Patrones de ondas de tres notas con la misma frecuencia pero timbre diferente. Hay que señalar que en cada caso hay más de una joroba en cada ciclo completo. (Fuente: Measured Tones, de I. Johnston (Taylor y Francis, 2002))
Imaginémonos una escena de pesadilla: una sala llena de músicos. Están de buen humor porque se va acercando la hora en que les dan de comer. Para entretenerse, se turnan en la ejecución de una melodía sencilla; primero el violín, luego la flauta, luego el saxofón. Cada instrumento toca exactamente las mismas notas pero, por supuesto, todos tienen un sonido distinto. Cualquiera que los oiga sabe qué instrumento suena en cada momento.
El sonido distintivo de cada instrumento se llama timbre. Si le pedimos a un saxofonista que interprete Three Blind Mice y luego le pedimos a un xilofonista que repita la misma melodía utilizando las mismas notas, será evidente que la diferencia en el timbre de los instrumentos es enorme. Así que, ¿cómo podemos decir que están interpretando las mismas notas?
Para responder a esa pregunta, hemos de pensar en qué cosas son importantes respecto a nuestro sentido del oído. El trabajo principal de nuestro sistema auditivo es mantenernos con vida, así que lo primero que el cerebro y los oídos deben hacer cuando se encuentran con un sonido es analizar si se trata de un mensaje de peligro. Cuando nuestro cerebro analiza un sonido desde el punto de vista del peligro, se concentra sobre todo en su timbre e intenta saber si el sonido lo produjo un animal pequeño (hoy hay conejo en el menú) o un tigre (hoy estoy yo en el menú).
Por fortuna, a nuestro intelecto, que está ajustado muy finamente, le toma muy poco tiempo percatarse de que no es muy probable que nos vaya a comer un xilófono. La segunda cosa importante que tenemos que hacer es saber la procedencia del sonido. En ese caso también, el cerebro se pone en acción: Ese sonido viene de aquella dirección, aproximadamente de donde está ese xilófono.
Habiendo llegado a la conclusión de que se trata de una situación musical y no de una agresión, el cerebro se concentra en la frecuencia de las notas que se producen y en su disposición dentro de unas melodías y unas armonías. En el contexto de la música, el timbre de las notas tiene una cierta importancia, pero es secundario respecto a sus frecuencias (o tonos).
Identificamos dos notas como similares si sus frecuencias fundamentales son idénticas, al margen de su timbre. El timbre añade interés, del mismo modo que el sombreado añade información a un dibujo de contorno. Este sombreado musical puede repercutir definitivamente en el aspecto emocional de la música, razón por la que no es muy probable que esos violinistas que van de mesa en mesa en ciertos restaurantes vayan a ser reemplazados por xilofonistas.
Aunque en este capítulo nos vamos a fijar en el timbre de instrumentos individuales, vale la pena recordar que en muchos casos, el timbre global de una pieza musical se crea por la combinación de instrumentos que la interpretan. Cuando escribe una pieza orquestal a gran escala, el compositor pasa mucho tiempo seleccionando qué instrumento o combinación de instrumentos ejecuta cada una de las partes de la melodía y de la armonía para potenciar la eficacia de la música. Es un ejercicio de equilibrio bastante complejo combinar el volumen y el timbre de los diversos instrumentos para producir una sola voz, un timbre unitario.
En el caso de una banda de rock con cuatro miembros, la distribución de las notas es bastante obvia, pero aun así los intérpretes pueden escoger entre una amplia gama de timbres para sus instrumentos. El primer guitarra presiona diversos botones durante la canción para aumentar o reducir la agresividad del sonido, como hace también el teclista. También pueden cambiar de instrumento. Hablaremos con más detalle de la locura de todos esos botones al final de este capítulo, en la sección sobre sintetizadores, pero por ahora nos vamos a centrar sobre el timbre de cada instrumento no eléctrico.
Aquí podemos ver tres notas con la misma frecuencia pero timbres diferentes. Estas ondas simplificadas representan las variaciones en la presión del aire que llegan a nuestro oído. Imaginémonos que se trata de olas que rompen contra el tímpano, así como en la costa pueden llegar distintos tipos de olas.
Patrones de ondas de tres notas con la misma frecuencia pero timbre diferente. Hay que señalar que en cada caso hay más de una joroba en cada ciclo completo. (Fuente: Measured Tones, de I. Johnston (Taylor y Francis, 2002))
En el caso del primer patrón de ondas, el tímpano se moverá adelante y atrás de modo regular a medida que aumenta o disminuye la presión del aire. Esto lo interpretará el cerebro como un sonido bastante puro. Las ondas que aquí se muestran son las de una nota producida por una flauta, que nosotros percibimos como un sonido limpio.
En las otras dos representaciones gráficas también hay patrones repetitivos, pero en estos casos las variaciones en la presión del aire sobre el tímpano producirán sonidos más ricos y menos limpios. Estas notas tienen la misma frecuencia fundamental que la que corresponde a la flauta, y por tanto se trata de la misma nota, aunque producida por un oboe y por un violín, respectivamente.
¿Por qué una flauta produce un sonido más limpio, menos complejo, que un violín o un oboe? Para responder a esta pregunta conviene pensar en los instrumentos como máquinas de producir notas. Todas estas máquinas han sido diseñadas para producir patrones repetitivos de ondas de presión de aire y hacen esto de distintas maneras. Por ejemplo, la flauta utiliza el método elemental de hacer vibrar una forma muy sencilla: una columna de aire. Dentro de una flauta no hay piezas móviles, simplemente un volumen de aire que se mueve. Por otro lado, un violín usa un método bastante complicado que consiste en hacer vibrar una cuerda raspándola con un manojo pegajoso de crin de caballo (ampliaremos esto más adelante). Entonces, la cuerda transmite sus vibraciones bastante irregulares al cuerpo del violín, que es una caja de madera que tiene una forma bastante extraña. Aunque la vibración general de la caja se repetirá a la frecuencia fundamental, las distintas partes de la caja vibrarán en direcciones distintas. Así que en lugar de cantar con una voz única, como la flauta, un violín cuenta con un coro de voces distintas, todas emitiendo la misma nota. Algunas de estas voces son ásperas, algunas chillonas, y cuando se juntan producen un sonido complicado y rico. La influencia de las distintas partes del coro cambia cuando, por ejemplo, ejecutamos las notas más agudas, en las que puede que los miembros más chillones tengan más influencia. De este modo, el timbre del violín varía mucho a lo largo de todo su rango. Un buen violinista incluso puede producir la misma nota con distintos timbres. Si tocas con el arco cerca del centro de la cuerda, animas a la parte más dulce de tu coro para que haga una mayor contribución a la nota. Si, por el contrario, usas el arco cerca del extremo de la cuerda, produces un sonido mucho más áspero y agresivo. En los instrumentos que cantan con una cantidad de voces mucho menor en el coro, como la flauta, la gama de timbres es mucho más limitada, si bien incluso en esos casos varía el timbre entre las notas bajas y las altas.
Ahora bien, si los instrumentos no tienen un patrón de ondas estable y reconocible en todo su rango, ¿cómo es que los reconocemos con tanta facilidad, sean cuales sean las notas que emiten? Detectamos el tipo de instrumento que estamos oyendo a partir de dos fuentes principales de información:
Analicemos por separado estos dos aspectos.
Puede sonar absurdo, pero mucha de la información sobre el instrumento la recibimos a partir de los ruidos que se producen cuando empiezan a sonar las notas y no por las notas en sí. Se han realizado muchos experimentos para demostrar que esto es así, normalmente utilizando grabaciones de música lenta en las que el inicio de cada nota se ha eliminado. Si se hace esto, es difícil identificar de qué instrumento se trata, aunque en la grabación se haya conservado la mayor parte de la nota.
Hay diversas formas en las que empiezan las notas en los distintos instrumentos. Antes de que la nota propiamente dicha empiece a sonar, los ruidos no musicales del principio de las notas, cuando se pulsa la cuerda, se mueve el arco, se golpea el instrumento, son fáciles de identificar por el oído humano, incluso si se trata de notas extremadamente cortas y rápidas. No hay duda de que esta pericia auditiva está vinculada a la supervivencia: a fin de cuentas, si no puedes reconocer el sonido que hace un arco cuando dispara una flecha, no vas a seguir vivo mucho tiempo. Por cierto, estos ruidos de inicio se conocen como transitonos.
En el contexto de la música, también identificamos los instrumentos por medio de la subida y bajada del volumen de las notas durante su vida individual. Por ejemplo, una nota de piano empieza súbitamente y entonces se desvanece lentamente. En un clarinete, por el contrario, la nota tiene un inicio más gradual y luego puede mantenerse al mismo volumen durante varios segundos. Estas variaciones del volumen de una nota se conocen como su envolvente.
Recordaremos que en el capítulo 3 se explicó que una nota musical está compuesta por diversas frecuencias que suenan a la vez: la fundamental y el resto de armónicos.
Arriesgándome a que se me acuse de ser un tacaño con el presupuesto para ilustraciones, me gustaría volver a mostrar aquí la última figura del capítulo anterior, ya que muestra el principio básico detrás de la producción de los distintos timbres.
Aquí vemos los primeros cinco armónicos de una nota combinándose en distintas proporciones para producir distintos timbres. En la realidad, la mayoría de las notas están compuestas de muchas más frecuencias, de modo que las curvas llegan a ser mucho más complejas. La razón por la que los instrumentos tienen distintos timbres es que producen notas que contienen distintas proporciones de dichos armónicos. Por ejemplo, en un violín, la mezcla de armónicos para el Do central tiene un gran componente del sonido fundamental apoyado por el segundo, cuarto y octavo armónico. Sin embargo, en una flauta la nota consta sobre todo del segundo armónico apoyado por el sonido fundamental y el tercer armónico. En ambos casos, muchos de los otros armónicos contribuyen a enriquecer el sonido.
Los armónicos se pueden combinar en distintas proporciones, dependiendo tanto del instrumento como de la forma en que se ejecuta, para producir timbres diferentes.
Como ya hemos señalado en esta imagen, los distintos componentes hacen que el patrón de ondas de presión del aire del violín sea muchísimo más complejo que el de la flauta. En lo que respecta a la física, las ondas de la flauta se acercan más a la forma que se conseguiría con una onda pura que constara tan sólo del sonido fundamental, así que podríamos decir que la flauta produce una nota más pura. Lo curioso es que nosotros, como oyentes, no solemos favorecer la pureza sobre la impureza. Disfrutamos de los sonidos complicados del violín y del saxofón tanto como de los timbres más puros de la flauta, el arpa y el xilófono. Esto también es cierto de nuestra apreciación de los cantantes. Nos gusta la pureza de la voz de Aled Jones cuando interpreta su versión de Walking in the Air tanto como apreciamos el sonido la voz modelada por el whisky y el humo de Louis Armstrong cantando What a Wonderful World. Pensándolo bien, ahora que Aled ya no es un chico del coro, ¿no deberíamos organizamos para enviarle una caja de botellas de whisky y un paquete enorme de cigarrillos baratos? Quizá tendríamos lo mejor de dos mundos.
Como hemos mencionado antes, los instrumentos producen distintas combinaciones de frecuencias tanto por sus formas y tamaños diferentes como porque sus sonidos se generan de diferentes maneras.
Vamos a detenernos un poco más en el violín. Sea cual sea la nota que se ejecuta, el sonido lo produce la vibración de una caja de madera que tiene una determinada forma y tamaño. Estas características de la caja la hacen menos sensible a ciertas frecuencias que a otras. Cada nota que se toca en el violín está compuesta de muchas frecuencias relacionadas entre sí y, sea cual sea la nota que se toque, algunas de las frecuencias que se produzcan van a estar entre las que favorecen la forma y el tamaño de la caja. Es evidente que esas frecuencias tendrán un poco más de volumen que el resto de las que componen la nota. El nombre técnico del conjunto de frecuencias que favorece un instrumento es formante.
Para entender qué es el formante, consideremos un par de notas emitidas sucesivamente en un violonchelo malísimo a rabiar. Un verdadero violonchelo tiene un formante que favorece muchas frecuencias distintas, de modo que suena bien en un amplio rango de notas. Pero vamos a inventarnos un instrumento horroroso que favorece tan sólo una gama muy limitada de frecuencias. Tocaremos las notas La y Re, y daremos por sentado que aunque vibra a todas las frecuencias hasta cierto punto, favorece sólo a las que se aproximan a las 440 vibraciones por segundo (440 Hz).
Cuando se ejecuta el La, oiremos su frecuencia fundamental (110 Hz) juntamente con frecuencias que son el doble (220 Hz), el triple (330 Hz), el cuádruple (440 Hz), etc. En un instrumento que tuviera una respuesta uniforme a todas las frecuencias, oiríamos una combinación equilibrada de todas estas vibraciones. Sin embargo, los instrumentos reales no son justos y muestran favoritismos. En este ejemplo, nuestro instrumento es totalmente caprichoso y sólo favorece frecuencias en torno a los 440 Hz, de modo que el cuarto armónico (440 Hz) va a tener un protagonismo excesivo en el sonido que escucharemos.
Cuando cambiemos a Re, las frecuencias que oiremos serán la fundamental (146,8 Hz) junto con el doble de esa frecuencia (293,6 Hz), el triple (440,4 Hz), el cuádruple (587,2 Hz), etc. Pero el instrumento no ha cambiado: todavía favorece el tercer armónico de 440,4 Hz, de modo que oiremos ese componente de la nota con más presencia que la que tendría en un instrumento sin prejuicios.
Estos armónicos más prominentes no afectan a la frecuencia fundamental de la nota, simplemente modifican la proporción de armónicos, lo que afecta al timbre de la nota que oímos. Así que ambas notas tendrían timbres distintos. Un instrumento como el violonchelo patético que acabo de describir sería inútil, porque favorece una sola frecuencia que predominará en cualquier música que ejecutemos en él. Por fortuna, los instrumentos verdaderos tienen muchas frecuencias favoritas y esto garantiza que todas las notas se producen con claridad. Sin embargo, cada tipo de instrumento tiene una familia de frecuencias a la que favorece y esa es una de las razones por las que los chelos tienen un sonido diferente al de los violines, aunque emitan la misma nota.
También es interesante notar que en muchos casos el patrón de ondas de una nota se modifica a lo largo de su vida. La siguiente ilustración muestra esto muy claramente. Las representaciones gráficas provienen de cerca del principio, el centro y el final de una sola nota emitida por un clavecín. Estos cambios se producen en todos los instrumentos, y nos ayudan a apreciar el timbre del instrumento en cuestión.
Estos tres patrones de curvas muestran cómo cambia una nota durante su vida. Aquí vemos muestras extraídas cerca del inicio, del centro y del final de una única nota tocada en un clavecín. (Fuente: C. Taylor, Exploring Music, Taylor & Francis 1992).
Ahora que ya comprendemos los conceptos básicos del timbre, es un buen momento para comparar la manera en que los distintos instrumentos producen sus sonidos. El siguiente capítulo investiga la personalidad musical de algunos de nuestros instrumentos favoritos, desde el violín hasta el sintetizador.