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Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior De Ingeniería Mecánica y Eléctrica –Zacatenco Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica ESTUDIO DEL EFECTO DE LA SORDINA DE GEL EN LA TAROLA TESIS Que para obtener el título de Ingeniero en Comunicaciones y Electrónica presentan: Contreras Martínez David Israel Velez Canul Alfredo Arturo México D.F. Junio 2014 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUE'LA SUPERIOR DE ING ENIEllÍA MECÁNICA Y F:LECTJUCA lJNIUAD PROFESIO!'L\L HADOLFO LÓPF/. \'L\TFOS'I~ T.EML-\ DE ~fESIS QUE PARA OBTENER EL TITULO DE POR LA OPCIÓN DE TITULACIÓN DEBERÁ(N)DESARROLLAR INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA TESIS COLECTIVA Y EXAMEN ORAL INDIVIDUAL C. DA VID ISRAEL CONTRERAS MARTÍNEZ C. ALFREDO ARTURO VÉLEZ CANUL "ESTUDIO DEL EFECTO DE LA SORDINA DE GEL EN LA TAROLA" IDENTIFICAR LOS EFECTOS QUE SUFREN LOS COMPONENTES EN FRECUENCIA Y EN AMPLITUD DE UNA SEÑAL GENERADA POR UNA TAROLA CUANDO SE COLOCA UNA SORDINA SOBRE SU MEMBRANA PERCUTIV A. • ANTECEDENTES HISTÓRICOS SOBRE LA TAROLA • MARCO TEÓRICO • DESARROLLO DEL EXPERIMENTO • ANÁLISIS DE RESULTADOS • COTOS Y CONCLUSIONES MÉXICO D.F. A 22 DE MAYO DE 2014 ASESORES DRA. ITZ 3 Agradecimientos generales: Nuestro más sincero agradecimiento a todas las personas que directa o indirectamente estuvieron involucrados con este proyecto, especialmente a: Ricardo y Edgar Serrano por su orientación con respecto a los instrumentos de percusión y en especial el acercamiento a la tarola A la academia de Acústica de la ESIME Zacatenco por facilitarnos sus instalaciones y equipo para poder realizar este proyecto. También a los ingenieros Gabriel Espinoza, por facilitarnos el micrófono para realizar nuestras mediciones y Luis Valencia por ayudarnos con datos precisos sobre el peso de los materiales utilizados en el experimento. De igual manera a la Ing. Vanessa Olicón por su asesoría para calcular los costos de este proyecto. Al M en C. Francisco Sánchez por su apoyo y orientación durante todo el proyecto Por último, nuestro más profundo agradecimiento a la Dr. Itzalá Rabadán por todo su apoyo y conocimiento. Sin su orientación no habría sido posible este proyecto. 4 Agradecimientos personales. Alfredo En primer lugar a Dios por permitirme compartir este tiempo y este lugar para poder disfrutar de todo esto. Por su apoyo y por estar siempre ahí cuando las cosas se pusieron complicadas, aguantar los desvelos y malos humores y sobre todo por hacer de mi carrera una prioridad, ¡si se pudo! Gracias mama, papa y Jorge. Gracias a todos mis amigos y a Vane por estar siempre ahí. Con todo mi cariño y aprecio a David Israel, sin el esto no habría sido posible. ¡Lo logramos amigo! A todos los profesores que ayudaron en mi formación profesional, y muy especialmente a los que me dejaron enseñanzas más importantes que las que se aprenden en el aula. Me enseñaron que un ingeniero de verdad no es el que consigue un título, sino el que lo porta ese título con orgullo para hacer el bien. Gracias por compartir tantas enseñanzas Ing. Hugo Macías e ing. Edgar Quintana. Y por último con mucho cariño y agradecimiento a la doctora Itzalá por ayudarme a descubrir mi verdadera vocación, por enseñarme a ser un ingeniero y a reconocer cuando se necesita pedir ayuda, por tomar este proyecto como propio y demostrarme el valor del profesionalismo. David Primeramente quisiera agradecer a mi Madre por impulsarme en este camino así también a mi familia que siempre me ha apoyado en toda circunstancia .Así mismo quiera agradecer a mis amigos y compañeros de la escuela y fuera de ella por enseñar y motivarme en momentos de necesidad como también por compartir muchas alegrías. Quisiera Agradecer especialmente a Alfredo Veles por todo su esfuerzo y su gran compañerismo en el proceso de este proyecto. Finalmente y no menos importante a todos los maestros que me guiaron durante el gran inicio en el camino de la ingeniería. 5 Justificación En la práctica muchos bateristas gustan de modificar sus instrumentos añadiéndoles elementos a los parches (llamados sordinas) los cuales cambian el timbre del instrumento, sin embargo no existen publicaciones referentes a los efectos físicos producidos por dichos elementos. Por otro lado en la especialidad de acústica de la carrera de ingeniería en comunicaciones y electrónica de la ESIME, los estudiantes adquieren los conocimientos necesarios para poder llevar el análisis de este tipo de fenómenos a fin de establecer los parámetros de diseño que conforman estos y otros muchos sistemas acústicos. Ahora bien, la realización de este tipo de trabajos debe hacerse (sobre todo en una escuela) a fin de documentar debidamente el comportamiento de los instrumentos musicales, así como las variaciones producidas por los distintos dispositivos utilizados por los músicos para variar los sonidos originales. Estos documentos se convertirán en material de consulta para los estudiosos de la acústica. Por ello, el interés de este trabajo está en establecer si existe una relación entre las modificaciones hechas a la tarola a través del uso de sordinas y el espectro en frecuencias mediante el análisis espectral para determinar las posibles variaciones en la frecuencia fundamental y los sobretonos producidos 6 OBJETIVOS Utilizando el análisis espectral gráfico: 1.‐ Se identificará si la presencia de un cuerpo ajeno a la membrana percutiva (parche) de una tarola provoca un cambio en el espectro en frecuencia producido por ella. 2.‐ Si se cumple el punto 1, se analizarán los efectos que sufren los componentes del espectro original tanto en frecuencia como en amplitud de una señal generada por una tarola cuando se coloca una sordina sobre su membrana. 3.‐ Probar el grado de afectación del sistema vibrante al variar la forma y posición de la sordina. 7 Índice TEMA Página Capitulo 1 ANTECEDENTES HISTORICOS SOBRE LA TAROLA 1.1 Introducción a los instrumentos 9 1.2 Instrumentos de percusión 9 1.3 Definición de Sordina 11 1.4 Brevísima historia de la percusión 12 1.5 Historia de la Tarola 14 Capitulo 2 MARCO TEORICO 2.1 Vibraciones de membranas 31 2.1.1 Ecuación de ondas de membranas uniformes 32 2.1.2 Ecuación de ondas de membranas circulares 33 2.1.3 Condiciones de frontera 34 2.1.4 Vibraciones Forzadas 36 2.1.5 Vibraciones libres asimétricas 39 2.2 El tambor 41 2.3 Analizador de espectro 43 Capitulo 3 DESARROLLO DEL EXPERIMENTO 3.1Consideraciones para el experimento 46 3.2Diseño del experimento 51 Capitulo 4 ANÁLISIS DE RESULTADOS 4.1 Resultados obtenidos 59 4.1.1 Información sobre las tomas realizadas 59 4.1.2 Representación de las tomas mas significativas 64 8 4.2 Comparación de las tomas 77 4.2.1 Clasificación de las comparaciones 78 4.2.2 Graficas de las comparaciones 79 4.2.3 Cuadro con observaciones 90 CONCLUCIONES 101 Costos 102 Bibliografía 103 9 CAPITULO 1 1.1 Introducción a los instrumentos La clasificación de los periodos musicales, a lo largo de la historia, responde a las consideraciones estilísticas, entendiendo por tal las formas en las que el individuo expresa las diferentes ideas sobre el arte musical. Desde el punto de vista estético, se puede dividir en siete grandes periodos musicales: Medievo, Renacimiento, Barroco, Rococó, Clasicismo, Romanticismo y Siglo XX.En el campo del ritmo, el cambio ha sido total, con una revitalización de los instrumentos de percusión que han adquirido un protagonismo de primera línea dentro del fenómeno musical. La aparición de la música electrónica y de la concreta ha originado unos nuevos sonidos. Existe una gran diferencia entre el concepto de música, para el músico y para el técnico de sonido, ya que para el primero es algo puramente artístico, mientras que para el segundo son fenómenos puramente físicos. Esto da origen, a que para hablar de un mismo fenómeno se empleen dos lenguajes distintos, lo que origina múltiples problemas y enconadas discusiones, tanto por el planteamiento de una realización, como en la valoración de los resultados obtenidos en una grabación. 1.2 Instrumentos de percusión El significado de percusión se refiere a la producción sonora al golpear el ejecutante un instrumento. La etimología del origen de la palabra percusión proviene del verbo latino percutere, que significa golpear. En música, los instrumentos de percusión se definen como aquellos instrumentos cuya superficie resonadora es golpeada, sacudida o frotada por el ejecutante El sonido producido por las membranas (pieles apergaminadas puestas en tensión), al ser percutidas, es más agudo cuanto más pequeña se la extensión del cuerpo vibrante y cuanto más grande sea la tensión a que este sometida. 10 En este grupo se encuentran los timbales, bombo, caja (o tarola), tambor militar y campestre, tamboril (o pandereta), los grandes y primitivos tambores de África y de los indios del Norte, Sur y Centroamérica y la tabla India. Existen otros instrumentos latinoamericanos, de origen africano, como los bongos, tam‐tams y la tumba. En el grupo de percusión de barras figuran los discos y tubos metálicos, el dulcemente o salterio de metal, el glockenspiel, el vibraharp, la celesta y diversos tipos y tamaños de instrumentos de Java y Brasil, que poseen barras de metal. Los discos metálicos son los platillos y gongs. Los juegos de campanas de las catedrales son tubos metálicos. Para nuestro estudio centraremos nuestra atención en los instrumentos de membranas, particularmente en la tarola por ser un instrumento común en la música popular, de manera que no consideraremos la vibración en barras. En la caja, los tambores como el bombo, tienen el volumen resonante comprendido entre dos membranas tensadas no proporcionando notas musicales. En estos instrumentos se obtiene una gradación de los sonidos según la dureza del elemento con que se golpea. En este tipo de instrumentos la fuente sonora emite solo las notas fundamentales, aunque en forma de onda amortiguada. Esto supone la superposición de las notas que se van produciendo con la vibración que se amortigua de las notas anteriores. Esta superposición de sonidos, con frecuencias acordes, produce un efecto auditivo análogo al de los sonidos armónicos, obteniéndose el timbre. Los instrumentos de percusión se pueden clasificar en dos grupos: El primero formado por los que producen notas de una determinada frecuencia y pertenecen los timbales, celesta, xilófono, vibráfono. El segundo por los que producen un sonido determinad y pertenecen el bombo y la tarola entre otros. 11 De acuerdo con la clasificación de instrumentos según E. Hornbostel y Curt, los idiófonos y los membranófonos son los dos grandes grupos en los que están incluidos los instrumentos de percusión. Al grupo de los idiófonos pertenecen los siguientes instrumentos: 1. Idiófonos percutidos: litófonos, xilófonos, marimbas, metalófonos, lira, celesta, tambores de madera, txalapart, platillos, gongs, tam‐tams, campanas, campanólogo, carrillón, triangulo, cencerros, castañuelas, crótalos, látigos, serrucho, flexaton, sonajas, maracas, sistio y cascabeles. 2. Idiófonos punteados: arpa de boca y sansas. 3. Idiófonos pro fricción: vasos musicales y armónica de cristal. El grupo de los membráfonos se puede también dividir en tres grupos que son: 1. membráfonos percutidos: timbales, tarola (caja), bombo, tambores militares, tam‐tams, bongos, tumbadoras, tabla, panderos y pandereta. 2. membráfonos por fricción: zambomba, lyon, roar. 3. membráfonos pos soplo: mirilitón. El presente estudio se centra en los membráfonos que son los que producen sonido por membranas fuertemente tensadas. En este grupo se encuentra el tambor militar, caja, o tarola, las cual tiene dos parches, el superior que se percute con las baquetas, y el inferior, el cual el cual no se percute. Cuando se toca este instrumento, el parche inferior vibra, y se agitan fuertemente estas cuerdas o tirantes, esto aumenta la brillantez, fortaleza y duración de cada golpe y su frecuencia es indefinida En este estudio se pretende observar los modos de vibración de las membranas circulares en condiciones normales (es decir sin ninguna modificación) y compararlos con los modos de vibración cuando se les colocan sordinas. De igual manera se busca si existe relación directa entre las componentes armónicas de las percusiones sin sordinas y con sordinas. 1.3 Definición de Sordina Para este estudio, se entiende por sordina cualquier elemento que, sin modificar el parche, se puede añadir a este para cambiar su sonido. 12 En este contexto existen muchos elementos que se pueden usar como sordinas y cada uno provoca un efecto diferente en el sonido de las percusiones. Un ejemplo de la variedad de elementos que se pueden encontrar es la tienda en línea http://www.woodbrass.com donde se puede apreciar desde las E‐Ring que son aros de plástico que se colocan sobre las percusiones para reducir la cantidad de sobretonos, hasta las Slap Klatz que son una especie de “gomitas” que se adhieren al parche. Existen también otras técnicas (caseras) para producir sordinas de bajo costo, como es colocar trozos de papel de baño con cinta de aislar encima del parche. De esta manera la caracterización de las sordinas es muy grande y debido a la complejidad que supondría utilizarlas todas se hará más adelante una caracterización y la selección de las que se probaran. 1.4 Brevísima historia de la percusión Los instrumentos de percusión son muy numerosos y variados. Dentro de los instrumentos de percusión se encuentran los tambores, gongs, timbales, campanas, triángulos, xilofón, platillos, etcétera y en algunos casos elementos exóticos como bonfos, maracas, castañuelas, etcétera. La percusión es también la encargada de realizar los efectos especiales dentro de la orquesta, como por ejemplo el viento, las tormentas, los ruidos etc. La historia de la percusión es tan antigua como la humanidad, ya que seguro que las tribus primitivas utilizaban elementos de percusión como golpear piedras con un palo o cosas similares. Pronto observaron que la piel de un animal colocada sobre un recipiente provocaba una gran resonancia al ser golpeada. Este era el antecesor directo de los actuales timbales y de numerosos tambores modernos. Los tambores siempre han estado presentes en las ceremonias y rituales humanos, en los momentos más solemnes y también en los más alegres y en las fiestas y celebraciones. Se supone que los seres humanos, cuando empezaron a tener inteligencia, trataron de imitar los sonidos que la naturaleza producía (lluvia, viento, trueno, y sonidos de animales.) para lo cual utilizaron los medios que tenían a su alcance (piedras, troncos de árboles huecos, etcétera).13 En los pueblos primitivos, se han empleado estos instrumentos, como medio de comunicación (tambor africano). Estos instrumentos han ido evolucionando a lo largo de los siglos, experimentando el mayor perfeccionamiento durante el siglo XX, en el que se han llegado a utilizar como solistas. Como en el caso del timbal. Los instrumentos de percusión fueron muy empleados en el Oriente, alcanzando la civilización occidental en la época de las cruzadas. También en África, alcanzaron un gran desarrollo, siendo utilizados en ceremonias religiosas y rituales. Existe una gran variedad de instrumentos de percusión y aun en un mismo país pueden variar mucho de unas regiones a otras. Asia ha sido la cuna de numerosos instrumentos de percusión y a través del Oriente muchos de ellos han llegado hasta la cultura occidental. En el siglo XVIII se creó en Europa una moda y fascinación por los instrumentos y músicas de origen turco y fueron incluidos en muchas composiciones. Así Haydn, Mozart o Beethoven son algunos de los autores que tienen obras con aires orientales creados con instrumentos de origen turco. En esa época la percusión estaba basada en los timbales, que asociados con las trompetas eran muy utilizados en las piezas ceremoniales. Generalmente la actuación de los timbales era simple y monótona, marcando un ritmo simplemente, porque cada instrumento tocaba una sola nota y solo podía cambiar de tono con dificultades. Haydn y Beethoven intentaron cambiar esta situación dando mayor libertad a la percusión. Se han escrito algunos conciertos para percusión, pero se ha demostrado que la atención del público con estos elementos no dura demasiado tiempo, por lo que son preferibles las obras cortas. Brahms ya descubrió en su momento que utilizar la percusión en pequeñas dosis y en el momento justo era preferible a abusar de ella y agotar al público En una entrevista para el periódico “The country” con motivo de la presentación de su libro, Pensamiento musical y siglo XX (Fundación Autor), el compositor y crítico musical Tomás Marco (Madrid, 1942), premio Nacional de Música 2002 hace una breve declaración sobre la importancia de la percusión en el siglo XX. 14 Instrumentos como la percusión, que eran secundarios en la tradición occidental, han tenido un auge tremendo, bien porque se han perfeccionado los que había, porque se han importado de otras culturas o porque se han creado nuevos. La percusión es el gran instrumento del siglo XX. 1.5 Historia de la Tarola El tambor ha sido un miembro regular de la sección de percusión desde su introducción en la orquesta a comienzos del siglo XIX. Su demora en convertirse en un miembro de la orquesta se debió en gran parte a su asociación con la "música de campo militar", en la que proporcionó señales a las tropas que participan en el combate o en otras maniobras militares. La historia correspondiente al desempeño de la tarola con relación a las orquestas nunca ha sido investigada completamente. La aceptación de la caja de batería en la orquesta se produjo, en su mayor parte, al mismo tiempo, la batería de instrumentos de percusión apareció. La investigación académica se centró en el estudio de la evolución del estudio militar del estilo de ejecución. Durante el siglo XVIII, el tambor se considera tanto un instrumento popular como militar. Como tal, su uso en la orquesta era limitada, y las partes de la batería no fueron escritas .En 1706, Marín Marais utiliza una forma de la tarola en la orquestación de su ópera Alcione. Marais pide que redoble continuamente, en un esfuerzo para producir el sonido de una tormenta. Existe mucha confusión acerca del término “tambourin”1. Sin embargo, considerado como un tambor grande, la “tambourin” se sabe que tienen una profundidad de setenta centímetros (27,3 pulgadas) y un diámetro de treinta y cinco centímetros (16,65 pulgadas). Tradicionalmente, este instrumento se toca con una baqueta y se limitaba generalmente a simples secuencias rítmicas. Desde la tambourin de Marín Marais utilizada en “Alcione” se utilizan dos baquetas con el fin de obtener el redoble. 1 Este es el término con el que se denotaba a este tipo de percusión. En italiano y alemán, que en ocasiones se utiliza para denotar pandereta. Más adelante se denota una lista de los términos más utilizados para describir los instrumentos de la familia caja. Se incluyen en esta lista son términos asociado con la tarola y se encuentra en las fuentes más antiguas y más recientes. Estos incluyen tambor, aspecto militar, piccolo tambor redoblante, lado del tambor, tambor, tamboril y así sucesivamente; traducciones al italiano, francés y alemán se incluyen con transliteraciones rusos siempre también 15 La utilización de la caja de batería desde los compositores del siglo XVIII hasta la actualidad varía mucho desde el estilo estrictamente militar que se encuentra en la "Battle Symphony" de Ludwig van Beethoven, hasta el solo encontrado en la ópera de Gioacchino Rossini, La gazza ladra y el uso particular de Carl Nielsen en su Sinfonía n º 5, óp. 50. Rolf Lieberman Geigy Festival concierto, Für Basler Trommel und grosses Orchester; eine Fantasie Uber Basler Themen (1958) y Konsertpáttur Askell Masson Litla Fyair Trommu og Hljömsveit (1982) que representa la culminación de más de dos siglos de desarrollo para la ejecución orquestal de este instrumento. Lieberman y Masson son de hecho responsables de establecer la tarola como instrumento solista destacado en el repertorio orquestal del siglo XX. Sin duda, estos cambios fueron impulsados por muchas circunstancias diferentes y sin relación aparente. Al examinar los ejemplos musicales, también hay que considerar la vida del compositor, junto con otras condiciones culturales, sociales y económicas. En una breve tesis titulada "Estudio de los factores que han influido en la evolución de la instrumentación orquestal," Ralph C. Ritchie cita influencias específicas que afectaron a la evolución de la orquesta. Estos incluyen la influencia de la música vocal, el estilo clásico, el negocio editorial, el clientelismo, virtuosos y diversos factores mecánicos. El conocimiento de estos y otros factores importantes que afectan directamente al desarrollo de la tarola y estos ayudarán a entender cómo el papel de este instrumento ha cambiado a lo largo de los años. Durante la primera mitad del siglo XX, el tambor de la trampa fue tratada como una fuente de numerosos sonidos a través de la manipulación de la zona de ejecución del tambor, jugando con palos diferentes e implementa según lo especificado por el compositor, o ambas cosas. Este uso bastante novedoso del tambor, aunque interesante, no es exclusivo de la familia de la percusión. Compositores del siglo XX han escrito técnicas de los instrumentos de la orquesta. La evolución de la tarola de ser un instrumento con fuertes orígenes "militares" a un instrumento considerado como un miembro regular de la orquesta tuvo lugar en un momento en que la mayoría de los otros instrumentos de la orquesta ya habían experimentado este cambio, como en el caso de trompetas y timbales, o nunca fueron verdaderamente asociado con instituciones externas u otras influencias inusuales. La orquesta, en virtud de su asociación de clase alta y las influencias aristocráticas, recibió un instrumento bastante crudo fuera de las fuerzas armadas y lo 16 transformó, tanto física como estilísticamente, en un período de tiempo, en un aceptable "interior"del instrumento. El resultado fue un nuevo instrumento, el de tambor orquesta. Muchas de sus características iniciales habían desaparecido desde entonces. Este cambio no sucedió de la noche a la mañana, sino que se llevó a cabo durante cientos de años y continúa hasta hoy. Durante este tiempo, el tamaño del tambor ha cambiado drásticamente, de un tambor de granes dimensiones de hasta veinticuatro pulgadas de diámetro, a una gran tambor más pequeño de sólo quince pulgadas de diámetro. La profundidad del tambor disminuyó en proporciones similares. Desde casi veinticuatro pulgadas, la profundidad de un tambor orquestal se redujo a tan sólo cinco pulgadas y media (apenas tres pulgadas para el redoblante piccolo). Del mismo modo, los materiales utilizados en la construcción del instrumento se perfeccionaron y alteraron, produciendo un instrumento capaz de mezclarse (o quizás no) con los colores de la orquesta. Durante un largo tiempo, cáscaras de madera, cajas de tripa, cabezales de piel de ternero, y tensado de la cuerda dio paso a la carcasa de metal, trampas de alambre, cabezas de plástico, y un sistema de tensado uniforme. Estas innovaciones han jugado un papel importante en el desarrollo y la creación de un nuevo instrumento: el tambor concierto trampa. Este instrumento no sería utilizado en ceremonias militares al igual que su predecesor, pero fue diseñado y pensado para jugar en interiores de una naturaleza más refinada, una que está muy lejos de su ascendencia marcial. Muchos términos extranjeros se encuentran con frecuencia en el estudio de la música. La siguiente lista de términos extranjeros incluye aquellas palabras más utilizadas para referirse a la tarola. Instrumentos relacionados, implementos, y otras palabras comunes asociados con el tambor durante los últimos tres siglos se han incluido junto con sus traducciones. Los idiomas más encontrados en música de percusión de orquesta son el italiano, francés, alemán y ruso. Sus formas (junto con la traducción en inglés) se han incluido en la tabla siguiente para referencia futura. 17 Español Ingles Italiano Francés Alemán Ruso En el borde at the edge sul bordo au bord am Rand U óbrucha Escobilla (metal) Brush (wire) Spazzola Scouolo di fil di ferro Brosse en fil de métal Balai métallique Stahlbürste Drahtbürste Mëtllochka Cubierto (apagado) Covered (muffled) Coperto (coperti) pl Couvert(e) (couvertes) (Voilé) Bedeckt Gedämpft S surdínoi Ahogado Dampen (short) Secco étouffé sec Dämpfen Súkho Tambor Drum Tamburo Tambour Trommel Barabán Tarola Militar Military Side Drum Tamburo militare Tambour militaire Militär‐ Trommel Voénnyi Barabán Percusion Percussion Percussione Percussion Schlagwerk Udárnye‐ instruménty 18 Tabla 1.1 Tarola Piccolo Piccolo Snare Drum Tamburo piccolo (or Tarole) Tambour Petit Tambor de lado (tarola) Side Drum Tamburo Caise claire Kleine Trommel Mályi Barabán Tarola Snare Drum Tamburo Caisse claire Kleine Trommel Mályi Barabán Baqueta Stick Bacchetta Baguette Mailloche Schlagel Stock Pálka, Pálochka Golpe Strike (beat) Colpite Frappez (Blouser to beat) Schlage Udárit’ Switch Verga Verge Rute (Ruthe) Metlá Pandereta Tabor Tamburo di Provenza Tambourin de Provence Tambourin Provan sál’skii barabán Pandereta Tambourine Tamburino Tamburo vasco Tambour de Basque Tamburin Schellen trommel Tamburín Tamburello Tambor Tenor Tenor Drum Tamburo rullante Caisse roulante (tambourin) Rührtrommel Wirbelttrommel Tenortrommel Tsilindrícheskii barabán 19 El origen de la tarola se puede remontar a la pandereta medieval, que está claramente representado en el arte XIII y siglo XIV como un tambor de cuerda tensada con una o más trampas, generalmente en la cabeza que fue golpeado. La función principal de la flauta y tamboril era proporcionar música para bailar. Anthony Baines C., en su artículo "Pipe and Tabor," que se encuentra en The New Grove Dictionary of Music and Musicians, hace hincapié en esta y otras funciones de esta combinación única de instrumentos: Dos escenas medievales particularmente buenas de personas bailando al mismo son reproducidas por Gerold (Histoire de la musique, París, 1936, pp. 288, 328). Se muestra que se utiliza para proporcionar la música para malabaristas y animales del espectáculo, y que se está reproduciendo en las bandas militares de noble en los torneos y en otras ocasiones, el tamboril es a menudo claramente demostrado ser golpeado en la trampa. En los siglos 16 y 17 de la flauta y tamboril siendo popular y extendida, económicamente proporcionando una banda de un solo hombre para bailesEsta incluye una fotografía de una miniatura del siglo XVI de German Freydal MS en su artículo. Esta fotografía muestra a una flauta y tamboril que acompaña una danza circular. La portada de William Kemp, “Nine Wonder Daies”, escrito en 1600, representa a una bailarina y un ejecutor de la “flauta y tamboril".En el trabajo de Kemp, se ilustra el tambor y la flauta suspendidos de la mano izquierda del ejecutante mientras que la mano derecha toca el tambor. Este tambor Figura 1.1 20 especial de dos puntas con cuerda de tensión Fig1. 2. Ilustración alegórica de la música. En contraste con el tambor imagen de arriba se encuentra la fotografía con la etiqueta "Pipe and tabor, Inglés, siglo XIX (Victoria and Albert Museum, Londres)" que acompaña el artículo de Anthony Baines. El tamaño del tabor en esta fotografía es algo más pequeño que el tambor se muestra en la siguiente figura, pero es muy similar en tamaño al ejemplo del ejemplo anterior, que es representativa de los utilizados durante el siglo XV. La diferencia en tamaño, tanto en diámetro y longitud, parece ser común en toda evidencia iconográfica. Esto se debe principalmente al hecho de que ambos tambores pequeños y más grandes desarrollados alrededor del mismo tiempo. 21 Hablando de panderetas, hoy en día existen pocos todavía en la Provenza y en Gascuña de France Se debe tener cuidado de no confundir la previamente discutido "flauta y tamboril", una combinación única de instrumentos de origen popular, con el "pífano y tambor". En términos generales, el "pífano y tambor" se asoció con funciones militares. Su uso limitado como instrumentos populares se describen brevemente más adelante por Howard Brown. En contraste con la "flauta", el "pifano" es una pequeña flauta transversal cilíndrica, con un diámetro estrecho y un latón o de metal en cada extremo. Debido al número de orificios para los dedos, este instrumento requiere el uso de ambas manos. El batería, en este caso, era libre de utilizar ambas manos también. Esta situación requería dos intérpretes en lugar de uno, que era el caso de la "flauta y tamboril". Ver figura 1.3 Figura 1.3 Figura 1.3 22 De acuerdo con James Blades, los tambores comenzaron a aparecer en formas más grandes durante el siglo XIII. Esto se debió en parte a la influencia de los ejércitos de la Europa occidental por las costumbres de sus enemigos orientales. La asociación del pífano y el tambor se registra ya en 1332 en los Anales de Basle. En el siglo XV, el tamboril ampliado junto con el pífano, se había formado el primer tipo organizado de banda militar en Inglaterra. Esto, de acuerdo con James Blades, fue inspirado por el pífano y tamborsuizo y fue tan bien recibido por la nobleza como lo fueron los timbales de la caballería húngara en un momento posterior. Como se mencionó anteriormente, la evidencia iconográfica del pífano y el tambor que acompaña a un basse danse que se puede encontrar en el grabado de Liber cronicarum por Hartmann Schedel, que data de 1493. En él son evidentes muchos detalles. En primer lugar, el tambor que parece ser de dos cabezas, con cuerda de tensión es un tambor lateral y se toca en un ángulo de cuarenta y cinco grados. El ejecutante tiene dos palos afilados completos con una punta de cuentas. Los palos se sostienen con la mano derecha y la izquierda asumiendo la misma posición que en la "tradicional" de hoy. Además, la muñeca izquierda aparece para soportar el peso del tambor. El tamaño del tambor es muy pequeño en comparación con los estándares actuales, pero se aproxima mucho al tamaño de tamboriles representados en numerosas pinturas y dibujos de este período de la historia. El uso de la caja de batería en el acompañamiento de danzas estilizadas del siglo XV y XVI parece haber tenido una influencia directa en el uso del tambor en las funciones sociales de la música dance de acompañamiento de los siglos XIX y XX. La utilización de trampas en el tabor está documentada ya en el siglo XVI en Orchesography (1589) por Tabourot. En ella dice que el tabor era solo usado básicamente como un instrumento de bajos ya que no tenía un sonido definido. Pero, ¿por qué el ejecutante comenzaría utilizar dos palos?" No hay más que ver las diferencias principales entre la "flauta" y "pífano", es decir, el hecho de que el primero requiere solamente una mano para jugar, mientras que en el otro se requiere ambas manos. Del mismo modo, el tamboril, que requirió una sola mano, comenzó a ser representado (ya en 1493) como un tambor que se toca con dos palos. 23 La evidencia de un tambor más grande, transportado en forma horizontal similar a nuestra actual tarola, se puede ver en una pintura de principios del siglo XVI se encuentran, en Inglés, los instrumentos de percusión y su historia de James Blades. En este cuadro el Tabor está siendo golpeado con un palo mientras que el intérprete desempeña un tubo con la otra. El tamboril, que es considerablemente más grande que los de períodos anteriores, es suspendido de la muñeca izquierda. Debido a esto, el brazo izquierdo de hecho funciona en dos capacidades: para llevar y el dedo de la tubería, y para llevar el tabor. Tarea sólo la mano derecha fue a tocar el tamboril. No es de sorprender que se escribiera muy poca historia para el tambor en esta época. A decir verdad, una buena parte de la música medieval fue escrita. El primer ejemplo de música para el tambor de la trampa se puede encontrar en Orchesography Tabourot, impreso en 1589. En este tratado sobre la danza, que se escribe en la forma de un diálogo, Tabourot describe la tarola como un instrumento de ritmo de decisiones, mediante el cual un cuerpo de soldados podía marchar al unísono, o el ataque y retirada sin confusión o desorden. Es interesante señalar que ya en 1589 en un tratado dedicado al arte de la danza, el tambor se representa atado a un soldado. De particular interés es la modificación al agarre "tradicional" empleada por el soldado en este dibujo. La mano izquierda se coloca con la palma hacia la cabeza del tambor y la parte posterior de la mano hacia fuera del tambor. Además, todo el peso del tambor está suspendido de la muñeca izquierda por medio de una eslinga. Los palos, ahora cónicos, tienen perlas grandes y están situados por encima del centro de la cabeza. Este tambor de Figura 1.4 24 cuerda tensada también está equipado con dos orejas de cuero para cada cuerda, a diferencia de cuerda tensada tambores tradicionales que sólo tienen una oreja por cuerda. En su tratado, Syntagma Musicum, publicado originalmente en 1618, Michael Praetorius muestra un bosquejo de los tambores lateral y timbales, dibujado a escala, en la que muchos detalles específicos son discernibles. Otra fuente útil de los tambores militares temprano es el manuscrito italiano Il torneo di Bonaventura Pistofilo Nobile di legge Ferrarese dottor e cavaliere. del Teatro di Pallade dell 'Ordine Militare, et Accademico. . . por Bonaventura Pistofilo, que data de 1627. En este tratado, los estados Pistofilo "... nella quale adoperandosi Trombe, Tamburi, ed altri strumenti, accio seruino por La Voce di chi comanda, por cio nel seguente Capitolo si trattere delle voci, strumenti bellici. "58 (De todos los instrumentos utilizados desde la antigüedad para dar órdenes, la trompeta y el tambor aún sobreviven). Pistofilo lo atribuye a su calidad de sonido y su versatilidad (eran adecuados tanto a caballo como a pie). En el libro de Pistofilo también se ofrece al lector una excelente descripción de la función de la tarola en torneos de justas y exposiciones durante el siglo XVII en Italia. Otra fuente del siglo XVII citando el uso del tambor en las maniobras militares se encuentra en el libro de William Bariffe titulado, Disciplina Militar: o el joven hombre de Artillería, escrito en 1639 y publicado en Londres. Una adición es la descripción de un ejercicio realizado el 18 de octubre de Figura 1.5 25 1638 en Merchant Taylors‐Hall enviado por ciertos caballeros del Gardon Artillería. En este capítulo, todos los detalles del ejercicio militar son recreados meticulosamente, incluso lo que llevaban puesto, y lo que se dijo o hizo. La función de la percusión era muy importante para estas maniobras: cada parte de la exposición fue precedida por el batir del tambor. Cada latido es diferente y transmite un mensaje especial a las tropas que indican su próxima maniobra. Un dibujo de la caja de batería desde el siglo XVII se encuentra en un tratado francés Marín Mersenne, titulado Harmonie Universelle (1636). En este libro, Marín Mersenne da un bosquejo de un tambor lateral muy similar a la ilustrada por Michael Praetorius, de nuevo con proporciones similares en ambos diámetro y profundidad, en este caso, cincuenta y nueve centímetros. Figura 1.6 Mersenne dice que hay dos trampas se extendían por la membrana de abajo, o más precisamente, una hebra doblada. Por la posición de las "orejas", el tambor de la izquierda se representa como si estuviera bajo tensión, mientras que el tambor de la derecha se muestra en una posición relajada o floja. Entiéndase por “oreja” las lengüetas de cuero atadas a las cuerdas 26 que, cuando se mueve hacia arriba o hacia abajo, debería aumentar o disminuir la tensión de las cabezas de tambor. Hay muy poca evidencia sobre la afinación de la caja de batería durante su mandato como un instrumento militar. Un tutor alemán anónimo, escrito en 1777, indica que la afinación sea "D" en la clave de fa, mientras que Jean Jacques Rousseau85 afirma que los tambores que acompañan a los pífanos, afinados en "G", se debe ajustar "lo más cerca posible en" G "y el tambor que acompaña a la banda de música se debe ajustar a" D. El uso de la caja de batería para fines militares no se limitó a la tierra, sino que también demostró ser útil en las rutinas navales. A bordo del barco se refiere a las llamadas de acción (las maniobras necesarias para navegar en un barco de vela), los entierros en el mar, la flagelacióny "caminar por la plancha. La tarola hizo su aparición en la orquesta al menos al mismo tiempo que los otros miembros de la batería. En el siglo XVIII, la influencia de la "música turca" del Janissary Corpses conocido por Figura 1.7 27 haber sido un factor determinante en la aceptación del bombo, platillos y triángulo en la orquesta. Los prolongados debates sobre la finalidad de la Janissary Corps, su influencia en la instrumentación militar y orquesta (viento y percusión), así como otros datos pertinentes relativos a las innovaciones de percusión se pueden encontrar en fuentes que tratan ambos temas militares e históricos. En el artículo de Kurt Reihard de “Turkey: Janissary Music,”una fotografía de una miniatura de apellido‐i Vehbi (El libro Festival de Vehbi) ilustra la "Marcha de la mehter" (banda militar). Esta pintura, del Museo Topkapi Sarayi y Biblioteca en Estambul, representa a ocho "duval" (bombos) foto junto con seis "boru" (trompetas), seis pares de "sil" (címbalos), y tres pares de "Kos" (timbales). Esta miniatura en particular puede haber llevado a algunos estudiosos a llegar a este concepto erróneo. El "Duval" se parece al tambor lateral en su método de transporte, sin embargo, la presencia de un interruptor en el lado izquierdo junto con un batidor de curvado en la mano derecha que lo distingue claramente del tambor de lado en uso durante este tiempo. Para ilustrar esta conclusión, Kurt dice Reinhard: "Varios de estos instrumentos fueron aprobados por orquestas europeas poco después de las guerras turcas, sobre todo el bombo grande", türkische Trommel”. Edgar Gangware, en su disertación "La historia y el uso de instrumentos de percusión en la orquestación", concluye que el resultado positivo de la influencia turca en las orquestas del siglo XIX fue que se concedió un lugar en los conjuntos instrumentales a los instrumentos de percusión, como una sección completa. No sólo los timbales, sino a una variedad de percusiones de timbres numerosos estaban disponibles para los compositores. Edgar Gangware analiza los avances de los distintos instrumentos contenidos en la batería, es decir, el bombo, platillos, triángulo, pandereta, tambor, tambor de tenor, y la media luna turca o Jingling Johnny. Sus conclusiones se basan en la premisa de que era la influencia de la música jenízara la que otorga su lugar en la música culta a estos instrumentos. Existe evidencia iconográfica que apoya el uso del bombo, triángulo, pandereta, platillos, y la media luna turca en las bandas militares y orquestas durante el siglo XVIII. Ejemplos del uso de instrumentos "Jenízaros" en las obras orquestales se pueden encontrar en muchas obras como “La 28 imprévue rencontré” de Christoph Willibald Gluck 1764, “El secuestro” de Wolfgang Amadeus Mozart del “Serail” de 1782 y en “Las Ruinas de Atenas” de 1812, y el último movimiento de la Sinfonía N ° 9 de 1824 por Ludwig van Beethoven. El primer género en tener un papel importante en la utilización de la tarola fue la ópera. El tambor se considera tanto un instrumento popular como militar durante el siglo XVIII y como tal, su uso en las orquestas de ópera era limitada. Algunos ejemplos de esta utilización fueron “Marais Alcione y Egmont” de Beethoven. Durante este período (1706‐1810), sin embargo, la tarola fue utilizada extensamente y casi exclusivamente por los militares. A Gioacchino Rossini se le atribuye la reintroducción de la caja de batería de la orquesta. También es conocido como uno de los primeros compositores para elevar el tambor de la trampa a la categoría de un instrumento solista. En la obertura de la ópera La gazza ladra, escrita en 1817, el tambor abre la pieza con dos redobles. Por otro lado el compositor Auber combina los usos de la tarola militar con la orquestal intentando mostrar al tambor como un instrumento más de apoyo utilizado para dar énfasis y color. El segundo género en lugar de importancia para el desarrollo de la actuación orquestal de la tarola fue la música incidental. Esta música estaba destinada a ser utilizado en la interpretación. Muchas obras escritas como música incidental, especialmente durante el siglo XIX, han asumido una existencia independiente. Existen tres composiciones de este género que han contribuido sustancialmente en el desarrollo de la tarola en su interpretación orquestal que son: Egmont de Ludwig van Beethoven, Preciosa Carl Maria von Weber, y Arlésienne Georges Bizet L'. El tercer género que influyó en la aceptación de la batería como instrumental fue la cantata, género dominado por voz y utilizada considerablemente orquestas. El cuarto género considerado importante en el desarrollo del tambor como instrumento orquestal es la "batalla" y música "al aire libre". Probablemente el mejor ejemplo del uso de la caja de batería en la orquesta con una asociación estrictamente militar se encuentra en una "batalla" pieza de Ludwig van Beethoven, titulada La victoria de Wellington. Este género particular fue muy 29 popular en tiempos de agitación y la Victoria de Wellington, escrita en 1813. Se llevó a cabo en numerosos conciertos como el número de función y estaba en el programa en los estrenos de muchas de sus obras orquestales otros. Beethoven utiliza la tarola, así como los instrumentos Jenízaros, en casi todas sus obras escritas para el "exterior". La principal diferencia entre el uso militar y no militar de la tarola de batería en la música social o funcional, se encuentra en el tratamiento rítmico del tambor. Como era de esperar, la función de la caja de batería en obras militares de esta naturaleza, implican partes intrincadas y ritmos constantes usualmente con poco o ningún descanso. El tambor se encuentra en numerosos valses de otro compositor bien conocido de este género. Johann Strauss, Jr., en su vals del emperador, Óp. 437 ("Kaiser‐Walzer"), escribió para el trommel kleine. Este es un ejemplo perfecto de saber cuando no jugar un pasaje exactamente como está escrito. La frecuencia de las piezas de tambor de la trampa en la música social es un fuerte factor influye en la aceptación del tambor como instrumento orquestal. A medida que el instrumento se utiliza cada vez más en actuaciones, su asociación militar fue lentamente disminuyendo, pero no olvidada por completo. Es quizás en esta área de la música que el tambor de la trampa de hecho comenzó a ser utilizado como un instrumento capaz de colorear. Otros compositores aparte de Debussy y Ravel también comenzaron a darse cuenta de los diversos timbres del tambor para contribuir a su "paleta" de colores orquestales. El uso prematuro colorista de la tarola, hasta cierto punto, presagió el movimiento impresionista que iba a florecer sobre todo en Francia durante la última década del siglo XIX. Hay numerosos ejemplos de la utilización de la caja de batería en el repertorio orquestal estándar. Este hecho en sí mismo, apoya la idea de que los cinco géneros discutidos anteriormente (ópera, música incidental, cantatas, "batalla" y música "al aire libre", y la música social o funcional) jugaron un papel importante en el cultivo de la aceptación del tambor de la trampa en el repertorio orquestal estándar. Sin embargo, es en esta última categoría donde encontramos piezas de tambores que están firmemente arraigados en las tradiciones militares y aquellos que 30 están completamente desprovistos de cualquier tipo de asociación, ya sea militar, folk‐like, o de otra manera.El tambor también se utilizó como un instrumento popular antes de su aparición en la orquesta. Un excelente ejemplo de la utilización de la caja de batería como un instrumento popular en el repertorio estándar de orquesta del siglo XX, se encuentra en una de las composiciones más reconocidas de Maurice Ravel, Bolero, realizado en París en 1928. El tambor toca lo que es esencialmente una medida de ritmo de dos de un baile folklórico. Este patrón constante que se repite ciento sesenta y nueve‐veces durante el curso de la obra, comienza muy suavemente y crescendo durante toda la pieza. Hay muchas composiciones que contienen folk, militar, y a veces ninguna asociación aparente. Los compositores, para anotar una emoción o un ambiente particular, alteran sutilmente los timbres. La tarola, puede ser utilizada para imitar el sonido de un ejército, una folk‐dance medieval, o para proporcionar soporte rítmico y dinámico cuando sea necesario. El séptimo género, que jugó un papel importante en el desarrollo de la actuación orquestal de este tambor es música de cámara. Aunque esta zona no contiene una gran cantidad de pasajes que utilizan la caja, el hecho de que el tambor se incluye en absoluto en las obras de compositores de renombre indica al menos una aceptación pasiva del instrumento en la música culta. 31 Capitulo 2 Marco teórico 2.1 Vibraciones de membranas Considerando las vibraciones de un sistema extendido, en dos dimensiones estudiando algunos casos particulares que tiene interés en el diseño de transductores electroacústicas uno es la membrana circular uniformemente extendida en la que la fuerza recuperadora debido a la elasticidad es despreciable frente a la tensión. Este tipo de sistema incluye como ejemplo típico el diafragma del micrófono de condensador. Otro es el de placas circulares delgadas, en las que la elasticidad es un factor importante, siendo un ejemplo de las mismas los diafragmas de los teléfonos ordinarios. Figura 2.1 sistema lineal y membrana circular uniformemente extendida. Un análisis general de los movimientos vibratorios de las membranas o placas es más complicado que el estudio de sistemas unidimensionales, como cuerdas y barras. En contraste con lo que se estudia para las cuerdas, la función que da el movimiento de un punto de la membrana no es una relación simple que exprese la forma de la membrana en un instante de tiempo, ya que es función unidimensional del mismo y bidimensional en el espacio Según se ha estudiado, la aplicación de las condiciones de frontera limitan las frecuencias a una serie discreta. Las condiciones de frontera no sin unas restricciones análogas para las vibraciones libres de membranas y placas pero en sistemas bidimensionales 32 2.1.1 Ecuaciones de onda de una membrana uniforme Antes de encontrar la ecuación de ondas originadas por las vibraciones transversales de una membrana tensada debemos decir que sistema de coordenadas usaremos para localizar los puntos de la misma. Dependiendo de esta elección los resultados pueden parecer diferentes, pero sin equivalentes, según se puede demostrar mediante la transformación de un sistema de coordenadas en otro Aunque los ejemplos para estudiar con detalle necesitan emplear coordenadas polares, la ecuación de ondas se puede encontrar más fácilmente en cartesianas, las que el desplazamiento transversal y de un punto se expresa como: , , (2.1) Considerando ahora la ecuación del movimiento de un elemento rectangular de área: (2.2) La membrana se supone delgada y uniforme, con una rigidez despreciable, ya que es perfectamente elástica, no tiene amortiguamiento y vibra con amplitudes de desplazamiento pequeñas. Sea s la densidad de superficie de la membrana (su masa por unidad de área en Kg/m siendo t la tensión en N/m a la que el borde de la membrana esta tensado. Esta tensión se distribuye uniformemente a lo largo de toda la membrana por lo que el material en las caras opuestas de un segmento de línea de longitud dl tiende a tirar solo con una fuerza de T0 dl . Un primer paso es encontrar una expresión para la fuerza recuperadora que actúa sobre el elemento de la membrana que se desplaza desde el plano de equilibrio. De forma análoga al estudio realizado sobre las fuerzas transversales en cuerdas, la fuerza neta sobre el elemento dxdz debido al par de tensiones T dz es : (2.3) 33 Debido al par de tensiones T dx la fuerza . (2.4) Igualando la suma de estos dos términos al producto de elemento de masa µs dx*dz por su aceleración da: (2.5) (2.6) (2.7) Por sustitución directa se puede demostrar que la expresión cos (2.8) Es una solución general de la ecuación de ondas bidimensionales Esta expresión representa una onda plana que viaja con velocidad c en una dirección que forma un ángulo 2.1.2 Ecuación de onda para membranas circulares Para resolver la ecuación de onda para una membrana es esencial utilizar un sistema de coordenadas espaciales, en el que la forma geométrica de la frontera de la membrana se puede expresar con sencillez. Como ya se ha visto, el uso de coordenadas cartesianas permiten el estudio de una membrana rectangular, de forma análoga las coordenadas polares facilitan el estudio de una membrana circula. Por desgracia el número disponible de sistemas de coordenadas es muy limitado y por tanto el número disponible de membranas es también limitado. 34 La ecuación de las vibraciones transversales de una membrana circular en coordenadas polares es de la forma (2.9) Y sólo se estudia con detalle la solución de esta ecuación. 2.1.3 Condiciones de frontera La condición frontera considerando el borde de una membrana circular es y 0 para r a, lo que implica que J0 ka 0 y por tanto 2,405; 5,520; 8,654; 11,792;… .. La frecuencia fundamental será 1 , , (2.10) Las razones de los sobre tonos de de la frecuencia fundamental son 5,520 2,405 2,295 3,598 4,90 Como en el caso de las vibraciones transversales de una barra, los sobre tonos no son armónicos del fundamental. Tomando la parte real de , se obtiene la expresión general para el desplazamiento de la membrana cuando vibra en su modo fundamental: 35 cos , (2.11) Donde A1 es la amplitud de desplazamiento en el centro de a membrana y k1 se sustituye por 2,405/a. La solución completa es: ∑ A cos (2.12) Para todos los modos de vibración diferentes de los del fundamental los círculos nodales interiores se presentan para aquellas distancias radiales para las que J0(kr) se anula, por ejemplo para el primer sobre tono; la función J0 es cero para: , 2,405 (2.13) ó 0,436 (2.14) Se ve la función J0(x), que el desplazamiento de los segmentos de la membrana inmediata interior y exterior de un círculo nodal está siempre en oposición de fase. Cuando la parte central se desplaza hacia arriba la parte adyacente se desplaza hacia abajo, y al contrario. Por tanto, una membrana vibrante para diferentes frecuencias de su fundamental produce pequeños desplazamientos del aire que la rodea. Por esta razón la membrana vibrante de un timbal tiene una baja eficacia de producción sonora, para sus frecuencias sobre tonos. El valor medio de la amplitud de desplazamiento de la superficie de la membrana proporciona un parámetro para juzgar la eficacia de producción sonora paracada modo particular de vibración. Puede definirse como. (2.15) 36 Puesto que todas las partes de una elemento de superficie en forma de anillo, comprendido entre r yr + dr, tiene la misma amplitud de desplazamiento n se puede calcular la integral superficial, donde r varía desde 0 hasta a, entonces. (2.16) Y de acuerdo con los cálculos, se tiene: (2.17) Se determinar el valor de para el modo de vibración fundamental: , 2,405 0,432 (2.18) Por consiguiente, un pistón plano rígido de radio a y amplitud de desplazamiento 0,432 A1 desplazará el mismo volumen de aire que una membrana cuando vibra en su frecuencia fundamental. De forma análoga se puede demostrar que 0,123 , donde el signo negativo indica que el valor medio de la amplitud de desplazamiento se opone directamente al desplazamiento en el centro .Estos ejemplos de muestran que cuando las amplitudes de desplazamiento en el centro son iguales (A1 =A2) el modo fundamental de vibraciones es tres veces más efectivo para desplazar aire que el primer sobre tono. 2.1.4 Vibraciones Forzadas Se considera ahora que actúa sobre la membrana circular una fuerza sinusoidal. Si se supone que la membrana es de tipo ideal y que la presión ejercido por la fuerza conductora esta distribuida uniformemente solo sobre una cara considerando que p=p0 cos ωt, es la presión, la ecuación de movimiento será (2.19) La solución de la ecuación será 37 (2.20) Donde y0 es la amplitud desplazamiento. En esta ecuación se ve que la amplitud de desplazamiento es directamente proporcional a la fuerza excitadora e inversamente proporcional a la tensión T. La dependencia de la amplitud de vibración para una coordenada de posición con la frecuencia está dad por una expresión relativamente complicada. Siempre que la frecuencia impulsora ω corresponda a una de las frecuencias de la oscilación libre de la ecuación 1 , , (2.21) La función J0(ka)=0, por lo que la amplitud indicada tiene un valor infinito. Sin embargo, en casos prácticos existen fuerzas de amortiguamiento que se representan en la ecuación por un termino del tipo (‐R/ s )( y/ t), el cual limita las amplitudes de estas frecuencias para valores máximos finitos. La aplicación práctica más importante de la membrana excitada es el diafragma circular de un micrófono de condensador. El desplazamiento medio de la membrana excitada es: (2.22) Para bajas frecuencias, tales que la mucho menor que la unidad: 1 (2.23) 1 (2.24) Dando: 38 1 (2.25) Si se sustituye esta expresión en la ecuación (2.26) Para el desplazamiento medio a bajas frecuencias, se obtiene: 1 (2.27) Por tanto a medida que la frecuencia excitadora es suficiente baja tal que ka es menor que la unidad, la respuesta de un micrófono de condensador es aproximadamente independiente de la frecuencia. En este rango de frecuencias no existen dificultades de resonancia con el primer resultado cuando ka= 2,405. Sustituyendo k por. (2.28) Y suponiendo que la frecuencia límite de la respuesta uniforme de un micrófono de condensador ideal esta dado por ka < 1, entonces se tiene. (2.29) Esta frecuencia límite superior puede aumentarse uniformemente, incrementando la tensión T o disminuyendo el radio α Si la fuerza de amortiguamiento se introduce en la ecuación 27 la solución resultante para el desplazamiento tendrás una forma idéntica a la de la ecuación pasada. Sin embargo, en este caso / , estando dado por: (2.30) 39 Puede demostrarse que la presencia del termino – jω R/T en esta expresión, reduce el desplazamiento medio en la resonancia a un valor finito. 2.1.5 Vibraciones libres asimétricas Cuando la membrana de un tambor entra en vibración al ser golpeado en su centro, la vibración resultante es una superposición de los diferentes modos simétricos dados por la ecuación: ∑ A cos (2.31) Por otra parte, cuando se la golpea fuera del centro se excitan modos de vibración asimétricos en los que y =y(r,,t). La ecuación, que representa una forma general de la ecuación de ondas bidimensional, puedo escribirse de la forma: (2.32) La solución de la ecuación es de la forma . cos (2.33) En el Angulo de la fase α es una las constantes arbitrarias de la solución. Para cada valor de m se determinan las direcciones de para las que aparezcan dos líneas nodales radiales de desplazamiento cero y vuelve a depender del Angulo para el cual la membrana era excitada inicialmente Los modos simples de vibración corresponden a la ecuación anterior con α =0.Para designar estos modos de vibración libre el numero entero m determina el numero de las líneas nodales radiales. Puede observarse que n=1 es el valor mínimo de n y corresponde al modo de vibración para el cual el circulo nodal se representa solo para la frontera de la membrana donde r=a. 40 Para cada valor entero m existen una serie de modos radiales de vibración cuya frecuencia aumenta .Cuando m =0 , las frecuencias casi son las dadas para el caso simétrico, por la ecuación 1 , , (2.34) y , , 2,295 (2.35) Que corresponden a la condición J0(ka)= 0,… En la tabla vemos algunas de esta frecuencias fmn , expresadas con relación a la frecuencia fundamental f01 dada por la ecuación 1 , , (2.36) Se nota que ninguno de los sobre tonos son armónicos del fundamental Figura 2.1. Modos de vibración de la membrana Tabla 2.1. Frecuencias relativas de una membrana circular. f01 =1,0 f11= 1,593 f21=2,135 f02= 2,295 f12=2,917 f22=3,500 f03=3,598 f13=4,230 f23=4,832 41 2.2 El tambor. La fuerza de amortiguamiento resistiva mencionada anteriormente es una de las que puede actuar sobre la superficie de una membrana e influenciar su vibración. Esta es la que se origina por cambios de presión dentro del espacio cerrado del tambor, o el diafragma de un micrófono de condensador en el volumen del contenido, alterando por tanto la vibración de la membrana. Considerando un tambor, que consiste en una membrana tensada fuertemente sobre el extremo abierto de un recipiente semiesférico. Al vibrar la membrana, el aire en el recipiente se comprime y expande alternativamente. Si la velocidad radial de las ondas transversales a lo largo de la membrana es mucho menor que la velocidad del sonido en el aire, la presión resultante de la compresión y expansión del aire en el recipiente es aproximadamente uniformemente radial y depende solo del desplazamiento medio Cuando la superficie de la membrana se desplaza una cantidad media , el incremento en el volumen de aire encerrado es donde a es el radio de la membrana. Si el volumen en equilibrio dentro del recipiente es V0 y la presión en equilibrio es P0 , entonces suponiendo que la variación del volumen es adiabática , la nueva presión P y volumen V están relacionados por la ecuación de las transformaciones adiabáticas: (2.37) Donde γ es el índice adiabático (γ= cp/cv). Si se diferencia esta ecuación, se puede demostrar que la variación de presión dP dentro del recipiente será: (2.38) La introducción de una fuerza dada por la ecuación pasada que actúa sobre cada metro cuadrado de esta área de la superficie de la membrana, modifica la ecuación (2.39) Quedando: 42 (2.40) En esta ecuación es una fusión integral de todos los modos de vibración incluyendosus amplitudes relativas y sus fases, por lo que es demasiado complicada para ser considerada una solución general de la ecuación anterior. Si está presente uno solo de los modos de vibración, la solución de la ecuación queda muy simplificada. La solución de la ecuación es de la forma: (2.41) Donde: (2.42) Es una constante sin dimensiones que mide la importancia relativa de la fuerza recuperadora, debido a la compresión del aire en el recipiente y a la tensión sometida a la membrana. Esta constante α es pequeña si el volumen del recipiente o la tensión en la membrana son grandes. En el límite, donde esta constante tiende a cero, las frecuencias permitidas son las que corresponden a J0(ka)=0, según se había determinado previamente para las vibraciones libres de las membranas. La tabla es una relación de valores de ka que satisfacen la ecuación (41) para valores de α comprendidos entre 0 y 10. Observamos que la presencia del recipiente aumenta las cantidades numéricas de los valores permitidos de ka y por lo tanto los de las frecuencias permitidas. Esto se podría esperar, puesto que el termino adicional en la ecuación (2.43) Es proporcional al desplazamiento y es, por tanto, uno de rigidez. Se puede observar también que el efecto en la frecuencia fundamental es más pronunciado que en otros modos de vibración. 43 Α k1a k2a k3a 0 2,40 5,520 8,654 1 2,545 5,54 8,657 2 2,68 5,55 8,660 5 3,02 5,59 8,67 10 3,485 5,67 8,69 Tabla 2.2 2.3 Analizador de espectro Los analizadores FFT están basados en la obtención del espectro de una señal mediante un algoritmo de cálculo denominado transformada rápida de Fourier (FFT). Este algoritmo permite calcular la transformada discreta de Fourier de cualquier señal con una reducción muy notable de operaciones aritméticas, y el consiguiente ahorro de tiempo de cálculo. El funcionamiento a grandes rasgos consiste en tomar muestras (valores discretos) de la señal continua y, con estas muestras y aplicando una expresión matemática descubierta por el matemático Fourier, se obtiene el espectro correspondiente a la señal que habíamos medido. Por tanto, todo el proceso se reduce a digitalizar la señal continua a analizar y efectuar un cálculo numérico. La precisión de los analizadores de Fourier se evalúa a través del número de líneas que pueden representar, siendo los valores más habituales los de 256, 400 y 800 líneas. Cada línea corresponde a una banda de frecuencia de ancho constante y de valor el de la frecuencia más alta analizada dividido por el número de líneas calculadas. Una de las grandes ventajas del análisis FFT es la posibilidad de efectuar un zoom de una zona concreta del espectro obtenido, donde el sentido de zoom es el mismo que en fotografía. Es decir, si tenemos un espectro de 800 líneas de una señal cualquiera, un zoom nos permite efectuar una ampliación de una parte concreta del espectro que nos interese, con lo que el grado de resolución es extraordinariamente elevado. Los analizadores F.F.T. recogen un trozo de señal temporal. Este depende de la frecuencia superior que se va a analizar; 44 En una escala lineal pueden apreciarse dos ejes. El vertical para el nivel (dB), y el horizontal para representar la frecuencia (f). Existen dos formas tradicionales para la representación de las frecuencias: mediante barras, o bien mostrando simplemente el contorno de las barras. En este sentido, muchos analizadores del tipo FFT reemplazan el contorno de barras por curvas (este es u modo muy útil para el análisis del contenido armónico de determinados sonidos). Si trabajamos con archivos en formato 44.1 KHz. y 16 bits, nuestro analizador deberá darnos información en intervalos de 44.100 partes por segundo acerca de la posición de la señal. Si a esto le sumamos que cada reporte puede alojarse dentro de un escalonamiento de 65.536 posiciones diferentes, el resultado final para una máquina aún moderna puede ser caótico. Los analizadores en modo FFT son muy útiles para avistar detalles del sonido, sobre todo aquellos que nos resultan por diversas causas inaudibles, como ser ruidos de muy baja frecuencia o sonidos enmascarados. La forma de onda no muestra de modo claro y sencillo todo lo que estará sucediendo a nivel frecuencial, y es aquí donde reside la importancia del uso de este tipo de herramientas Por otro lado, un análisis FFT resulta ideal para el reconocimiento tímbrico de la mayoría de los sonidos. Para el análisis de las muestras debemos delimitar los puntos de análisis con el siguiente esquema. 1) Escala de dB spl 2) Escala de Frecuencia en Hz 3) Punto de referencia para comparaciones 45 4) Frecuencia fundamental. Representada en el primer pico 5) Sobretonos 46 CAPITULO 3 DESARROLLO DEL EXPERIMENTO En este capítulo se detallará el experimento propuesto para la evaluación de la tarola. Mediante estas pruebas se busca analizar el comportamiento armónico en una tarola en presencia de distintos tipos de sordinas. El experimento consiste en percutir, en pasos subsecuentes, una tarola libre (sin sordina) luego colocarle diferentes tipos de sordinas, grabar los sonidos producidos en cada caso para, finalmente, poder analizar cada modificación mediante un análisis del espectro en frecuencia registrado. 3.1 Consideraciones para el experimento Para poder dar validez al experimento se deben delimitar algunas variables: La tarola a analizar debe estar afinada. El golpe se debe efectuar siempre en el mismo punto. El golpe debe tener siempre la misma fuerza. Delimitar planos geométricos en la membrana con el fin de definir los lugares donde se colocaran las sordinas y donde se percutirá la membrana. La toma de la muestra debe realizarse con un micrófono que proporcione una respuesta plana para evitar tomas con coloraciones indeseadas producto de la respuesta en frecuencias del micrófono El golpe se debe efectuar siempre en el mismo lugar Para conseguir que el golpe de la tarola se efectúe siempre en el mismo sitio siempre, tuvimos que diseñar un dispositivo que por medio de caída libre excitara la membrana en el mismo lugar y poder tomar más de una muestra de cada combinación de golpe y sordina. El golpe debe tener siempre la misma fuerza 47 El motivo para realizar un dispositivo que efectuara el golpe es porque ningún baterista es capaz de dar un golpe con la misma fuerza todo el tiempo. Para poder dar validez al experimento debemos asegurarnos que cada golpe tendrá la misma fuerza. Con nuestro dispositivo, excitado por caída libre, logramos que cada golpe tenga la misma fuerza. Otro punto a favor al utilizar un dispositivo en vez de un humano es porque minimizamos el error por fatiga del músico y evitamos posibles sombras acústicas que genere el músico Debido a la necesidad experimental de tener una baqueta que percuta en la membrana con la misma fuerza y exactamente en el mismo lugar varias veces se diseño y construyo un sistema mecánico con las siguientes características Diseño: 1. El sistema debe sostener a la baqueta siempre en el mismo punto procurando que sea en el lugar donde un baterista la toma. 2. El sistema debe permitir la caída libre que inicia desde un punto específico hasta golpear la membrana. La fuerza resultante será siempre la misma debido a que se usara como recurso la caída libre, es decir se limitara el valor de la fuerza al producto de la masa por la gravedad. 3. La base del sistemadebe permitir que este se pueda poner en varios puntos fijos de altura para simular la altura con la que un baterista le pega a la membrana. Construcción La construcción se realizó a partir de material reciclados de batería: 1. Se arma una base trípode sobre un tubo hueco de 15 cm que permite la entrada de otro tubo por dentro. 2. Se perfora el tubo base para poder insertarle un tornillo que va por lo largo del diámetro hasta salir por el otro extremo y se coloca una tuerca esto permitirá detener al tubo que se inserte. 3. Se corta un tubo para que de un largo de 40 cm que se eleva dentro del tubo base del trípode 4. Se inserta un anillo metálico en el tubo de 40 cm que nos ayudara a ajustar la atura que tendrá la baqueta. 5. Se coloca al final del tubo de 40 cm una base para asiento. 6. Se toma la estructura base de un pedal para batería y se le extrae la cadena y la placa donde el pie ejerce presión para dejar solo la estructura del brazo oscilante. 48 7. Se desarma dicha estructura para tomar el soporte que sostiene al baquetón y se agranda su diámetro con ayuda de una taladro y así pueda este sostener una baqueta. 8. Se coloca una baqueta en el soporte y se ajusta con ayuda de un anillo metálicoa a la altura donde una baterista lo tomaría a 10 cm del extremo grueso. 9. Se arma nuevamente la estructura del pedal y se monta sobre la base para el asiento y se fija con un par de tornillos y tuercas. 10. Se prueba que siempre este pegando en el mismo punto aplicando un poco de tinta en la punta y percutiendo una superficie. La tarola a analizar debe estar afinada Como se vio en el capitulo anterior, las membranas al estar tensas en diferentes puntos están expuestas a tener modos de vibración no uniformes debido a que por lo general no se presenta la misma fuerza en cada punto de fijación. La teoría general para las membranas nos menciona una membrana que está sujeta con la misma fuerza en cada punto de la frontera, sin embargo en la 49 práctica, una tarola promedio presenta 6 remaches en los cuales el ejecutante afina el instrumento. Cuando una tarola se encuentra perfectamente afinada (esto quiere decir que independientemente de la frecuencia a la que se afine siempre presentara el modo (0,1) de vibración <ver cap. 2> donde no se presentan armónicos) podemos proceder a modificar los modos de vibración poniendo una carga sobre la membrana que modificara su desempeño, y por ende se verá un aumento en las componentes armónicas. Con una tarola desafinada no es posible determinar con exactitud los modos de vibración, por lo tanto no será visible con exactitud el cambio provocado por la sordina Selección de la tarola Una tarola correcta para el experimento será aquella que esté afinada. Para el estudio que se realizo el elemento de estudio fue la membrana de manera que la caja no tendrá una influencia mayor, sin embargo es necesario hacer la aclaración de que la caja si modifica el sonido, así que debe estar bien construida y ser perfectamente simétrica, sin importar en este momento la construcción y los materiales de los que este constituida. Para este experimento se conto con una tarola de aluminio de 15 ½ pulgadas de alto, con aro metálico de 6 llaves y con un parche RMV de 14” Selección de las sordinas según su peso Colocar cualquier objeto sobre la membrana provocara una modificación en su modo de vibración. Para el experimento se probaron sordinas de gel (similares al moongel) modificando el peso y la posición <poner foto con pesos y formas. Selección del micrófono Para la toma de las muestras se seleccionó un micrófono audiotecnica AT2020 (fig. 3.1) que presenta un patrón de captación cardioide (fig. 3.2) y con una respuesta en frecuencia prácticamente plana (fig. 3.3). Debido a las limitaciones para conseguir un micrófono de respuesta 50 completamente plana se opto por utilizar este micrófono que presenta una respuesta en frecuencia muy uniforme. Fig. 3.1 Fig. 3.2 Fig. 3.3 La toma del sonómetro y el micrófono deben estar a la misma distancia del centro donde se efectúa el golpe. 51 3.2 Diseño del experimento A continuación se detallan los materiales y los pasos para llevar a cabo el experimento Materiales: Una tarola (para este experimento usamos una tarola de 14“) y 15 ½” de alto Soporte para tarola Un sonómetro Tripee para sonómetro Artefacto construido para percutir la tarola Dispositivo de grabación (en este experimento se utilizo una computadora con Pro Tools ® 8) Interfaz de audio con phantom power Cámara fotográfica Flexómetro Micrófono audiotecnica ® AT2020 Pedestal para micrófono Cable xlr a xlr para micrófono Afinador para percusiones Drum Dial® Audífonos Analizador de espectro (en este experimento se utilizo una computadora) Descripción del experimento Paso 1 Seleccionar un lugar que no presente reverberación perceptible al oído Paso 2 Afinar la tarola con el medidor Drum Dial a una tensión de 85 en parche percutivo y 80 en parche resonante (Basado en la recomendación para tarola de jazz de TAMA). Se afina como una tarola de jazz ya que es la que presenta mayor tensión. Para el experimento se busca la mayor aproximación al modo de vibración (1,0) (fig. 3.4) 52 Fig. 3.4 Paso 3 Instalar la tarola afinada sobre su soporte (Fig. 3.5, 3.6) Fig. 3.5 Fig. 3.6 53 Paso 4 Instalar el dispositivo que percute a la tarola de manera que ataque justamente en el centro con ayuda del flexómetro y la plantilla con los planos. Fig. 3.7 Paso 5 4. Instalar el dispositivo de medición que consiste en : 5. Conectar la interfaz a la computadora 6. Arrancar el programa Pro Tools 8 M power en la computadora (Fig. 3.8) 7. Instalar el micrófono en su pedestal y conectarlo con el cable a la interfaz 8. Colocar el micrófono apuntando al centro del parche a 25cm (Fig. 3.9) 54 Fig. 3.8 Fig. 3.9 Paso 6 Instalar el sonómetro junto al micrófono en su tripee (Fig. 3.10). Fig. 3.10 Paso 7 Verificar los niveles de grabación con el fin de tener siempre el mismo nivel y que la toma no sature en la grabación. Paso 8 En este paso se encuentran las grabaciones de cada prueba considerando que: 55 Un operador pone a grabar el sistema Un segundo operador deja caer la baqueta, asegurándose de que este siempre caiga desde el mismo punto El segundo operador registra el nivel de presión sonora del sonómetro y detiene la baqueta después de efectuar el golpe El primer operador detiene la grabación cuando ya no sea perceptible el sonido de la tarola en el sistema de monitoreo (audífonos) Fig. 3.11 Paso 9 Después de cada grabación se registran los valores en una tabla y se rotulan la tomas Los pasos 8 y 9 fueron repetidos 165 veces, lo que representan 3 tomas por cada variación efectuada en el golpe de la tarola y/o en la posición(es) de la(s) sordina(s) (Fig. 3.13, 3.14) 56 Sordinas propuestas Fig. 3.12 Fig. 3.13 Fig. 3.14 57 Paso 10 Analizar las grabaciones con ayuda del analizador de espectro de Sony Soundforge 9. Registrando en que frecuencia y amplitud se encuentran el tono fundamental y los primeros 4 sobretonos, entendiendo como fundamental el primer pico registrado en el analizador (Rossing) y tomando una referencia para futuras comparaciones 58 Capitulo 4 ANÁLISIS DE RESULTADOS En este capítulo
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