3.2. Espectro
El espectro de un sonido es una característica que surge a partir del número
y la relación de frecuencia e intensidad de los diferentes parciales que lo
constituyen. De acuerdo con el espectro, se pueden proponer las siguientes categorías
y subcategorías espectrales.
3.2.1. Cualidad espectral
La cualidad espectral surge de las relaciones de frecuencia de los parciales que constituyen un sonido. Se pueden establecer las siguientes subcategorías de cualidad espectral.
Sonido puro (sinusoidal)
Un solo componente sinusoidal. Los sonidos estrictamente sinusoidales son teóricos
(corresponden a una ecuación que asocia los cambios de amplitud de una
onda con la función seno). La mejor aproximación a estos sonidos solo se puede
producir con medios electroacústicos.
Armónica
Varios componentes sinusoidales cuyas frecuencias están en relación de múltiplos
enteros de una frecuencia fundamental dentro del rango de frecuencias audibles.
Por ejemplo, un sonido constituido por cuatro parciales sinusoidales cuyas frecuencias son: 440 Hz, 1320 Hz, 2200 Hz y 2640 Hz tiene un espectro armónico, dado que las frecuencias de sus parciales surgen de: 440*1 (Fundamental), 440*3, 440*5 y 440*6.
Los sonidos de emisión normal de los instrumentos musicales tradicionales de
viento y cuerda (tales como flauta, trompeta, piano, etc.) tienden a escucharse
con una cualidad espectral armónica, dado que las frecuencias de sus parciales
se encuentran aproximadamente en relación armónica y fluctúan dentro de rangos
muy pequeños.
Los sonidos de cualidad espectral armónica estricta solo pueden producirse por
medios electrónicos.
Inarmónica
Varios componentes sinusoidales cuyas frecuencias no están en relación de múltiplos
enteros de una frecuencia fundamental dentro del rango audible.
Por ejemplo, un sonido constituido por cuatro parciales sinusoidales cuyas frecuencias son: 440 Hz, 1300 Hz, 2166 Hz y 3735 Hz, no tiene un espectro armónico, dado que las frecuencias de sus parciales no surgen de la multiplicación de ningún número común (un divisor común de todas ellas) que se encuentre en el rango de frecuencias audibles.
En general, los sonidos producidos por instrumentos de percusión de metal (triángulos, crótalos, campanas, etc.) tienen una cualidad espectral inarmónica.
Ruido
Cuando los parciales son muchos, no están en relación armónica y cambian de
manera muy desordenada y rápida, se produce un sonido con la cualidad espectral
de ruido. En general, los sonidos producidos por instrumentos de percusión
de parches o de madera y muchos sonidos de la naturaleza (truenos, explosiones,
viento, etc.) tienen cualidad espectral de ruido.
Cualidades espectrales variables y múltiples
Ya se mencionó que es muy común que un mismo sonido tenga, de manera simultánea
o sucesiva, diferentes regiones con distintas cualidades espectrales.
La proporción con que cada cualidad se manifieste inducirá a los oyentes a decidir
cuál es la cualidad espectral dominante.
Por ejemplo, los sonidos de emisión normal de los instrumentos de la orquesta llamados maderas (flauta, oboe, clarinete y fagot) tienen, en mayor o menor medida, una parte con cualidad espectral armónica y una, mucho menos importante, con cualidad espectral de ruido, por lo que generalmente se los clasifica dentro de los sonidos con cualidad espectral armónica.
Algunos sonidos de instrumentos de percusión de metal, tales como los platillos, poseen regiones con cualidad espectral inarmónica, pero también alguna porción menos importante de ruido. Los siguientes ejemplos dan cuenta de lo antedicho.
Se presenta un sonido de emisión normal de un fagot tocando un DO4 y luego dos sonidos que fueron obtenidos mediante análisis en los que el primero es la parte que tiene espectro armónico y el segundo es el que tiene espectro de ruido. Nótese que este último tiene mayor intensidad –como es de esperarse y ya se mencionó– en su comienzo. En este caso, conviven simultáneamente dos cualidades espectrales.
Se presenta un sonido tomado de un oboe tocando un LA5 que en su parte inicial (aproximadamente en los 4 primeros segundos) tiene un espectro armónico y, a partir de allí se transforma en otro sonido que tiene un espectro inarmónico. Estos sonidos no son habituales en la emisión normal de los instrumentos musicales, generalmente se producen con técnicas especiales o por medio de procesos de audio digital que se tratarán más adelante.
3.2.2. Balance espectral
El balance espectral depende de las relaciones de intensidad de los parciales que componen un sonido. Como es lógico, cada sonido tiene un balance espectral propio, pero de manera general pueden establecerse ciertas categorías, tomando como base determinadas regiones del continuo audible de frecuencia, como ser: uniforme, brillante, opaco, resonante y selectivo.
Uniforme
Energía uniformemente repartida en todo el ancho de la banda.
Brillante
Con énfasis de energía en la región de altas frecuencias.
Opaco
Poca energía en la región de altas frecuencias.
Resonante
Con énfasis en una región central de frecuencias.
Selectivo
De acuerdo con el orden de los parciales, por ejemplo, los clarinetes producen
sonidos que tienen un énfasis en los parciales impares.
Los sonidos de emisión normal de los instrumentos musicales
tradicionales de viento y cuerda (tales como flauta, trompeta, piano,
etc.) se caracterizan, en general, por un decaimiento de la energía
de sus parciales en relación inversa con la frecuencia fundamental
de la nota que producen. Lo mismo ocurre con determinados
sonidos producidos por medios electrónicos, como las ondas diente
de sierra, triangular y cuadrada. Ciertos tipos de ruido que se usan
como señales de prueba tienen balances espectrales específicos de
tipo decreciente en función de la frecuencia, estos son:
• Ruido blanco: igual energía en toda la banda de frecuencia.
• Ruido rosa: intensidad del ruido decreciente, escalada por 1/f.
• Ruido marrón: intensidad del ruido decreciente, escalada por 1/f2.
Variaciones en el balance espectral
El balance espectral se modifica durante el transcurso de los sonidos acústicos
y solo es posible mantenerlo invariante en sonidos producidos por síntesis.
Mediante cambios drásticos de balance espectral se pueden conseguir sonidos
muy distintos y, más aún, que den la sensación en los oyentes de pertenecer a
fuentes sonoras diferentes.
A continuación se presenta un ejemplo de sonido en el que el balance espectral
cambia de manera notable. Se trata de un sonido de una flauta tocando un
LA5. En la primera y última parte este sonido presenta un balance espectral
que es propio de la flauta, mientras que en la parte central, el balance espectral
de sus parciales lo asemeja a un clarinete. Esto ocurre a causa de que, en la parte
central, la intensidad de los parciales impares resulta enfatizada por sobre la de los
parciales pares mediante un filtro.
Un ejemplo muy corriente de cambio de balance espectral es el efecto conocido
como wah-wah, muy característico en el jazz (con instrumentos tales como la
trompeta o el trombón). Se produce por el uso de un dispositivo llamado sordina
que obstruye parcialmente el pabellón del instrumento, atenuando la intensidad
de los parciales más altos. Al tocar una nota inicialmente con sordina y, en el
transcurso de esta, retirar la sordina gradualmente, el sonido producido comienza
con muy poca intensidad en los parciales agudos y luego se va modificando al
retirar la sordina, con un efecto que recuerda al paso desde la vocal “u” (más
opaca) al de la “a” (más brillante), de aquí su nombre.
3.2.3. Tonicidad
La tonicidad depende del grado en que un determinado sonido manifiesta una
frecuencia fundamental audible.
La cualidad de tonicidad se ubica en un continuo que va desde muy alta (tónico),
media y muy baja o nula (no tónica).
Los sonidos de cualidad espectral armónica son, por lo general, muy tónicos. Sin embargo, algunos de estos, cuyas frecuencias fundamentales son muy bajas o muy altas o bien poseen un balance espectral específico, pueden tener una tonicidad media o nula. Los sonidos de emisión “normal” de los instrumentos musicales tradicionales de viento y cuerda (tales como flauta, trompeta, piano, etc.) poseen un alto grado de tonicidad. Los sonidos inarmónicos y ruidos no son, por lo general, tónicos.
Tonicidad variable
Se presenta a continuación un ejemplo en el que la tonicidad de un sonido
cambia en su transcurso. En este caso, es el resultado del paso gradual de la
cualidad espectral de ruido (que no es tónico) a la de ruido coloreado en el que se
enfatizan regiones de frecuencias que están en relación armónica, lo que produce
un sonido tónico. Las partes no tónicas están al comienzo y final y la parte tónica
en el centro. El sonido fue producido por medio de síntesis.
3.2.4. Casos corrientes de variabilidad de las características espectrales
Ya se mencionó que las tres características espectrales que se explicaron (cualidad
espectral, balance espectral y tonicidad) pueden presentarse de manera
estática o cambiante. Además, se han presentado algunos ejemplos de lo antedicho.
A modo de repaso, algunos casos típicos de esto son:
a. El paso de un espectro de ruido a un espectro armónico.
b. El paso de un espectro de ruido a uno inarmónico.
c. Los cambios de balance espectral (brillanteàopaco, uniformeàresonante,
etcétera).
d. El paso de tonicidad alta a baja o viceversa.