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La distribución de las frecuencias que componen una señal de audio se conoce como espectro sonoro y su interpretación es fundamental para la riqueza y expresividad de la música.
El sonido es uno de los componentes fundamentales de nuestra vida: permite la comunicación, que disfrutemos de la música y nos ayuda a comprender el mundo que nos rodea. Más allá de eso, se trata de un concepto complejo que se transmite a través de ondas y que se enmarca en un espectro sonoro que abarca las diferentes frecuencias.
Timbre o armonía son dos cuestiones que relacionan el espectro sonoro y la música, y en cuya interpretación son especialistas los titulados en el Máster en Investigación Musical online de UNIR.
¿Qué es el espectro sonoro?
Se conoce como espectro sonoro o espectro de sonido a la distribución de las frecuencias o tonos que componen un sonido. Hay que tener en cuenta que el sonido es una vibración que se propaga a través de un medio, como el aire, y estas vibraciones se caracterizan por su frecuencia, que se mide en hercios (Hz).
Igual que la luz es un cúmulo de muchos colores, el sonido de una nota emite varias frecuencias y, en este sentido, el espectro sonoro se encarga de describir cómo se distribuyen estas frecuencias en un sonido específico.
En general, el espectro sonoro permite analizar y visualizar las diferentes frecuencias que componen un sonido. Esto es así porque un sonido puede estar compuesto por varias frecuencias que se combinan para producir una onda sonora única. Por ejemplo, si escuchas una nota musical, esa nota específica tendrá una frecuencia fundamental, pero también puede contener armónicos y otros componentes que contribuyen a su calidad tonal única.
La descomposición del sonido en sus componentes frecuenciales ayuda a entender mejor su naturaleza y características. Esta información es esencial en diversos campos, como la música, la acústica, la ingeniería de audio y la medicina, donde se utilizan técnicas como el análisis espectral para estudiar y manipular el sonido de manera efectiva.
El espectro de frecuencias
Para poder comprender y visualizar el espectro sonoro se utiliza el espectro de frecuencias, una representación gráfica o análisis de las diferentes frecuencias que componen una señal o fenómeno, ya sea en el ámbito del sonido, la luz, las ondas electromagnéticas u otros. También se conoce por el mismo nombre a la propia distribución de las amplitudes de cada frecuencia.
No obstante, se trata de un concepto que se aplica a todo tipo de frecuencias y movimientos ondulatorios, desde los sonidos hasta los colores en la descomposición de la luz o las ondas electromagnéticas de las señales de televisión o radio, entre otros.
En el caso concreto del sonido, el espectro de frecuencias permite identificar las diferentes frecuencias que contribuyen a la señal, incluyendo la frecuencia fundamental y los armónicos.
¿Cómo se mide el espectro sonoro? El espectrograma
Para analizar el espectro sonoro, la representación gráfica más común es a través de un eje horizontal que representa las frecuencias en sentido temporal y un eje vertical en el que se muestra la intensidad o amplitud. Es lo que se conoce como espectrograma, que se genera con una herramienta llamada espectrómetros y actualmente se hace a través de software específico. Habitualmente, es el ingeniero de sonido el encargado de generarlo e interpretarlo.
Aunque el espectrograma se emplea en todos los ámbitos relacionados con las frecuencias, en el caso concreto del espectro sonoro su principal función es la de visualizar cómo varían las frecuencias de un sonido a lo largo de un intervalo temporal. Otras funciones del espectrograma son:
- Recoger el sonido mediante dispositivos de captura.
- Dividirlo en segmentos de tiempo conocidos como tramas.
- Aplicar la técnica Transformada de Fourier de Corto Plazo (STFT), que descompone la señal en sus componentes de frecuencia, pero a diferencia de la Transformada de Fourier convencional, lo hace para segmentos pequeños de tiempo, lo que permite observar cómo cambian las frecuencias con el tiempo.
- Generar espectros de frecuencia para cada trama representando las amplitudes de las diferentes frecuencias.
En general, el espectrograma permite visualizar cómo las frecuencias en un sonido varían con el tiempo. Por ejemplo, en un espectrograma de una palabra hablada, se pueden identificar las frecuencias asociadas a diferentes fonemas, la duración de cada fonema y otros detalles temporales y frecuenciales.
El espectrograma constituye una herramienta muy importante para diferentes ámbitos como la música, la lingüística, la acústica y la ingeniería de sonido. Asimismo, la representación gráfica del espectro sonoro mediante técnicas científicas pone en evidencia la relación entre la música y las matemáticas.
¿Cuál es el espectro audible por los humanos?
El espectro audible hace referencia al rango de frecuencias de sonidos que es capaz de percibir el oído humano y que es diferente al que captan otros animales. Lo más común entre las personas es que el espectro audible abarque frecuencias que van desde los 20 hercios (20 Hz) hasta los 20.000, aunque puede variar entre individuos y va deteriorándose con la edad.
El espectro audible se divide en diferentes regiones:
- Bajas frecuencias: van de 20 Hz a 200 Hz y en este rango se encuentran los sonidos más graves.
- Frecuencias medias: entre 200 Hz y 2.000 Hz están la mayoría de las frecuencias asociadas a los sonidos comunes como la voz humana o muchos de los instrumentos musicales.
- Altas frecuencias: el rango más elevado va de 2.000 Hz a 20.000 Hz y abarca los sonidos más agudos y estridentes. Es el espectro más sensible para el oído humano.
En comparación con otras especies, los humanos tenemos un rango audible más limitado que no nos permite captar ultrasonidos (frecuencias superiores a 20.000 Hz), a diferencia de animales como los perros o los murciélagos, pueden detectarlos. Lo mismo ocurre con los infrasonidos (frecuencias inferiores a 20 Hz), que el oído no percibe pero sí pueden sentirse como vibraciones en el cuerpo.
A nivel de intensidad, el oído humano escucha sonidos a partir de los 0 decibelios (dB) y los sonidos de más de 85 dB pueden resultar peligrosos si las personas se someten a una exposición prolongada en el tiempo.
Del mismo modo, las frecuencias del espectro audible por los humanos también pueden dividirse en octavas, que son las escalas musicales y que habitualmente se estructuran en 11:
- Bajas frecuencias: cuatro primeras octavas, aunque las dos primeras no todas las personas son capaces de percibirlas.
- Frecuencias medias: octavas quinta, sexta y séptima.
- Altas frecuencias: tres últimas octavas, aunque la undécima no es percibida por todos los oídos.
El espectro sonoro y la música
Si hay una relación fundamental a nivel de sonido es la del espectro sonoro y la música, dos conceptos que están profundamente ligados. La música, al tratarse de una disciplina artística puramente sonora, se relaciona con el espectro de audio contribuyendo a la riqueza y diversidad de los sonidos.
En general, el espectro sonoro influye en los siguientes aspectos:
- Timbre y calidad sonora: esto permite distinguir unos sonidos de otros y el espectro sonoro se encarga de analizarlo.
- Armonía y acordes: ambos conceptos hacen referencia a la superposición o combinación de sonidos simultáneos, de forma que las frecuencias se unen para formar un espectro sonoro complejo.
- Orquestación: en la combinación de diferentes instrumentos para una composición musical, cada uno tiene su propio espectro sonoro y la forma en la que se unen y conviven condiciona el resultado de la obra.
- Dinámicas: hacen referencia a las variaciones en volumen e intensidad, dos cuestiones que afectan el espectro sonoro, ya que diferentes niveles de volumen pueden resaltar o atenuar ciertas frecuencias. Esto condiciona también la expresividad de los sonidos.
- Efectos: a través de la manipulación del espectro sonoro en la fase de procesamiento del sonido se añaden efectos como eco, modulación, reverberación o ecualización.
Teniendo en cuenta todos estos aspectos, el espectro sonoro permite a los compositores transmitir emociones mediante la elección de los instrumentos y la combinación de sus espectros de audio. De este modo, la música gana en riqueza y complejidad a través del espectro sonoro.
El espectro sonoro ayuda también a ganar expresividad y transmitir sentimientos a través de la música, dos cuestiones clave para la enseñanza musical y base de metodologías específicas como el Método Orff, el Método Willems o el Método Dalcroze.
