Analizando el espectro de un metalófono

Hola,
escribo en este foro sin saber si es el mas adecuado.
He construido un metalófono de tubos y lo he afinado en Mi. He tomado unas muestras de sonido para analizar el espectro y me encuentro con algo curioso. La nota de más intensidad no es la indicada por el afinador. Adjunto una imagen del anàlisis de la nota E5. De izquierda a derecha, los cuatro picos que aparecen son B3 - E5 - D#6 - B6. Me ha resultado muny curioso que el pico de más intensidad corresponda a D#6. Que raro ¿no? Si el afinador (afinadores porqué he usado dos) me está diciendo que es una E5 ¿No debería ser esta la componente de más intensidad? ¿Puede ser que el afinador esté indicando un harmónico en lugar de la fundamental?

Bueno, si a alguien le apetece participar de este tema se lo agradeceré.
Pere

Hola Pere,

Aclaro que no soy un experto en el tema pero me parece una cuestión muy curiosa e interesante, por eso me lanzo a dar ideas:

He leído que los afinadores filtran algunos armónicos para dar con la frecuencia correcta, aunque algunos timbres desconocidos puede que resulten dificultosos para analizarlos digitalmente con un afinador sencillo.
Por otra parte, no sé si podrías analizar el espectro en tiempo real, quiero decir, cómo cambia a lo largo de toda la muestra. De esta forma podrías averiguar si ese armónico se retroalimenta por el diseño concreto, por reflexiones tardías, la forma de microfonear la muestra,...o, por el contrario, es que forma parte de la nota...
Al hilo de si el afinador podría estar señalando un armónico, podrías comparar el espectro de varias notas contiguas para ver si coincide la forma de los picos o sólo ocurre con esa nota. Si ocurriera con todas sería un misterio, la verdad...

Bueno, no se si te ayudará en algo, a mi me intriga saber qué es lo que ocurre.

Un saludo.

Hola Buendiainside, gracias por tu participación. Me está ayudando.
Los afinadores que he usado son más bien normalitos. Uno de ellos se volvía un poco loco (no sabía muy bien que indicar) El otro era bastante más estable y parece no tener demasiadas dudas. Este también indica la frecuencia. Ahora mismo no tengo possibilidad de medir el espectro en tiempo real. Intentaré hacerme con algun instrumento de medida. Pero antes pillo tus sugerencias sobre la toma de muestras. El próximo lunes repetiré las medidas sin caja de resonancia y con varias disposiciones de microfonos. A ver si cambia alguna cosa.

He analizado las tres primeras notas y el fenómeno se repite siguiendo un patron similar. Adjunto imágenes de F#5 y G#5.

Dicen que cuando alguien se está rompiendo el coco con un tema, por muy raro y específico que parezca, hay varias personas en otros rincones del mundo que se lo están rompiendo con lo mismo. Pues bien no se donde están los demás pero tu y yo nos hemos encontrado! Precisamente esta semana me iba a meter a afinar unos tubos de aluminio. Estoy construyendo un instrumento electromecánico que usa también tubos y me iba a poner con el tema.

Tal como comentas, la nota reproducida por un instrumento viene dada por la frecuencia fundamental del sonido que este instrumento está generando. P.ej en el caso de un piano en el que pulsamos la tecla LA las cuerdas oscilan a una frecuencia fundamental de 440Hz y por encima hay otros armonicos ( teóricamente el de 2*440Hz = 880hz , el de 3*440Hz = 1320Hz , el de 4*440Hz = 1760 Hz ... ) Pero estas frecuencias harmónicas tienen diferentes amplitudes, algunas tienen amplitud 0 y no están presentes, otras en cambio tienen amplitudes mayores etc. La presencia de estos armónicos y la amplitud de cada uno de estos es lo que hace que el piano suene como tal. Es lo que le da el timbre característico. Es decir que la nota no viene definida por el armónico mas intenso sino por la fundamental ya que esta frecuencia es la madre de todas las demás frecuencias de la nota. Es la fundamental la frecuencia a partir de la que se establece la relación entre todos los armonicos ( en base a multiplicarla por un entero 2,3,4 ... ).

Así, a partir de la frecuencia fundamental se generan los armonicos cuya frecuencia es múltiples de la fundamental. Como son múltiples los podemos obtener multiplicando por 2, 3 , 4 ... la frecuencia fundamental. Esta es la teoría, pero en la realidad los materiales y piezas que usamos son imperfectos y los resultados obtenidos no corresponden con lo que esperaríamos obtener sobre el papel y pueden haber desviaciones. Asi comentas que las frecuencias que mides al golpear la barra son:
B3: 246.94Hz ?¿?¿?¿?
E5: 659.26Hz frecuencia fundamental
D#6 1244.51Hz Teóricamente deberían ser 2*659.26=1318 Hz diferencia del 5% entre teórico y medido
B6: 1975.53Hz Teóricamente deberían ser 3*659.26=1977 Hz diferencia del 1% entre teórico y medido

Teniendo en cuenta lo anterior, parece coherente que el afinador haya considerado que la fundamental de tu barra esta en el E5, lo único que para mi es un misterio y que es algo con lo que también me he encontrado es esa frecuencia inferior del B3 ( 246.94 ).

¿ Por cierto, que programas utilizas para analizador de espectro ? No estoy muy contento con los resultados de los que utilizo yo ( Audacity y Spek )

Hace unos cuantos años construí un metalífero automático, quizás encuentres información interesante en la pagina del proyecto ( explico como calcular la longitud, cortar y colgar los tubos para obtener las dierentes notas etc. http://www.tolaemon.com/atb/)

Tolaemon escribió:

...cuando alguien se está rompiendo el coco con un tema ... varias personas en otros rincones del mundo que se lo están rompiendo con lo mismo....

Hola Tolaemon. Jo también he oído esto que citas y estoy seguro de que es cierto porque constantemente recibo pruebas de ello.

Gracias por tu aporte teórico y por el enlace a la web de tu experimento. Me ha gustado y he tomado nota de varias cosas. Por cierto, he visto como sujetaste los tubos por ambos extremos y bastante lejos de la punta. ¿Hay algún motivo por el cual lo hayas hecho así? Me refiero a poner el hilo más hacia el centro. Y lo de sujetar por los dos extremos ¿quita sonoridad al tubo?

Comentas que para ti es un misterio que aparezca un B3 si el afinador indica que el tubo resuena en E5. A mi también me ha extrañado.

Para la FFT utilizo la utilidad que incluye Cubase 6, aunque ahora he empezado a probar un plugin de Voxengo que justo me recomendaron y he podido constatar que és bastante más práctico. Es este: http://www.voxengo.com/product/span/

Estoy repitiendo las medidas con otro micro, en otra sala, con los tubos solos sin caja de resonancia y analizando en tiempo real. Pronto pondré el resultado.

Bueno, he analizado el espectro en tiempo real y los resultados son algo diferentes que los anteriores mediante muestras grabadas. Ahora sí, el nivel de los armónicos es inferior al de la fundamental. Esto se ve claramente en el primer gráfico adjunto. También se puede apreciar que persiste una componente de frecuencia inferior a la fundamental.
Después de escuchar con atención el sonido de este tubo creo que vibra a múltiples frecuencias fundamentales y sus respectivos armónicos. Adjunto una tercera imagen del espectro completo para la nota Mi. ¿No os parece que está muy lleno? Y todo esto con un simple tubo de aluminio!!!

Y así suena la nota analizada (Mi)

Hola Pere,

La verdad que tiene miga el asunto.

Lo que comentas sobre que puedan ser varias fundamentales lo había leído sobre el espectro de las campanas y placas de metal. Se habla de sonidos aperiódicos, formados por varias frecuencias concretas pero que no son múltiplos. No sé si ocurrirá algo similar con los tubos. La escucha de la muestra que adjuntas me hace dudar: si bien se escucha ese E6 agudo nítidamente, al mismo tiempo se confunde con el B4 que suena más grave. Se reconocen bien pero por momentos no sabría decirte cuál predomina más...

Buscando referencias sobre relaciones entre intervalos he hecho números y me sale que:
La cuarta justa de B4 es E5 y tienen una relación de 4/3. Haciendo cálculos, 495 Hz x 4/3 = 660 Hz, que sería E5
Si doblamos E5 nos daría su octava, E6. 660 Hz x 2 = 1320 Hz
Si doblamos B4 nos daría también su octava, B5. 495 Hz x 2 = 990 Hz

Por otro lado, hice el análisis de tu muestra en distintos puntos: 1.- ataque+decay, 2.- sustain y 3.- release. Las frecuencias que salen, a mayores de las que se definen más, coinciden con estos números, con pequeñas desviaciones. Aparece un pico en 990 Hz (gráfico 1 y 2) que sería B5 e incluso uno nuevo en los 185 Hz (gráfico 1).

O sea, podría ser que fuesen varias fundamentales y que algunos de sus armónicos coincidiesen... Si fuese así, ese nuevo pico en 185 Hz podría seguir el mismo patrón que ocurre entre E6 y B4 (E cuarta justa de B). Esto nos daría F#3 (B cuarta de F#, coincidiendo con la nota del cuarto pico en F#8 y otro pico sobre 700 Hz (gráfica 1 y 2), que se acerca a F#5). Son coincidencias que no sé si aportarán más dudas...hasta aquí llegué.


No sé si serán muy acertadas las observaciones pero tienen cierto sentido. Si pueden ayudarte en algo pues perfecto.
Este hilo podría encajar perfectamente en el subforo de acústica. Allí te podrían dar opiniones más específicas.

Saludos!

Hola Buendiainside y muchas gracias por tu aportación. Con una primera lectura ràpida me ha parecido muy coherente. Voy ha repasarla con atención...

¿Sabes si yo mismo puedo pasar este hilo al foro de acústica?

De nada, me ha parecido muy interesante.

Sobre lo de mover el hilo puedes solicitárselo a algún moderador pues abrir el mismo hilo en varios subforos creo que no es reglamentario.

Suerte y un saludo!

Alguien escribió:

Buendiainside
Lo que comentas sobre que puedan ser varias fundamentales lo había leído sobre el espectro de las campanas y placas de metal. Se habla de sonidos aperiódicos, formados por varias frecuencias concretas pero que no son múltiplos. No sé si ocurrirá algo similar con los tubos.

Pues muy interesante esto que dices, y por lo visto parece ser que con los tubos también sucede lo mismo, de hecho también son campanas pero tubulares. Aunque lo estamos "sufriendo" en persona, he leído en algún otro sitio que afinar los tubos puede ser un verdadero dolor de cabeza, y parece ser que es verdad.

Alguien escribió:

Pere Lopez
Gracias por tu aporte teórico y por el enlace a la web de tu experimento. Me ha gustado y he tomado nota de varias cosas. Por cierto, he visto como sujetaste los tubos por ambos extremos y bastante lejos de la punta. ¿Hay algún motivo por el cual lo hayas hecho así? Me refiero a poner el hilo más hacia el centro. Y lo de sujetar por los dos extremos ¿quita sonoridad al tubo?"

Sí, el punto de sujeción esta situado en el 22.4% de la longitud del tubo ( 1/5 de la longitud ) . Según he leído en varias webs este punto coincide con los nodos de vibración, es decir con el punto del tubo que oscila menos. Así parece ser que sujetando al 22.4% de la longitud del tubo desde el extremo estamos sujetando en el punto donde menos se apaga el sonido. Esto es lo que he leído y no he conseguido hallar una explicacion clara ( seguramente la haya ) , pero es fácil probarlo empíricamente: basta con coger el tubo suavemente con dos dedos a diferentes distancias del borde, ir golpeándolo e ir escuchando como cambia el sonido .

"Mi aportación" que hasta ahora no he visto en ningun otro lado es sujetar el tubo en 2 puntos, a 22.4% desde el extremo inferior y a 22.4% desde el extremo superior. Lo tuve que hacer para fijar el tubo y que este no bailara cada vez que la baqueta percutía sobre él, y el resultado fue muy bueno. De hecho en el nuevo sistema que estoy construyendo utilizo el mismo método de sujeción... lo que pasa es que esta vez me esta costando más afinar los tubos. De todas formas también he visto muy buenos resultados fijando los tubos justo por el extremo como dices que tu haces, las campanas tubulares de concierto lo hacen así. También leí que para conseguir una fundamental más fuerte es conveniente golpear el tubo justo por la mitad lo cual tiene bastante sentido.

Muchas gracias por la referencia del software, lo voy a probar a ver si la cosa mejora.

Casi todo lo que se del tema lo he ido sacando de la gente que se dedica a construir Wind Chimes ( no se como se dice en castellano ) , quiero decir que buscando Wind Chimes en google uno encuentra un monton de informacion. A ver si entre todos logramos hacer sonar el tema.

#8
He repasado tu exposición con detalle y la verdad es que creo que es tal como lo explicas. Existen varias fundamentales y la superposición de estas notas y sus correspondientes harmónicos provocan un espectro muy lleno y aparentemente raró. Con raro me refiero a que los harmónicos a primera vista parece que tengan más nivel que la propia fundamental.

Y ahora el colofón: adjunto un archivo con toda la escala. Fijaos que pasa con la octava (E6) ¿No os suena rara? Parece desafinada. Lo que está ocurriendo es que ha desaparecido la componente que está por debajo de la fundamental. Si a la E5 le acompañaba un B4, está vez con la E6 cabría esperar un B5. Y no está ahí! Casi seguro que esto se debe a que la longitud del tubo es demasiado corta para que resuene esa nota. ¿Y ahora que hago? No tengo octava!

Tolaemon escribió:

Sí, el punto de sujeción esta situado en el 22.4% de la longitud del tubo ( 1/5 de la longitud )

Esto me irá de maravilla. He sujetado los tubos por uno de los extremos y es muy incómodo porqué se balancean demasiado.

Tolaemon escribió:

Wind Chimes ( no se como se dice en castellano )

¿Quizás campanas tubulares (tubular bells)?

Adjunto una muestra de melodía.

Después de esto seguiré experimentando con lo que he aprendido aquí.
Gracias por todo!

Pere López escribió:

Fijaos que pasa con la octava (E6) ¿No os suena rara? Parece desafinada. Lo que está ocurriendo es que ha desaparecido la componente que está por debajo de la fundamental. Si a la E5 le acompañaba un B4, está vez con la E6 cabría esperar un B5. Y no está ahí! Casi seguro que esto se debe a que la longitud del tubo es demasiado corta para que resuene esa nota. ¿Y ahora que hago? No tengo octava!

Realmente curioso, seguro que es como apuntas.
Lo que más me llama la atención es que esa nota desafinada sí es una octava, pero de E5. Faltaría ese B5 que diese cuerpo al sonido como en las otras. A mi juicio, como apunté en el otro comentario, me costaba diferenciar ambas pero con este último ejemplo de la escala lo veo claro: yo percibo una escala de B, con esa componente aguda, a mayores, que sería una escala de E y que es la que permanece en la última nota. Por eso parece desafinada, porque se desvía de la escala que más se percibe, la de B. ¿no crees?

En la muestra final, sin embargo, la melodía sí está en la tonalidad de E mayor, claramente. Esto me hace pensar en la relación entre ambas escalas, como última apreciación:
Tomando E como tónica, en B estaría el modo mixolidio (quinto grado de la escala de E mayor) que usaría las mismas notas que la escala de E mayor pero empezando por B. Esto nos desviaría de la afinación que se escucha en la escala de muestra porque la séptima suena a un A# (séptimo grado de la escala de B mayor, B - C# - D# - E - F# - G# - A# ) y no un A (de la escala mixolidia, B - C# - D# - E - F# - G# - A ).
Esto es porque, si tomamos como tónica B, tal como yo percibo la escala, E pasaría a ser el cuarto grado de B (escala lidia de E, E - F# - G# - A# - B - C# - D# ) que tiene una cuarta aumentada (A#) con respecto a su escala mayor ( E - F# - G# - A - B - C# - D# ). Esa cuarta nota de la escala lidia de E sí se corresponde con la séptima de la escala mayor de B (A#), que no se toca en la melodía de muestra, por eso es posible que la melodía suene en esa tonalidad de E mayor sin desafinar. Si tocásemos esa nota en la melodía se notaría, porque realmente el instrumento está afinado sobre una escala de B mayor.

Bueno, de la forma que sea, me ha encantado el sonido del instumento, y más compartir con vosotros este hilo, del que también he aprendido. Lo seguiré por si hay novedades.

Saludos y suerte con vuestros proyectos!

#14
Menudo análisis!!! O sea, te parece que en realidad está afinado en B y no en E. Me parece muy razonable tu reflexión. Lo mejor que puedo hacer es probarlo. Compraré más tubo y cortaré ese A#. Estoy impaciente por ver qué pasa. Pondré el resultado de la prueba en cuanto lo tenga.

Por cierto, en la melodía he evitado intencionadamente la octava (E) porqué su sonido encajaba.
Gracias.