Breve historia de la acústica del canto
Breve historia de la acústica del canto

Breve historia de la acústica del canto

La voz humana, como elemento en la música, ha sido objeto de inagotables investigaciones de tipo científico, que principalmente tratan los mecanismos fisiológicos que dan origen a la emisión vocal y las repercusiones de éstos en las cualidades tímbricas de la voz.

Históricamente, los primeros estudios extensos para averiguar cómo se produce la voz, fueron realizados por Leonardo da Vinci (“Estudio de la Laringe”, 1490) y Andrés Vesalio (“De humani corporis fabrica”, 1543). En el siglo XVII, Girolano Fabricius d’Aquapendente, estudia la capacidad de la laringe para producir no sólo el habla, sino también “la maravillosa potencialidad y expresividad de la voz cantada”. Sus obras más importantes son “De Laryngis Vocis Instrumento” (1660); “De Locutione et ejus instrumentis” (1601) y “De Brotorum loquela” (1603). Claude Perrault publica en 1680 “De la musique des anciens”, donde explica la generación de las distintas tonalidades de la voz humana por las variaciones de longitud y de tensión de los pliegues vocales. En 1741, Antoine Ferrein, en su tratado “Sur l’organe immédiat de la voix et de ses différens tons”, llega a la conclusión de que en la laringe existen unas estructuras comparables a cuerdas de instrumentos musicales.

En el año 1800, Henri Dutrochet, en su obra “Nouvelle Théorie de la Voix”, señala la importancia del músculo tiroaritenoideo en la modificación del tono y compara la laringe con las boquillas vibrantes de los instrumentos de viento. Félix Savart, en 1825, publica sus “Memorias sobre la voz humana”, donde describe sus experimentos hechos en tubos de paredes membranosas y húmedas y los sonidos producidos por ellos.

El profesor Johannes Peter Müller (1801-1858), publicó en 1837 sus experimentos que permitieron establecer las teorías de la fonación vigentes hoy en día. Utilizó un aparato denominado “compresorium”, con el que regulaba la compresión medial1 de las cuerdas vocales, primero sobre lengüetas membranosas elásticas y, posteriormente, sobre laringes aisladas obtenidas de animales y cadáveres humanos.

Las investigaciones de Müller dieron lugar a la integración de la teoría mioelástica de la fonación, la cual completó y difundió Janwillem van den Berg en 1958. Las bases de estas teorías siguen siendo plenamente vigentes y han permitido el desarrollo de la teoría muco-ondulatoria enunciada por Jorge Perelló en 1962, para explicar el comportamiento vibratorio de las cuerdas vocales y completar el conocimiento en relación con la teoría propuesta por Minoru Hirano en 1975, quien explica que el movimiento de las cuerdas vocales tiene una doble estructura vibratoria. Hirano también habla acerca de la función de los músculos laríngeos: crico-tiroideo (tiende a alargar las cuerdas vocales), interaritenoideo (no modifica el aspecto vibratorio), crico-aritenoideo posterior (separa las cuerdas vocales, las alarga y las eleva) y de los demás músculos de la laringe que intervienen en la producción de sonidos en los diferentes registros de la voz [García- Tapia, 1996], [Seidner y Wendler, 2004].

En 1981, Dejonckere expone los resultados de sus investigaciones, que aportan datos que estaban insuficientemente explicados por las otras teorías. Sus conceptos permiten describir y pensar con un nuevo punto de vista muchos de los fenómenos de la patología vocal, como infiltraciones edematosas, neoplasias, neoformaciones, parálisis, distonias y diquinesias funcionales. Los elementos fundamentales de su teoría son el concepto de que el generador del sonido vocal es un oscilador de amortiguamiento débil, accionado mediante una fuerza periódica extrínseca; y el concepto de la importancia determinante de la impedancia mecánica para la regulación de la frecuencia vibratoria; por lo que se le denomina teoría oscilo-impedancial de la vibración de las cuerdas vocales.

Por otro lado, el desarrollo de investigaciones acerca del procesamiento digital de la voz, inició a mediados del siglo XX, al generar voz sintetizada. El primer sintetizador vocal fue VODER (Voice Operating Demonstrator) presentado por Homer Dudley en Nueva York en 1939. VODER fue inspirado por VOCODER (Voice Coder) desarrollado en los Laboratorios Bell a mediados de los años treinta. El original VOCODER era un dispositivo para analizar el habla con una variación de parámetros acústicos, que luego se convierte en un sintetizador para reconstruir una aproximación de la señal original [Lemmety, 2008].

Los estudios científicos sobre la producción de la voz, han contribuido al desarrollo de investigaciones acerca de la voz cantada en específico. Ello, unido a la inclusión de algoritmos computacionales y herramientas tecnológicas, ha permitido conocer algunos indicadores de ejecución vocal y expresiva de los cantantes, observables a partir de la señal acústica (forma de onda) y del espectro de la voz cantada2, tales como: el ataque y el final de la nota; el timbre, determinado por la producción de armónicos; y el vibrato, como resultado de modulaciones en la estabilidad del tono [Capponi, 2004].

El análisis del espectro de la voz cantada ha sido estudiado por muchos investigadores en las últimas cuatro décadas. Sin embargo, destaca el trabajo de Johan Sundberg, investigador sueco, quien desde la década de 1970, se ha dedicado a estudiar a cantantes y ha hecho experimentos sobre todos los aspectos conocidos hasta hoy en día, acerca del espectro de la voz cantada y su relación con la técnica vocal. Ha publicado diversos artículos sobre la resonancia, las formantes3, el tracto vocal, la función de los pliegues vocales, la respiración y su función en la producción vocal, el vibrato, el canto coral, la percepción del canto, la expresión en el canto y las características acústicas de voces patológicas.

A partir de las investigaciones de Sundberg, y las de sus colaboradores y contemporáneos, se han determinado algunos principios de interacción acústica que pueden utilizar los cantantes para transformar la calidad vocal a partir de los elementos fisiológicos, y que son detectados en el espectro de la voz.

Sundberg menciona que los cantantes (profesionales, entrenados en el canto clásico) trabajan para cambiar cinco modos de resonancia acústica de su tracto vocal (formantes), en particular: dos formantes que determinan la articulación de las vocales y son afectados por los movimientos de la mandíbula y la lengua, respectivamente; y los otros tres que colectivamente integran la medida de la formante del cantante4, y el ring en una voz cantada [Sundberg, 1987]. El ring es un rango de frecuencias en el cual los armónicos de la frecuencia fundamental del cantante se alinean mejor con los correspondientes picos de resonancia del tracto vocal, creando el sonido que se irradia con la máxima riqueza y potencia en los labios. Sundberg lo define como una especie de “silbido suave y brillante” que se puede percibir al escuchar atentamente la voz potente de los cantantes mejor entrenados.

También, Sundberg y Skoog en 1997, Austin en 2007 y el mismo Sundberg en 2008, han publicado sus investigaciones sobre cómo las cantantes experimentadas aumentan la apertura de la mandíbula para ajustar la primera formante con la frecuencia fundamental. Este fenómeno, llamado sintonía de formante («formant tuning» en la literatura anglosajona [Sundberg 1974], [Miller et al, 1997]), permitiría, en ciertas condiciones, favorecer la vibración de las cuerdas vocales y así facilitar la producción de las notas agudas [Titze, 1988, 2008], teniendo, sin embargo, repercusiones adversas en la inteligibilidad de las vocales, que las cantantes deben aprender a superar.

Existen muchas coincidencias de diferentes investigadores en todo el mundo, con los resultados que ha obtenido Sundberg. Por ejemplo, experimentando acerca del vibrato de la voz cantada, diversas investigaciones acústicas y fisiológicas se han enfocado en los mecanismos de modulación de frecuencia. De la misma manera, las investigaciones han establecido que otro componente del vibrato es la modulación de amplitud, que ocurre pasivamente cuando la frecuencia fundamental del cantante y los armónicos coinciden con las cuestas ascendentes y descendentes en el espectro de la función de transferencia del tracto vocal para determinada configuración articulatoria [Dromey et al, 2009]. Según Horii y Hata (1988), este proceso ocurre encima de la laringe, en el tracto vocal, y lo han denominado “interacción resonancia-armónicos” o RHI por sus siglas en inglés.

Investigadores como Seashore (1932), Mason (1965), Shipp, Leanderson y Sundberg (1980) y Lebon (1999), han realizado numerosos experimentos y estudios sobre el vibrato. Todos ellos coinciden en que el vibrato de los cantantes sumamente entrenados tiene una periodicidad promedio de 5 a 7 modulaciones por segundo5.

En 1994, los investigadores Robison, Bounous y Bailey llevaron a cabo un estudio con cantantes profesionales hombres y mujeres. Se realizó previamente una selección de las mejores voces por expertos en el área. Las voces elegidas fueron analizadas acústicamente para determinar cuáles propiedades eran las más esenciales a la belleza vocal. Las voces de más alto rango tenían muchos rasgos similares, principalmente el vibrato, con una medida promedio de 5.4 Hz. Su vibrato estuvo presente al menos durante el 75 % del tiempo cantante. Entre los factores respiratorios que contribuyen a la belleza vocal, predominó el uso de la respiración ventricular (utilizando principalmente el diafragma y músculos abdominales) sobre la respiración costal (usando los músculos de la caja torácica); así como la fuerza abdominal presente al inicio y en la duración de un tono. Además, las voces más hermosas tenían un timbre característico, que los autores definieron como «las fuerzas comparativas de la formante del cantante, la formante de vocal y el tono fundamental » o en otras palabras, las amplitudes proporcionales de estas formantes en los labios [Robison et al., 1994].

Notas

1 La condición de cierre de las cuerdas vocales depende de la compresión medial, que es la relación entre la presión del aire subglótico y la fuerza de cierre necesaria para vencer su resistencia.

2 El espectro es un gráfico de frecuencia – intensidad de una señal u onda determinada.

3 Una formante es un pico de intensidad en el espectro de un sonido; es decir, una concentración de energía que se produce en una frecuencia determinada.

4 La investigación extensa de Sundberg en la producción vocal de cantantes de ópera lo condujo al concepto de «formante del cantante», una extra-resonancia asociada con el canto formal que no se presenta en el sonido hablado y que se obtiene cuando la laringe es bajada de tal modo que se amplia la base de la faringe.

5 Sólo como dato histórico: dos grandes tenores, Caruso y Pavarotti, tenían una medida de vibrato de 6.5 Hz y 5.5 Hz, respectivamente (Dejonckere, 1995; Titze, Story, Smith y Long, 2002).

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