Rara vez hay tiempo para escribir sobre todas las historias científicas interesantes que se nos presentan. Por eso, este año, una vez más publicamos una serie especial de publicaciones de Doce días de Navidad, destacando una historia científica que pasó desapercibida en 2020, cada día desde el 25 de diciembre hasta el 5 de enero. Hoy: la física sorprendentemente compleja de dos simplemente instrumentos construidos: el bundengan indonesio y el didgeridoo (o didjeridu) aborigen australiano.
El bundengan es un instrumento raro y en peligro de extinción de Indonesia que puede imitar el sonido de gongs metálicos y tambores de piel de vaca (kendangs) en un conjunto tradicional de gamelan. El didgeridoo es un instrumento icónico asociado con la cultura aborigen australiana que produce una nota única y grave que los músicos expertos pueden sostener continuamente. Ambos instrumentos son un tema de interés científico porque su construcción relativamente simple produce una física sorprendentemente complicada. Dos estudios recientes sobre sus propiedades acústicas se presentaron a principios de diciembre en una reunión de la Sociedad Estadounidense de Acústica, celebrada en Sydney, Australia, en conjunto con la Sociedad Australiana de Acústica.
El bundengan se originó con los cazadores de patos de Indonesia como protección contra la lluvia y otras condiciones adversas mientras estaban en el campo, y también como instrumento musical para pasar el tiempo. Es una estructura de media cúpula tejida con bambú para formar una rejilla, entrecruzada en la parte superior para formar la cúpula. Luego, esa cúpula se recubre con capas de vainas de bambú sujetas con fibras de palma de azúcar. Los músicos suelen sentarse con las piernas cruzadas dentro del resonador en forma de cúpula y pulsan las cuerdas y las barras para tocar. Las cuerdas producen sonidos metálicos mientras que las placas del interior generan sonidos de percusión parecidos a los de un tambor.
Gea Oswah Fatah Parikesit, de la Universidad Gadja Mada de Indonesia, estudia desde hace varios años la física y la acústica del bundengan. Y sí, sabe tocar el instrumento. «Necesitaba aprender a realizar la investigación», dijo durante una rueda de prensa en una conferencia. «Es muy difícil porque tienes dos estilos de bloqueo diferentes para la mano derecha y la izquierda. La mano derecha es para la melodía, para las cuerdas, y la izquierda es para el ritmo, para pulsar los acordes».
Gran parte de la investigación previa de Parikesit sobre el bundengan se centró en el inusual sonido metálico/de percusión de las cuerdas, especialmente el papel fundamental que desempeña la colocación de clips de bambú. Utilizó simulaciones computacionales de las vibraciones de las cuerdas para obtener información sobre cómo se producía el sonido específico similar al de un gong y cómo esas vibraciones cambian con la adición de clips de bambú ubicados en diferentes secciones de la cuerda. Descubrió que agregar los clips produce dos vibraciones de diferentes frecuencias en diferentes lugares de la cuerda, y la sección más larga tiene una vibración de alta frecuencia en comparación con la vibración de menor frecuencia de la parte más corta de la cuerda. Ésta es la clave para producir el sonido parecido al gong.
Esta vez, Parikesit estaba intrigado por el hecho de que muchos músicos bundengan han notado que el instrumento suena mejor cuando está húmedo. De hecho, hace varios años, Parikesit asistió a un concierto de bundengan en Melbourne durante el verano, cuando hacía mucho calor y estaba seco, hasta el punto de que los músicos trajeron sus propias botellas con atomizador de agua para asegurarse de que los instrumentos permanecieran (preferiblemente) completamente mojados.
Gea Oswah Fatah Parikesit
«Un elemento clave entre las versiones seca y húmeda del bundengan son las fundas de bambú, el material utilizado para cubrir la pared del instrumento», dijo Parokesit. «Cuando el bundengan está seco, las vainas de bambú se abren y eso resulta en conexiones más flojas entre las vainas vecinas. Cuando el bundengan está mojado, las vainas tienden a tomar una forma curvada, pero debido a que están sujetas por cuerdas, forman conexiones estrechas entre las vainas vecinas.»
La tensión resultante permite que las vainas vibren juntas. Esto tiene un impacto significativo en el sonido del instrumento, adquiriendo una calidad más «vibrante» cuando está seco y un sonido más metálico de gong cuando está húmedo. Parikesit ha intentado hacer bundengans con otros materiales: papel, hojas e incluso plásticos. Pero ninguno de ellos produce la misma calidad de sonido que las fundas de bambú. Su próximo objetivo es investigar otros instrumentos musicales fabricados con fundas de bambú. “Como indonesio, tengo una motivación extra porque el bundengan es una parte de nuestro patrimonio cultural”, afirmó Parikesit. «Estoy haciendo todo lo posible para apoyar la conservación y documentación del bundengan y otros instrumentos indonesios en peligro de extinción».
Acoplamiento con el tracto vocal humano.
Mientras tanto, John Smith de la Universidad de Nueva Gales del Sur está igualmente intrigado por la física y la acústica del didgeridoo. El instrumento se construye a partir del tronco o de grandes ramas del árbol de eucalipto. El truco consiste en encontrar un árbol vivo con mucha actividad de termitas, de modo que el tronco haya sido ahuecado dejando solo la cáscara de albura viva. Luego se corta un tronco adecuadamente hueco, se limpia, se quita la corteza, se recortan los extremos y se le da forma al exterior en un cilindro o cono largo para producir el instrumento final. Cuanto más largo sea el instrumento, más grave será el tono o la clave.
Los jugadores harán vibrar sus labios para tocar el didgeridoo de una manera similar a los instrumentos de válvula labial como trompetas o trombones, excepto que usan una pequeña boquilla unida al instrumento como interfaz. (A veces se agrega un borde de cera de abejas al extremo de la boquilla del didgeridoo). Los jugadores generalmente usan la respiración circular para mantener ese zumbido continuo y grave durante varios minutos, básicamente inhalando por la nariz y usando el aire almacenado en las mejillas hinchadas para seguir produciendo el sonido. Es el acoplamiento del instrumento con el tracto vocal humano lo que hace que la física sea tan compleja, según Smith.
Smith estaba interesado en investigar cómo los cambios en la configuración del tracto vocal producían cambios tímbricos en el patrón rítmico de los sonidos producidos. Para ello, «necesitábamos desarrollar una técnica que pudiera medir las propiedades acústicas del tracto vocal del intérprete mientras toca», dijo Smith durante la misma rueda de prensa. «Esto implicó inyectar una señal de banda ancha en la comisura de la boca del jugador y usar un micrófono para grabar la respuesta». Esto permitió a Smith y sus compañeros registrar la impedancia del tracto vocal en diferentes configuraciones en la boca.
kate callas
Los resultados: «Hemos demostrado que fuertes resonancias en el tracto vocal pueden suprimir bandas de frecuencia en el sonido de salida», dijo Smith. «Nuestro oído percibe las fuertes bandas de frecuencias restantes, llamadas formantes, porque se encuentran en los mismos rangos que los formantes que utilizamos en el habla. Es un poco como un escultor que quita mármol, y observamos los fragmentos que quedan. «
Smith y cols. También se observó que las variaciones en el timbre surgen cuando el jugador canta mientras toca, o imita sonidos de animales (como el dingo o el kookaburra), lo que produce muchas frecuencias nuevas en el sonido de salida. Para medir el contacto entre las cuerdas vocales, colocaron electrodos a cada lado de la garganta del jugador y los aplicaron con una pequeña corriente eléctrica de alta frecuencia. Simultáneamente midieron el movimiento de los labios con otro par de aparatos eléctricos encima y debajo de los labios. Ambos tipos de vibraciones afectan el flujo de aire para producir las nuevas frecuencias.
En cuanto a lo que hace que un didgeridoo sea deseable y atractivo para los instrumentistas, las mediciones acústicas en un conjunto de 38 de estos instrumentos (con la calidad de cada uno calificada por siete expertos en siete categorías subjetivas diferentes) produjeron un resultado bastante sorprendente. Se podría pensar que los instrumentistas preferirían instrumentos con resonancias muy fuertes, pero resultó ser todo lo contrario. Los instrumentos con resonancias más fuertes fueron clasificados como peores, mientras que aquellos con resonancias más débiles obtuvieron puntuaciones más altas. Smith, por su parte, cree que esto tiene sentido. «Esto significa que la resonancia del propio tracto vocal puede dominar el timbre de las notas», dijo.