TRANSDUCTORES DE TITANATO DE BARIO
De los múltiples dispositivos que utilizan el titanato de bario como medio de transducción,
tales como sensores para realizar ecografías, sonar, micrófonos, diminutos altavoces,
avisadores acústicos, soldadura de plásticos, etc. aquí vamos a dedicarnos a estudiar su
aplicación en el mundo de la Música.
EL VIOLÍN ELÉCTRICO
Para ello, en este apartado voy a abordar un tema realmente interesante: la electrificación de
los instrumentos de cuerda frotada, es decir, el violín y demás instrumentos de esta clase:
viola, violonchelo, contrabajo, etc.
El tema no es nuevo, evidentemente, puesto que en el mercado pueden encontrarse diversos
modelos de sensores de calidad específicos para violín "made in USA". También, existen
algunos alemanes y japoneses, todos ellos bastante caros, por cierto.
Lo atractivo del caso que nos ocupa fue la realización de diversos ensayos y experiencias
buscando el sonido adecuado, es decir, mi propio sonido.
Antes de seguir con el tema vamos a aclarar una cuestión importante. Si bien soy un gran
entusiasta de los instrumentos eléctricos, incluido el violín, siempre se ha de tener
presente el tipo de música a interpretar. Personalmente, considero una aberración ejecutar
temas clásicos con un violín eléctrico. En mi opinión, para hacer revivir
el sentimiento de una composicion para violín de Bach, Mozart, Beethoven, etc, etc.
sólo queda una alternativa que es utilizar un violín acústico y, por supuesto, cuanto más
bueno mejor.
Ahora bien, para hacer música de nuestra época (y que, desde el punto de vista sonoro, no
quiera imitar a las composiciones de siglos anteriores) es perfectamente posible
utilizar un violín eléctrico. Por ejemplo: la música de jazz admite, sin reservas, su
utilización, más aún cuando el violinista ha de tocar con otros instrumentos de más
potencia acústica, tal como trompetas, saxos, batería, etc. Si lo deseamos, los nuevos
timbres que pueden conseguirse se encuentran más en consonancia con esta música. Si, ya
se que Grappelli tocaba el violín acústico exclusivamente. Nótese, no obstante que, en casi
todas las ocasiones, su grupo estaba formado por un contrabajo y dos guitarras. Nada de viento
y muy pocas veces batería.
También, en más de una ocasión he escuchado alguna grabación en directo de Duke
Ellington donde uno de los solos lo realiza un violín... Pues, que quieres que te diga, entre
tanto viento y percusión el violín parece que se ahoga. Según mi opinión, el sonido original
del instrumento no encuadra demasiado bien con este tipo de música y, además, la utilización
de un micrófono presenta dificultades: inmovilidad del músico ante el aparato, acoplamientos,
ruidos, etc. Bien, sigamos con nuestra historia.
CONCIERTO DE ARANJUEZ CON SITAR ELÉCTRICO
El primer experimento de electrificación de instrumentos acústicos lo realicé hace años
utilizando un sitar. En aquella época, empecé a trabajar en el mundo de
la Acústica utilizando acelerómetros y, mira por donde, se me ocurrío que realizando previamente
algunas variaciones en el dispositivo, éste podía ser utilizarlo para electrificar un instrumento
musical, por ejemplo, el citado sitar. De esta manera, con José Antonio Ballesteros (Toni), guitarrista,
y yo mismo, con mi flamante sitar eléctrico, realizamos una singular grabación del concierto de
Aranjuez. He aquí un fragmento.
Nota:
Este fichero padece algo de flutter debido a que la cinta master original
no se encontraba en perfecto estado.
Como los resultados en cuanto al transductor fueron bastante buenos, en el presente,
con más conocimientos sobre la transducción piezoeléctrica, he vuelto a realizar nuevos
experimentos con el objeto de electrificar uno de mis bienes materiales más estimados:
un antiguo violín.
DISEÑO Y DESARROLLO DEL TRANSDUCTOR
Respecto al tema que nos ocupa, en el pasado tuve la oportunidad de realizar en la empresa de
telefonía de Barcelona, Faditronic, ahora inexistente, algunos diseños de
transductores piezoeléctricos
avanzados.
Lo que se pretendía en aquel momento era la creación de una familia de micrófonos
estancos y resistentes a las más severas condiciones atmosféricas. Incluso, llegar a sumergirlos
en el agua y seguir funcionando.
El diseño y las correspondientes pruebas del transductor los llevé a buen término en el
laboratorio (I+D) de la citada empresa barcelonesa. Su fabricación posterior fue encargada
a la empresa japonesa Kyocera, siempre bajo nuestro control. Una vez los transductores
estuvieron a punto llegaron a Barcelona para ser ensamblados con la parte electrónica y,
finalmente, comercializados. Veamos, ahora, un asunto trascendental: cuando el tranductor se
encontraba fuera del cuerpo del
micrófono, sobre el banco de pruebas, era capaz de captar un sinfín de vibraciones y ruidos de
impacto del entorno, todo lo cual, me hizo pensar (algunos años más tarde) que este dispositivo
también podía ser utilizado para recoger las vibraciones (no sonidos) que viajan desde las
cuerdas del violín hacia la tapa del mismo y viceversa.
El tranductor debía, pues, recoger este conglomerado de ondas en tránsito a través del puente
directamente de la madera sin añadir nada que pudiera enmascarar el bello sonido original del
instrumento, asunto que, en principio parecía difícil, puesto que todos los que conocen el tema
de los piezos saben que al margen de pequeñas resonancias y antirresonacias bastante débiles
en la parte superior del espectro de audio fáciles de corregir, aparecen, también, una o dos
fuertes resonancias y sus correspondientes antirresonancias con un alto factor Q en la
zona de las medias frecuencias.
En la gráfica de impedancia adjunta podemos observar estas resonancias y antiresonancias en
una típica cerámica de tamaño medio. Aumentando o disminuyendo la superficie vibrante, éstas
resonancias/antirresonancias se desplazarán hacia las bajas o altas frecuencias respectivamente.
También el espesor y tipo de sustrato harán variar la frecuencia de éstas entre límites amplios.
Lo cierto es que ya me encontre con un problema similar cuando el transductor formaba parte
del micrófono. Por supuesto que, amortiguando la cerámica, puede lograrse una buena atenuación
de estas resonancias. De hecho, lo que se pretende no es hacerlas desaparecer sino disminuir
su amplitud reduciendo el factor Q hasta que sean prácticamente imperceptibles.
Tal como todos sabemos, el amortiguamiento de un sistema oscilante, sea éste eléctrico, mecánico
o acústico, puede lograrse de manera eficaz añadiendo resistencia eléctrica, mecánica o acústica
respectivamente. El inconveniente que tiene este método es que con el añadido de resistencia,
también reducimos la sensibilidad en todo el espectro.
Aunque, en principio, también era posible utilizar sistemas de amortiguamiento selectivo
sintonizados con las frecuencias perturbadoras provenientes de la cerámica, los deseché por
tres motivos:
En primer lugar, la reducción sustancial del tamaño original del
transductor para acoplarlo al puente del violín más la utilización de algún producto de
fijación y amortiguamiento adicional, fue suficiente para desplazar además de reducir, en
gran medida, el Q de la resonancia principal y resto de resonancias secundarias.
En segundo lugar, el añadido de reactancia de masa y capacitancia acústica funciona
muy bien con los micrófonos de tipo dinámico o capacitivos donde, generalmente se dispone de
espacio para implantar dichos componentes acústicos. Pero, en una diminuta cerámica, donde
el espacio disponible es prácticamente nulo, este método no era viable con los materiales
que pude disponer en aquel momento.
En tercer lugar no quería complicarme la vida, dado el buen resultado del método más
simple. Por otra parte, las cerámicas piezoeléctricas ofrecen una fuerte señal de salida en
comparación con los sistemas magnéticos. O sea, que si el dispositivo perdía sensibilidad al
utilizar sistemas de amortiguamiento resistivo no pasaba nada y, por supuesto, ganaba en
calidad gracias a la reducción de Q.
MODOS DE VIBRACIÓN DE LAS CUERDAS Y EL PUENTE
En el momento en que, con el arco, atacamos cualquiera de las cuerdas del violín
(o cualquier instrumento de cuerda frotada), el sonido
producido es el resultado de cuatro tipos de vibración que se producen simultaneamente:
la vibración tranversal de la cuerda, la vibración longitudinal, la vibración de torsión y,
finalmente, la vibración de octava.
Sin ningún lugar a dudas, la vibración más importante es la transversal puesto que, además
de ser la que posee más energía vibratoria, es la que fija la altura de la nota escogida.
Además, es la única que, en según que casos, puede observarse a simple vista o, mucho mejor,
con luz estroboscópica.
Supongamos, ahora, que el violinista se dispone a tocar una de las cuerdas. En este ir y venir
del arco ocurre algo importante. Entre otros fenómenos curiosos, el puente tiene tendencia a
vibrar más en su parte izquierda que derecha (siempre mirando el violín de frente). Ello es
debido a la asimetría presente en la construcción del instrumento puesto que debajo del pie
derecho del puente se encuentra, en sus cercanías el alma, el cual, frena el movimiento
vibratorio en esa parte. En la zona izquierda se encuentra la barra armónica y el efecto de
frenado que produce es menor.
Algunos investigadores acústicos se preocuparon en averiguar el motivo de esta asimetría en los
instrumentos de la escuela de Crémona.
El físico Savart, por ejemplo, modificó la posición de la barra armónica colocándola en el
centro del violín, justamente donde en la parte superior se encuentra el puente.
Con esta disposición, el violín seguía sonando, por supuesto, pero las notas graves perdieron
intensidad respecto a las notas medias... Sí, es cierto, los luthiers de Crémona: Amati,
Guarneri, Guadagnini, Estradivari, Bergonci, Gagliano, Testore... sabían lo que hacían,
no me cabe la menor duda, no en un nivel teórico-matemático, claro, pues en aquella
lejana época, la física, tal como hoy la conocemos se encontraba en su infancia todavía.
Lo que hicieron fue utilizar el método empírico de forma genial.
En definitiva, los primeros constructores de violines, a través de la experimentación exhaustiva,
buscaron un compromiso entre la sonoridad y la estabilidad del instrumento. Sin la existencia
del alma y la barra armónica, la probabilidad de que con el paso del tiempo ocurra una
deformación en la estructura del violín es alta. Recordemos que la tensión que producen las
cuerdas sobre la tapa en un instrumento tan pequeño y aparentemente delicado es del orden de
20 Kg o más. Pero, a su vez, el alma y la barra armónica son dos importantísimos componentes
acústicos con la potente facultad de modificar el sonido del violín, simplemente variando
sus respectivas posiciones respecto del puente.
TRES MODOS DE CONFORMAR LA SEÑAL ELÉCTRICA
En estos ensayos utilicé tres métodos distintos para obtener una señal eléctrica. En los tres,
la base de la transducción es el titanato de bario maravilloso material mecánico-eléctrico
muy utilizado, tal como se ha comentado al principio de esta página, para desarrollar diferentes
tipos de transductores cuyas aplicaciones van desde la música, como ahora estamos haciendo,
hasta la soldadura de materiales plásticos utilizando ondas ultrasónicas de alta potencia.
No podemos olvidarnos, tampoco, de los aparatos para realizar ecografías, tanto en materiales
inertes como en seres vivos y, también, aplicaciones más mundanas
tal como, por ejemplo, avisadores acústicos, pequeños altavoces, etc.
Una prueba de que en el mundo de la materia nada es perfecto lo tenemos cuando hablamos de los
transductores de titanato, puesto que estos componentes, como casi todo en esta vida, adolecen
de algunos defectos que debemos corregir antes de utilizarlos. Estas cerámicas tienen tendencia
a realzar las notas más altas del espectro en detrimento de las notas graves. Por esta razón,
en algunos casos es aconsejable la ecualización activa o pasiva si queremos extraer el máximo partido a estos
componentes. El que escribe este rollazo, es lo que hizo con su violín.
Como seguidamente veremos, los resultados obtenidos en cuanto a la calidad del sonido, son
distintos dependiendo de donde se coloque el transductor.
Tal como
es lógico, dichos resultados, también han estado supeditados a la utilización de un tipo concreto
de material para el elemento activo y otro para el sustrato. Es evidente que, si sustituimos
estos materiales por otros con distintas propiedades, las nuevas prestaciones no coincidirán con
las obtenidas aquí, pudiendo ser mejores o peores.
TRANSDUCTOR PARALELO A LA SUPERFICIE DEL PUENTE
Era la ubicación más fácil y, por esta razón, adherimos el transductor a una de las superfies
del puente.
Los resultados acústicos, sin ser malos, no cumplían con nuestro requisito fundamental que era
no desvirtuar demasiado el timbre original de un violín. Por decirlo de otra manera, el violín
electrificado de este modo pierde parte de su sonido original. Suena más bien como los
instrumentos de cuerda frotada anteriores a la época de los grandes constructores de
Crémona. Es decir, un sonido que recuerda a esos conjuntos musicales medievales donde
hay presente algún instrumento de arco, tal como las antiguas violas. Este resultado es
debido a la peculiar posición de la cerámica que no puede recoger como es debido las notas
y armónicos más graves.
TRANSDUCTOR EN MEDIO DEL PUENTE
Para evitar el problema anterior reduje la superficie vibrante de la cerámica insertándola
en una de las rendijas R del puente, concretamente en el derecho. Los resultados acústicos
fueron indudablemente mejores que los conseguidos en el primer método.
Colocando el sensor en la rendija de la parte izquierda, la señal eléctrica aumenta algo. También
se produce un pequeño cambio de timbre y, tanto en una como otra posición, es aconsejable una ecualización.
TRANSDUCTOR DEBAJO DEL PUENTE
El siguiente paso fue acoplar el transductor en la parte inferior del pie derecho del puente.
En este caso, el sonido mejoró aún más respecto a los dos métodos anteriores, sobretodo en lo que
respecta a las notas más gravés generadas por el violín.
Después de bastantes ensayos de audición, escogí este modo de fijación. Por otra parte,
el sensor se encuentra mucho mejor unido al violín, cosa que no ocurre con el método anterior
y, además, queda discretamente escondido.
También, es posible colocar el sensor en la parte inferior del pie izquierdo del puente, siendo
el resultado acústico similar a la experiencia anterior: algo más de señal de salida más una
pequeña variación en el timbre, lo cual, es una cuestión puramente subjetiva: algunos violinistas
preferirán el sensor en el lado derecho y, otros, en el izquierdo. Cuestión de gustos.
Personalmente, escogí el pie derecho porque, según mi criterio personal, el sonido me
satisfacía más en esa posición. Como en el caso anterior, la ecualización sería el
paso final antes de su utilización con el objeto de igualar respuestas.
Finalmente, dado el éxito del experimento, me aventuré a aplicarlo a otros instrumentos de cuerda
con resultados muy interesantes.
Hasta otra ocasión...
Roger Andreu
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