ANTHROPOS. REVISTA DE FILOSOFIE, ARTE ȘI UMANIOARE

Mircea Băduț

Fizică, sunet, muzică

Desprinsă din contextul ei originar, avertizarea „Mind the gap!”, întâlnită de călători în multe părți ale lumii, poate constitui o paradigmă provocatoare într-o mulțime de situații, și ajunge să aibă o tentă sublimă în contexte privind cunoașterea. Eseul de față nu răspunde complet la întrebarea deja intuită de cititor, ci mai degrabă prezintă o situație interesantă (pentru oricine), iar pentru pasionații de muzică și/sau de fizică reliefează câteva legături între știință și artă.

Dez-simplificarea contextului

Instrumentele muzicale acustice produc sunetul în mod intrinsec, adică prin fenomene fizice/acustice angrenând propriului corp sau determinate de componente proprii. (Spre deosebire de ele, la instrumentele muzicale cu sinteză electronică sunetul este emis efectiv de membrana unui difuzor.) Mai departe: pentru a emite sunete, ele folosesc câteva proprietăți și comportamente ale materiei, precum și câteva aspecte esențiale privind forma. Altfel spus, forma și materialul instrumentului muzical – combinate cu interacțiunea omului care cântă la el – sunt elementele determinante ale sunetului produs. Și ne aducem în imagine mentală mulțimea de forme și de materiale de la instrumentele dintr-o orchestră de muzică clasică sau dintr-o formație de jazz…

Pe de altă parte, atunci când omul execută o notă muzicală la un instrument acustic, acesta nu emite în aer doar vibrația specifică acelei note (adică o undă acustică având o frecvență bine determinată, numită frecvență fundamentală, așa cum este 440 Hz pentru nota ‘La-4’), ci și o serie de alte vibrații audibile, ceva mai puțin intense. Ei bine, aceste vibrații auxiliare/suplimentare sunt diferite de la un instrument la altul, și ele depind de formele instrumentul și de materialul din care este confecționat. Altfel spus, timbrul instrumentului muzical (adică particularitatea lui esențială la audiere) este dat în cea mai mare parte de vibrațiile auxiliare, care vibrații se mai numesc și armonici superioare (termen preluat din Fizică, de la armonicile în care se descompune semnalul periodic conform seriilor Fourier). Însă o parte din timbrul specific instrumentului este dată și de felul în care se creează efectiv sunetul, adică de genul/tipul instrumentului, așa că ar trebui să vorbim un pic despre clasificarea instrumentelor muzicale acustice…

Doar că nu se poate vorbi de o clasificare tranșantă. Da, știm, există instrumente de percuție, de suflat, cu corzi, etc. Însă lumea reală este un pic mai complexă. De exemplu: toba, cinelul, timpanul, trianglul, xilofonul, vibrafonul, marimba sunt instrumente clare de percuție. Dar tot percuție folosesc țambalul și pianul, care sunt în esență intrumente cu corzi. Însă pianul este (și) instrument cu clape, precum clavecinul, orga (de catedrală/biserică), triola/melodica și acordeonul. Doar că la pian corzile sunt lovite de niște ciocănele de lemn interne, pe când la clavecin corzile sunt ciupite (intern). Iar triola/melodica este de fapt instrument de suflat. Orga și acordeonul ar fi tot instrumente de suflat, numai că nu suflă gura omului. Și dacă tot am menționat ciupirea corzilor (deși nu este ‘ciupire’ în sensul obișnuit), aducem în prim plan chitara și harpa, care sunt instrumente cu corzi. Tot instrumente cu corzi sunt și vioara, viola și violoncelul, doar că la ele corzile nu sunt nici lovite și nici ciupite, ci frecate (cu un arcuș). La instrumentele de suflat aflăm că sunt mai multe principii de emitere (1) și de modulare (2) a sunetului: (1.1) coloana de aer preia vibrația unei lamele numită ancie, sau (1.2) preia o vibrație intrinsecă produsă prin efect Bernoulli; iar modularea se realizează fie (2.1.) prin lungimea coloanei de aer (lungime controlată prin (2.1.1) astuparea/deschiderea unor orificii prestabilite din corpul longitudinal, sau prin (2.1.2) modificarea culisant-liniară a circuitului de aer, ca la trombon), fie (2.2) prin presiunea aerului. Ne oprim aici, și doar menționăm că în cadrul claselor de intrumente există adesea predefinite și subclase/varietăți (precum variația dimensională ‘sopran, tenor, bariton, bass’), și mai toate complicând chestiunea propusă astăzi: acustica sunetului muzical.

De la metaforă la parametrizare

Am ajuns la ‘lecția cea mai grea’, pe care, mai de frică, o atacăm frontal.

Prestația unui instrument muzical este evaluată adesea prin expresii de genul: „sunet cald”, „sunet rece”, „sunet gras”, „sunet plat”, „sunet sec”, „sunet cu proiecție spațială”, etc. Ele redau o anume percepție specific umană (culturală) la audierea unui sunet muzical, accesibilă cumva înțelegerii comune, însă sunt simple reflexii psihice, fără valențe de cunoaștere. Mai mult, asemenea exprimări ajung ușor să constituie un soi de „folclor”, de strat cvasi-mistic, pe care nu prea se poate construi, din care nu se pot extrage foloase (pentru studii, analize, comparații, pentru definirea de modele/reguli, pentru sistematizare/cunoaștere, pentru evoluție/creație).

Exprimările „afective” emise la audierea instrumentelor muzicale, oricât ar fi ele de sincere, nu vor fi prea constructive (pentru cunoașterea umană) dacă nu sunt completate/susținute cu oarece echivalente cu potențial științific. Altfel spus, atunci când se dorește o cunoaștere profundă a fenomenelor reale ce stau la baza muzicii (și pentru a nu cantona într-o zonă ezoterică) ar fi benefic să putem traduce (substitui) astfel de exprimări în formulări ceva mai științifice. Desigur, nu este vorba de „editarea unui dicționar de corespondețe” (figurativ – detaliat; informal – formal; uman – natural; psihic – fizic), ci de necesitatea de a folosi un aparataj ceva mai riguros, mai științific, atunci când analizăm sunetul din muzică cu scopul de a deschide calea unor dezvoltări, fie ele cercetări teoretice, fie de aplicare practică (precum ar fi însăși conceperea/construirea de instrumente muzicale). În maniera tradițională – și mai ales pentru că vorbim despre un meșteșug cu istorie îndelungată – nici lutierii cei mai buni nu prea pot exprima în termenii Fizicii/Acusticii ce anume face ca un instrument creat de ei să fie mai altfel decât altul. (Dar poate că și lor le-ar prinde bine…)

De exemplu, cel care creează o chitară pentru flamenco știe ce rețete tehnologice (materiale, dimensiuni, forme) să aplice pentru a obține instrumentul dorit, care sună altfel decât ‘chitara clasică’ cu care seamănă foarte mult. La chitara flamenco sunetul se formează mai rapid (este deci mai percutant), durează mai puțin și are un timbru diferit (relativ la armonicile amintite anterior). De asemenea, sunetul „se sparge” un pic atunci când corzile sunt acționate în manieră ‘forte’. Și iată că am comis-o și eu: exprimarea cvasi-romantică („se sparge”!), în loc să spun că este o alterare a undei sonice oarecum asemănătoare efectului de distorsionare folosit adesea la chitarele electrice.

Însă ‘parametrizarea științifică’ nu este deloc ușoară (nu o vom isprăvi nici noi aici, însă măcar lansăm o provocare), fiindcă suntem într-un domeniu foarte complex, cu multe aspecte greu de controlat. De exemplu, un producător de instrumente precum Muramatsu (Japonia) manufacturează flaute din diverse metale prețioase (argint, platină, aur). Forma acestui instrument este definitivată de mult timp, însă o rețetă deterministă privind proporțiile de aliere a metalelor ar fi utilă atunci când se vizează/caută anumite particularități.

Caracteristici acustice ale sunetului muzical

Vă propun – în această a treia parte a eseului – să ne aplecăm asupra aspectelor analitice ale sunetului muzical, și eventual să „demistificăm” câteva din expresiile acelea „volatile”. Și menționăm că vom începe referindu-ne la note muzicale emise singular de instrumentele acustice (lăsând pentru mai târziu sau pentru altă adată aspectele de alăturare serială/paralelă a sunetelor, sau de interpretare cu dinamică mare). Vom itera câteva atribute esențiale ale sunetului (mai de speța ‘Fizicii’), care, odată înțelese, vor putea fi agregate în alăturări pentru a explica inclusiv senzații complexe ale ascultătorului de muzică. Și începem cu cea mai simplă:

Tăria/intensitatea sunetului, care corespunde amplitudinii undei acustice. (Se poate reprezenta/reda grafic/vizual, eventual în unități de măsură relative, precum ‘dB’, decibel.) Sintagma clasică ‘piano – forte’ sugerează că de la instrumentul muzical respectiv se poate obține atât sunetul slab/moale cât și sunetul tare/puternic. (Uneori diferența de intensitate dintre sunetele cele mai slabe și cele mai tari poate fi așa de mare încât să pună în dificultate echipamentele de captare/înregistrare a sunetului. Parametrul acustic se numește ‘domeniul dinamicii’.) La majoritatea instrumentelor, modularea tăriei se face prin modularea intensității de (inter)acțiune umană (lovire, ciupire, suflare). Iar expresii precum „sunet penetrant” sau „proiecție tridimensională” ar putea fi legate de acest prim parametru, deși lucrurile sunt un pic mai complicate. (De exemplu, caracterul penetrant se poate observa când sunt asociate mai multe instrumente – în eventuală complementaritate – iar unul dintre sunete iese mai în evidență: prin intensitate; prin tonul acut; sau prin felul distinct în care se formează.)

Înălțimea sunetului, care corespunde frecvenței undei acustice. (Unitatea de măsură din Fizică este ‘Hz’ – Hertz-ul, care de fapt numără câte oscilații are sunetul respectiv în unitatea de timp, adică într-o secundă.) În muzică, înălțimea sunetului determină esențialmente chiar notele muzicale, din gama cromatică. (Și ne amintim faptul că un interval de frecvențe sonice în care frecvența cea mai înaltă este de două ori mai mare decât prima frecvență constituie ‘octava muzicală’, și ea se împarte în 12 intervale/semitonuri, intervale „materializând” cele opt note întregi și diezii respectivi.) Sunetele joase (de frecvențe mici) se mai numesc și ‘grave’, într-o accepțiune uman-senzorială. Sunetele înalte (de frecvențe mari) se mai numesc și ‘acute’ (ascuțite), în aceeași accepțiune (și cu descendență etimologică din limba franceză). (Exemple de frecvențe: mici – 55-110 Hz; mari ­- 1760-7040 Hz.) De observat relația invers-proporțională existentă între înălțimea sunetului emis și dimensiunea instrumentului muzical. Sunetele joase pot fi emise doar de instrumente (sau de componente) având dimensiuni mari. Și invers. Ne amintim aici și de seria ‘sopran-tenor-bariton-bass’. Dar reținem și faptul că frecvențele joase necesită și transportă mai multă energie (de aceea nu vom auzi de la vecini, prin ziduri, decât toba mare și bassul).

Oare acum, înarmați cu acest al doilea parametru acustic, am putea să revenim la expresiile „sunet cald” și „sunet rece”? Da și nu… Sau nu oricum. Un sunet singular de frecvență înaltă poate crea senzația de rece, iar un sunet singular de frecvență joasă doar cu oarece indulgență poate fi numit cald. Însă dacă sunetul auzit este de fapt compus din mai multe sunete de frecvențe diferite, atunci anumite alăturări de frecvențe joase/înalte cu frecvențe medii ar putea să ne evoce senzații „termice” (mai ales dacă între sunete există relații armonice, de genul celor dintre notele gamelor muzicale). Și pentru că spuneam mai devreme că în realitate instrumentele nu emit unde acustice singulare, iar frecvența fundamentală (a notei muzicale) este întotdeauna însoțită de frecvențe armonice/secundare, atunci devine de înțeles că anumite instrumente sună mai cald decât altele (chiar dacă redau exact aceleași note muzicale), și anume prin aportul acelor artefacte sonore care le definesc timbrul specific. Când armonicele însoțitoare ale fundamentalei cuprind mai degrabă frecvențe joase și medii se spune că tonul instrumentului este mai cald, iar preponderența frecvențelor medii și înalte face ca instrumentul să fie perceput ca fiind mai rece. (Să nu uităm că e totuși o iluzie. Deși, spre exemplificare conexă, putem întâlni ușor sisteme electro-muzicale la care sunetul de ieșire ne pare mai „cald” sau mai „rece”.)

Acum aroape că ne-am putea hazarda și în privința expresiilor „sunet gras”, „sunet plat” și „sunet sec”, deși fără garanții clare. De exemplu, pentru „sunet sec” și „sunet plat” vom presupune că unda corespunzătoare fundamentalei/notei nu prea dispune de unde însoțitoare. Pentru „sunet gras” am putea să presupunem situația opusă, când există o anume bogăție de armonici secundare, însă aici există niște precedente care ne-ar putea contrazice: anumite echipamente (și chiar aplicații software) folosesc sintagma „fat sound” (eng.) pentru a defini un efect de procesare aplicabil materialului sonor, despre care eu bănuiesc că ar fi un efect de tip ‘chorus’ (adică de îmbogățire prin multiplicare).

Dar ne oprim deocamdată aici, întrucât am înțeles că alăturarea de frecvențe diferite poate deschide posibilități infinite și nebănuite. (Mai mult: pe lângă fireasca încântare estetico-intelectuală dăruită nouă de muzică, anumite asocieri de sunete pot avea și efecte mai speciale asupra psihicului, eventual cu tentă fiziologică, și probabil că nu sunt cauzate doar de condiționări culturale (din obișnuință cu ambianța/tradiția umană) ci și de unele biologice.)

Timpul/durata sunetului. Am ajuns la probabil cel mai dificil aspect din triada noastră. Se măsoară în milisecunde, sau chiar în secunde (ceea ce pare simplu), însă lucrurile ni se complică drastic dacă – intrând în detalii de filigran temporal – apare întrebarea „ce anume măsurăm?, durata de viață a notei, sau timpul necesar nașterii notei?”. Să le luăm pe rând!

Durata sunetului emis de instrument depinde esențialemente de tipul/clasa instrumentului. Aceasta pentru că avem, pe de o parte, (1) acele instrumente la care nota se emite punctual (amplitudinea undei sonice ajunge instantaneu la maxim) și apoi intră imediat în atenuare (percuție; corzi ciupite), și, de cealaltă parte, (2) instrumente la care nota muzicală emisă poate fi prelungită substanțial, la dorința interpretului (instrumete de suflat, instrumente cu corzi frecate, etc). De reținut faptul că, în cazul sunetului emis punctual (prin percuție sau ciupire), durata de viața a sunetului depinde în primul rând de materialele și de forma instrumentului (iar în anumite situații interpretul poate să scurteze acea durată naturală de amortizare amuțind componentele aflate în vibrație). De obicei se spune despre un instrument bun că are „sustain” (eng.), adică are o atenuare lentă a amplitudinii, dar există și situații în care persistența sunetului poate fi deranjantă pentru sunetele care îi urmează (vedeți cazul amintit al chitarei flamenco, unde virtuozitatea presupune și densitate mare de note succesive; dar ne amintim și pedala de la pian).

Timpul de naștere a notei! (Hm… Holy-grail-ul acusticii muzicale!) Spuneam mai devreme că timbrul prin care se distinge orice instrument muzical este determinat de vibrațiile ce comple(men)tează vibrația funadmentală a notei emise. Ei bine, pe lângă acest fapt, instrumentul muzical se mai distinge auditiv prin ceva: prin modul în care procesele acustice demarează și se dezvoltă infinitezimal pentru a forma în final sunetul ce constituie nota muzicală emisă. La nivelul componentelor acustice cheie, și sub acțiunea omului care cântă la instrument, se pornesc fenomene de ‘fizică mecanică’ sau de ‘dinamica fluidului’, iar amorsarea acestora necesită timpi (pentru deplasarea materiei, pentru interacțiunea dintre materiale, pentru formarea vibrațiilor, pentru angrenarea moleculelor de aer). Iar urechea noastră, conștient sau nu, percepe derularea acestor fenoneme. Modul în care se formează sunetul odată cu inițierea acțiunilor de emitere a notei muzicale constituie așa-numita „zonă de atac” a sunetului (sau, mai pe scurt, „atacul” sunetului). Și, da, fiecare instrument are propria lui configurație a sunetului pentru zona de atac. (Vedeți figura.)

Tot la capitolul ‘timp’ amintim pe scurt despre repetiție. (Deocamdată nu avem curajul să-i spunem ‘ritm’, pentru că astfel am intra într-un subiect ce necesită multe pagini.) Dacă în cazul instrumentelor cu emisie punctuală repetiția presupune simplu reluarea emisiei de sunet la anumite intervale de timp, în cazul instrumentelor cu sunet continuu reluarea emisiei trebuie precedată de oprirea emisiei anterioare, astfel că fiecare segment de sunet continuu trebuie să dureze mai puțin decât intervalul de repetare (pentru a exista o pauză între sunetele succesive).

Ne putem ușor imagina cum repetarea unei note muzicale va căpăta noi valențe în frontul nostru de studiu, inclusiv din perspectiva percepției psihice. De exemplu, un sunet de frecvență joasă va avea un ton lugubru dacă este de durată mare sau dacă periodicitatea lui este una lentă, dar își va pierde efectul acesta dacă este repetat mai des. (Poate data viitoare vom vorbi și despre modurile ‘staccato’ și ‘ostinato’.)

În loc de final

Însumând cele de mai sus, lucrurile se pot la nevoie tranșa concluziv: dacă două instrumente muzicale arată identic dar sună diferit (oricât de puțin diferit), atunci în corpul lor există ceva care diferă – un detaliu intim de material, de formă, de construcție – și depinde doar de tenacitatea noastră cognitivă să aflăm acel detaliu și să îl exprimăm în termeni tehnico-științifici.

Desigur, o cunoaștere mai riguroasă a aspectelor tehnico-științifice este utilă mai întâi creatorului de instrumente muzicale. Ne putem imagina un scenariu parametric: o anumită creștere a procentului de aur din aliajul de confecționare a flautului va determina o anumită creștere a vibrațiilor emise într-un anumit intervalul de frecvențe (după gust/necesitate). Sau măcar în exprimări calitative, de genul: alăturarea lemnului de cedru cu lemnul de ovankol la confecționarea cutiei de rezonanță conduce la un ‘sustain’ mai slab al chitarei decât combinarea cedrului cu palisandrul. Sau: molidul Engelman produce mai multe aromonici secundare decât molidul Sitka, însă în detrimentul fundamentalei. Ori: aplicat pe cutia de rezonanță, lacul de tip nitrocelulozic determină o atenuare a amplitudinii mai mare decât lacul alchidic, care la rândul lui este inferior lacului poliuretanic și mai ales șelacului.

Da, necesitatea cunoașterii de partea manufacturierului este evidentă. Dar de partea beneficiarului? Aici (și pentru că ne apropiem de final) putem exprima situația mai sintetic/succint: anumite particularități ale instrumentului (cunoscute sau nu, căutate voluntar sau instinctiv) pot să stimuleze creativitatea și/sau să îmbunătățească interpretarea (ca virtuozitate ori ca exprimare dramatică).

Însă în ecuație suntem și noi: ascultătorii de muzică. Desigur, nu are simplitatea acelui ‘pas peron–metrou’ sugerat în preambul, dar efortul necesar cunoașterii ar merita cumva, pentru că el ne va completa „călătoria”, îi va da nuanțe noi de implicare, și va face tot mai interesante „călătoriile” ce vor veni.

Deocamdată ne oprim aici, deși ar mai fi multe de spus privind corespondențele dintre percepția psihică a muzicii și detaliile cognitive/științifice ale sunetelor. Rămân deci pentru altă dată subiecte precum: dinamică și virtuozitate; ritm; polifonie mono-instrument și polifonie multi-instrument; melodicitate (armonizare asincronă/serială); compoziție/orchestrație (armonizare sincronă/paralelă; alăturări timbrale; contrapunct); ș.a..

Bibliografie:

Mircea Băduț; ‘Conexiuni între Science-Fiction și muzică’, în Revista ‘Anthropos’ 11/2023

Mircea Băduț; ‘Acustica sălilor de concerte’, în Revista ‘Tehnică & Tehnologie’ 6/2023

Mircea Băduț; ‘SACD-ul, o reformă electro-acustică semi-reușită’, în Revista ‘Market Watch’ 260/2023

Mircea Băduț; ‘Limite ale electro-acusticii muzicale’, în Revista ‘Tehnică & Tehnologie’ 3/2023

Mircea Băduț; ‘Un ABC al Hi-Fi‑ului’, în volumul ‘Fals tratat de antropologie’, Editura Europress Group, București, 2022

Mircea Băduț; ‘Sunetul digital’, în Revista ‘Market Watch’ 235/2021

Mircea Băduț; ‘Tehnica sunetului într-o aplicare civilă’, în Revista ‘Tehnică & Tehnologie’ 1/2017

Mircea Băduț; ‘De la CD-DA la Hi-Res Audio’, în Revista ‘IT Trends’ 12/2016

INDICAȚII DE CITARE:

Mircea Băduț „Fizică, sunet, muzică” în Anthropos. Revista de filosofie, arte și umanioare nr. 12/2025

Acest articol este protejat de legea drepturilor de autor; orice reproducere / preluare integrală sau parțială, fără indicarea sursei, este strict interzisă.