Software pionero en el mundo afina instrumentos
En un idiófono convergió la música y la ingeniería, a través de una técnica de diseño mecánico llamada optimización topológica, que permite obtener las características deseadas para un objeto modificando su forma. El estudio es pionero en Colombia y el mundo.
La estructura del idiófono, una especie de xilófono, se optimizó para que sus barras vibren a frecuencias específicas de forma afinada. La mejor manera para hacerlo fue construir el instrumento de tipo metalófono, compuesto por láminas de metal, cada una afinada en una nota musical.
En esto consistió la investigación de Juan David Berrío Bernal, estudiante de la Maestría en Ingeniería Mecánica de la Facultad de Minas de la Universidad Nacional de Colombia (U.N.) Sede Medellín.
El ingeniero explica que cuando estas barras vibran al golpearse, los tubos que tienen por debajo amplifican el sonido: “el problema es que en este tipo de instrumentos el proceso de afinación es manual; un músico muy experimentado debe coger cada una de las barritas, sierra y lima para poderlas afinar, haciéndoles una curva en la parte de abajo para lograr alcanzar los armónicos deseados, algo que se debe hacer varias veces mediante ensayo y error”.
El investigador, quien es ingeniero de sonido, agrega que cuando se trata de barras con forma de rectángulo es posible afinar fácilmente la nota fundamental o nota base, pero no los armónicos, que son frecuencias secundarias que la acompañan y que generan sonidos agradables al oído. Sin embargo, con el software se pueden afinar el primer y segundo armónico de la barra de forma sencilla.
Para reemplazar el engorroso proceso manual creó un programa informático de optimización topológica, que se desarrolló mediante la herramienta de software MatLab. Este permite encontrar la forma que necesita una barra con ciertas propiedades mecánicas para vibrar como desea el usuario.
Por ejemplo, La4 que es la nota estándar, vibra a 440 hercios, con armónicos para este tipo de instrumentos en La6 (1.760 hercios) y Do#8 (4.400 hercios). Al programa se le puede solicitar esta especificación, o también que los armónicos tengan otro intervalo musical. Además se le pueden entregar instrucciones sobre dimensiones o materiales.
En el estudio de Berrío Bernal se manufacturaron cinco piezas en ABS (plástico resistente), dos en aluminio y una en PLA (un polímero). El método se puede mejorar para permitir el uso de la madera, que es el material más usado en la construcción de instrumentos musicales.
La manufactura de las barras se hizo mediante corte por agua, e impresión 3D. Sin embargo también es posible realizarlo mediante cualquier técnica de fabricación, con un buen nivel de detalle.
Según el investigador, otra ventaja del desarrollo, con respecto al método de optimización topológica, es que asegura dar la forma requerida, entonces “entre más uno se pueda aproximar a ella, más se puede acercar a la meta de frecuencias que se le pone”.
El desarrollo tiene una importante proyección, ya que brinda la opción de crear un instrumento totalmente nuevo y no solo del tipo de los idiófonos, sino que también se puede aplicar a guitarras, violines o incluso tambores.
En ese sentido, significa una posibilidad de diseñar instrumentos desde el punto de vista musical sin olvidar la ingeniería.
Destaca, finalmente, que “con lo que se logró en la tesis se tiene toda una metodología que le permitiría a empresas automatizar todo el proceso”.