dial” paira controlar a frecuencia ou a amplitude nun xerador de ondas). Nun elemento de tensión controlada, a frecuencia ou amplitude varía segundo a tensión establecida. Por exemplo, o teclado non sería máis que un instrumento que aplica certa tensión a un xerador de sons cada vez que se pulsa una tecla. O vibrato obteríase por unha oscilación da tensión que provocaría una vibración en frecuencia e/ou amplitude.
Nos anos 80, o notable avance foi probablemente o chamado ‘Musical Tresna Dixital Interface’ (MIDI, interface dixital de instrumentos musicais). Trátase dunha linguaxe dixital ou “protocolo” case universal mediante o cal case calquera instrumento dixital pode controlar outro ou controlalo por outro. Por exemplo, no “Royal Institution Christmas Lectures” deixáronme varios instrumentos musicais electrónicos de diferentes fabricantes. Todos tiñan as tres cabezas de cinco agullas midi-in, midi-through e midi-out. Se asociamos a saída dun teclado dixital dunha casa á entrada dun “sampler” (ou muestreador) dixital doutra casa, o teclado podería utilizar os sons que hai no sampler. Utilizando a conexión “Through”, algúns instrumentos pódense unir en cadea formando una “orquestra” que controla o primeiro instrumento.
A sala de gravación máis moderna da BBC consta de diferentes sintetizadores, samplers e outras fontes sonoras, todas elas unidas entre si a un teclado completo e a un potente computador mediante o sistema MIDI. O compositor pode producir sons, mesturarse de diferentes maneiras e realizar una composición completa. Todos os detalles gárdanse no computador e poden ser reutilizados, modificados, aumentados ou substituídos. Cando o resultado é correcto grávase en cinta.
Até hai pouco, a maioría das ferramentas electrónicas tomábanse desde o teclado. Grazas ao MIDI, pódese facer de moitas maneiras e ao músico vanlle a pasar moitas veces “máis cerca”. Por exemplo, existen controladores similares ao clarinete, coas chaves no mesmo lugar e con algo similar á boquilla da lengüeta simple. O extremo está formado por sensores que responden á presión dos beizos e á velocidade do aire e as chaves son dispositivos electrónicos conectados por MIDI co sintetizador.
Non creo que os sintetizadores quiten espazo ás orquestras reais, pero tamén é certo que teñen vantaxes. Un órgano sintetizador non terá, si é necesario, o son do verdadeiro, pero pode ser suficiente paira certos fins. O teclado electrónico vale bastante menos que o piano e pode estar equipado cun sistema de teclas sensible á forza que se exerce actualmente. Pódese dicir que son equivalentes aos actuais armónicos de outrora. Pero quizá o máis interesante é que producen moitos sons novos e un compositor pode utilizalos xunto aos sons de instrumentos tradicionais.
Cando escoitamos música o que realmente fai o noso cerebro, de momento non sabemos. É incrible a rapidez coa que separamos o son producido polas máquinas. A caixa de ritmos que levan asociados algúns teclados é un exemplo diso. Grazas aos últimos sintetizadores aumentamos moito o número de sons dispoñibles, pero creo que a física da música nunca deixará obsoletas as achegas dos músicos.
Zu idazle
Zientzia aldizkaria
