UNIDAD IV (Conceptos básicos de Acústica Musical) Tercera Clase

9. Clasificación de los sonidos.

Antoni Carrión Isbert, en su libro Diseño acústico de espacios arquitectónicos, clasifica los sonidos en deterministas y aleatorios. Los deterministas los define como aquellos sonidos que "se pueden representar siempre mediante una expresión matemática que indica la forma en que varía la correspondiente presión sonora en función del tiempo"[20] y se subdividen en: sonido periódico simple, sonido periódico complejo y sonido transitorio. Los aleatorios, dice también Carrión, "van asociados a vibraciones irregulares que nunca se repiten exactamente y que, por tanto, solamente se pueden describir mediante parámetros estadísticos"[21].

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[20] CARRIÓN ISBERT, Antoni. Diseño acústico de espacios arquitectónicos. [Online]. Barcelona : Ediciones UPC, 1998. P. 29. [Citado el 21 de octubre de 2009]. Disponible en Internet: http://rapidshare.com/files/128933302/Dise_o_Ac_stico_de_Espacios_Arquitect_nicos_-_Antoni_Carri_n.pdf>

[21] Ibid., p. 29.

A continuación se definen y ejemplifican cada uno de estos sonidos.

¨ Sonido periódico simple. Está compuesto por una sola frecuencia constante (f₀) y se denomina tono puro. Ejemplo: el sonido del diapasón.

Tono puro y su espectro frecuencial

¨ Sonido periódico complejo. Está compuesto por una frecuencia fundamental (primer armónico), que por regla es la que tiene mayor potencia sonora, y un grupo determinado (y a veces infinito) de armónicos producidos por las frecuencias múltiplos de la frecuencia fundamental. Ejemplo: los sonidos producidos por los instrumentos musicales de afinación definida.

Sonido periódico complejo y su espectro frecuencial

¨ Sonido transitorio. Carrión lo define como un "sonido resultante de la brusca liberación de energía bajo la forma, por ejemplo, de explosiones o impactos. Es de aparición repentina y tiene una duración breve"[22]. El sonido transitorio está compuesto por frecuencias que no tienen una relación armónica entre sí y forman un espectro continuo. Ejemplo: una palmada.

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[22] Ibid., p. 31.

Sonido transitorio denominado pulso rectangular y su espectro frecuencial

¨ Sonidos aleatorios. Son los que se denominan como ruidos, pues producen muchas frecuencias cuyos valores son impredecibles. Los ejemplos más característicos de los sonidos aleatorios son: el ruido blanco, como por ejemplo el ruido generado por una cascada de agua y el ruido rosa.

El ruido se define como "un sonido de gran complejidad, resultante de la superposición inarmónica de sonidos provenientes de muy variadas fuentes. Es una confusa composición que no admite ni sigue ninguna ley u orden de formación"[23].

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[23] CALVO-MANZA, Antonio. Acústica físico-musical. Madrid : Real Musical, 1991. P. 84.

¨ Bandas de frecuencias de algunos instrumentos musicales. La banda de frecuencias de un instrumento es aquella compuesta por el rango de frecuencias comprendido entre las frecuencias límites, es decir, entre la frecuencia más grave que puede producir el instrumento y la más aguda. Por ejemplo, la nota inferior de un piano de 88 teclas es el La₀ que tiene una frecuencia de 27,5 Hz y la nota superior es el Do8 que tiene una frecuencia de 4186 Hz, por tanto, la banda de frecuencias del piano va desde 27,5 Hz hasta 4186 Hz.

El siguiente gráfico[24] muestra las bandas de frecuencias de algunos instrumentos musicales y de la voz.

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[24] CARRIÓN ISBERT, Antoni. Diseño acústico de espacios arquitectónicos. [Online]. Barcelona : Ediciones UPC, 1998. P. 32. [Citado el 26 de octubre de 2009]. Disponible en Internet: http://rapidshare.com/files/128933302/Dise_o_Ac_stico_de_Espacios_Arquitect_nicos_-_Antoni_Carri_n.pdf>

Las siguientes tabla muestran los límites de las bandas de frecuencias de algunos instrumentos musicales y voces.

Voz	Banda de frecuencias
Soprano	B3 - C6
Contralto	G3 - F5
Tenor	D3 - A4
Bajo	E2 - F4

Viento - Madera	Banda de frecuencias
Piccolo	D5 - Bb7
Flauta traversa	C4 - C7
Oboe	Bb3 - G6
Clarinete en si bemol	D3 - Ab6
Clarinete en mi bemol	G3 - Bb6

Viento - Metal	Banda de frecuencias
Trompeta en si bemol	G3 - Bb5
Trompa	B1 - F5
Trombón	E2 - Bb4
Tuba	F1 - F4

Viento - Mixto	Banda de frecuencias
Órgano de tubos	C0 - G9

Cuerda frotada	Banda de frecuencias
Violín	G3 - E7
Viola	C3 - A6
Violoncello	C2 - E5
Contrabajo	E1 - D4

Cuerda pulsada	Banda de frecuencias
Guitarra	E2 - A5
Arpa	C1 - G7

Cuerda percutida	Banda de frecuencias
Piano	A0 - C8

Percusión sonido determinado	Banda de frecuencias
Celesta	C4 - C8
Xilófono	C4 - C7

¨ Bandas de frecuencias en las 10 octavas del espectro audible.

En la siguiente tabla se muestran todas las frecuencias de 1/3 de octava de acuerdo con los estándares de la ISO. (Sonidos extractados del software Simple Feedback Trainer).

Audiciones de frecuencias:

20Hz, 25Hz, 31Hz,

40Hz, 50Hz, 63Hz,

80Hz, 100Hz, 125Hz,

160Hz, 200Hz, 250Hz, 315Hz,

400Hz, 500Hz, 630Hz,

800Hz, 1000Hz, 1250Hz,

1600Hz, 2000Hz, 2500Hz,

3150Hz, 4000Hz, 5000Hz,

6300Hz, 8000Hz, 10000Hz,

12500Hz, 16000Hz, 20000Hz

Todas las frecuencias en orden

Octavas Ascendentes y Descendentes de 400 Hz

a) 400 Hz

b) 800 Hz

c) 1600 Hz

d) 800 Hz

e) 400 Hz

f) 200 Hz

g) 100 Hz

h) 50 Hz

i) 25 Hz

j) 50 Hz

k) 100 Hz

l) 200 Hz

m) 400 Hz

Octavas Ascendentes y Descendentes de 500 Hz

a) 500

b) 1000

c) 2000

d) 4000

e) 8000

f) 16000

g) 8000

h) 4000

i) 2000

j) 1000

k) 500

l) 250

m) 125

n) 63

o) 31

p) 63

q) 125

r) 250

s) 500

10 Octavas Ascendentes y Descendentes de las frecuencias centradas en términos de la ISO

a) 31.25 Hz

b) 62.5 Hz

c) 125 Hz

d) 250 Hz

e) 500 Hz

f) 1 KHz

g) 2 KHz

h) 4 KHz

i) 8 KHz

j) 16 KHz

k) 8 KHz

l) 4 KHz

m) 2 KHz

n) 1 KHz

o) 500 Hz

p) 250 Hz

q) 125 Hz

r) 62.5 Hz

s) 31.25 Hz

¨ Ruido blanco. Calvo-Manza lo define como "aquel que contiene todas las frecuencias del espectro audible con la misma intensidad"[25], además, transporta mayor energía por octava cuando la frecuencia es más alta. "El timbre del ruido blanco es silbante... (como Pssss...)"[26].

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[25] CALVO-MANZA, Antonio. Acústica físico-musical. Madrid : Real Musical, 1991. P. 85.

[26] Ruido rosa. [Online]. [Citado el 22 de octubre de 2009]. Disponible en Internet: http://es.wikipedia.org/wiki/Ruido_rosa>

El siguiente gráfico[27] representa la forma de la onda del ruido blanco.

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[27] Ruido blanco. [Online]. [Citado el 22 de octubre de 2009]. Disponible en Internet: http://es.wikipedia.org/wiki/Ruido_blanco>

En el sonido blanco la Densidad Espectral de Potencia (PSD, Power Spectral Density) es constante debido a que todas las frecuencias tienen la misma potencia.

El siguiente gráfico[28] muestra la Densidad Espectral de Potencia (PSD, Power Spectral Density) del ruido blanco.

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[28] Ibid.

¨ Ruido rosa. También Calvo-Manza lo define como "un ruido que contiene todas las frecuencias del espectro audible (banda ancha) y cuya intensidad va decreciendo en cada octava (-3 dB/octava)"[29]. Esto significa que la Densidad Espectral de Potencia (PSD, Power Spectral Density) es proporcional al recíproco de su frecuencia, por tanto, "su contenido de energía por frecuencia disminuye en 3 dB por octava"[30], pero tiene la misma energía en cada banda de frecuencias por el ancho de la octava respectiva.

El timbre del ruido rosa "es más apagado al oído (parecido a Shhhh...)"[31].

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[29] Ibid., p. 86.

[30] Ruido rosa. [Online]. [Citado el 22 de octubre de 2009]. Disponible en Internet: http://es.wikipedia.org/wiki/Ruido_rosa>

[31] Ibid.

El siguiente gráfico[32] muestra el espectro del sonido rosa.

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[32] Ibid.

"El nombre 'ruido rosa' obedece a una analogía con la luz blanca (que es una mezcla de todos los colores) que, después de ser coloreada de forma que se atenúen las frecuencias más altas (los azules y violetas) resulta un predominio de las frecuencias bajas (los rojos). Así pues, el ruido rosa es ruido blanco coloreado de manera que es más pobre en frecuencias altas (sonidos agudos)"[33].

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[33] Ibid.

Las siguientes audiciones son tomadas del primer CD de Dave Moulton's Golden Ears.

Audiciones del Ruido Rosa en los cuales se aumenta en 12 dB determinada frecuencia.

31Hz, 63Hz, 125Hz, 250Hz, 500Hz, 1KHz, 2KHz, 4KHz, 8KHz, 16KHz

Audiciones del Ruido Rosa en los cuales se disminuye en 12 dB determinada frecuencia.

31Hz, 63Hz, 125Hz, 250Hz, 500Hz, 1KHz, 2KHz, 4KHz, 8KHz, 16KHz

10. Relación S/N (Signal / Noise)[34].

Signal (señal) es el material que se desea grabar. Cualquier sonido que interfiera con el disfrute o comprensión de esa señal es llamado ruido (noise). Es deseable que la señal predomine sobre el ruido.

La estrecha relación existente entre la señal y el ruido es un factor importante en todos los sistemas de comunicación. Esa relación se denomina ratio, que equivale a S/N. Si la señal predomina, el ratio es alto, entonces eso es bueno.

Se puede maximizar el ratio por medio de:

¨ Aumento del nivel de la señal, o

¨ Disminución del nivel del ruido, o

¨ Ambos aspectos.

También es importante tener en cuenta que los circuitos eléctricos y las acciones mecánicas de algunos de estos circuitos, generan ruidos tales como el hum, el denominado Crosstalk (interferencia; también se puede definir como interferencia telefónica), clicks (ruidos ligeros) y pops (ruidos secos).

La cualidad de la señal, cuando se escucha música o se habla en vivo, también puede ser afectada por los ruidos producidos por la respiración de las personas, el movimiento, la tos, etc.

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[34] Tomado del texto de EVEREST, F. Alton. Critical listening and Auditory perception. Michigan : MixBooks, 1997. P. 71 - 77. (Adaptación de la traducción: Beatriz Helena García Uribe).

Audiciones. Los ejemplos son tomados de los CDs correspondientes al libro de EVEREST, F. Alton. Critical listening and Auditory perception. Michigan : MixBooks, 1997.

1. Ejemplo del ratio. En su orden: Señal - Ruido Blanco - Señal y Ruido Blanco al mismo nivel de intensidad - Señal y Ruido Blanco, éste último a menos 10 dB - Señal y Ruido Blanco, éste último a menos 20 dB - Señal y Ruido Blanco, éste último a menos 30 dB - Señal y Ruido Blanco, éste último a menos 40 dB.

2. Ejemplo de clicks y pops.

11. Concepto de distorsión.

La distorsión se define como la deformación de una onda durante su propagación. Existen varios tipos de distorsiones, pero en este caso vamos a estudiar la distorsión armónica (THD = Total harmonic dostortion), Wow y Flutter.

El THD se genera cuando la señal de salida de un sistema es diferente a la señal de entrada, como por ejemplo la distorsión que resulta de recortar la señal (signal clipping). La Distorsión Armónica Total (THD) consiste, entonces, en que el equipo que recibe la señal de entrada genera armónicos que no tiene la señal original.

La fórmula para calcular el THD es:

THD = Σ de la Potencia de los armónicos / Potencia total

THD = (P₁ + P₂ + P₃ + ... + P_n) / (P₀ + P₁ + P₂ + P₃ + ... + P_n)

Una distorsión armónica del 10% es considerada como una distorsión muy fuerte.

Todo sistema de audio produce una pequeña distorsión de la señal. Es importante tener en cuenta que la distorsión armónica no debe sobrepasar el 1% debido a que en lugar de enriquecer la señal, ésta se desvirtúa.

La distorsión denominada wow (aullido, ululación del sonido reproducido), es producida por las fluctuaciones lentas de la velocidad de una cinta magnética o en un tocadiscos.

La distorsión llamada flutter (vibración o trémolo del sonido), es producida por las fluctuaciones rápidas de la velocidad.

Audiciones. Los ejemplos son tomados de los CDs correspondientes al libro de EVEREST, F. Alton. Critical listening and Auditory perception. Michigan : MixBooks, 1997.

1. Distorsiones de un sonido cuya frecuencia es de 1000 Hz. En su orden de aparición: Tono puro - THD 10% - THD 5% - THD 2% - THD 1%.

2. Ejemplo musical con distorsiones. En su orden: Referencia inicial con una leve distorsión - THD 10% - THD 5% - THD 2% - Referencia inicial.

3. Ejemplo de la voz con distorsiones. En su orden: Referencia inicial sin distorsión - THD 10% - THD 5%.

4. Ejemplo de distorsión wow en un sonido de 1000 Hz.

5. Ejemplo de distorsión flutter en un sonido de 2500 Hz.