El tono es una propiedad perceptiva de los sonidos que permite ordenarlos en una escala relacionada con la frecuencia , [1] o más comúnmente, el tono es la cualidad que permite juzgar los sonidos como "más altos" y "más bajos" en el sentido asociado con la música. melodías . [2] El tono es un atributo auditivo importante de los tonos musicales , junto con la duración , el volumen y el timbre . [3]
El tono puede cuantificarse como una frecuencia , pero el tono no es una propiedad física puramente objetiva; es un atributo psicoacústico subjetivo del sonido. Históricamente, el estudio del tono y la percepción del tono ha sido un problema central en psicoacústica y ha sido fundamental para formar y probar teorías de representación, procesamiento y percepción del sonido en el sistema auditivo. [4]
El tono es una sensación auditiva en la que un oyente asigna tonos musicales a posiciones relativas en una escala musical basándose principalmente en su percepción de la frecuencia de vibración ( audiofrecuencia ). [5] El tono está estrechamente relacionado con la frecuencia, pero los dos no son equivalentes. La frecuencia es un atributo científico objetivo que se puede medir. El tono es la percepción subjetiva de una onda sonora por parte de una persona individual, que no se puede medir directamente. Sin embargo, esto no significa necesariamente que la gente no se ponga de acuerdo sobre qué notas son más altas y más bajas.
Las oscilaciones de las ondas sonoras a menudo se pueden caracterizar en términos de frecuencia . Los tonos generalmente se asocian con frecuencias y, por lo tanto , se cuantifican como (en ciclos por segundo o hercios), comparando los sonidos que se evalúan con sonidos con tonos puros (aquellos con formas de onda sinusoidales periódicas ). Con este método a menudo se puede asignar un tono a las ondas sonoras complejas y aperiódicas . [6] [7] [8]
Según el Instituto Nacional Estadounidense de Estándares , el tono es el atributo auditivo del sonido que permite ordenar esos sonidos en una escala de bajo a alto. Dado que el tono es un indicador tan cercano de la frecuencia, está casi completamente determinado por la rapidez con la que la onda sonora hace vibrar el aire y casi no tiene nada que ver con la intensidad o amplitud de la onda. Es decir, un tono "alto" significa una oscilación muy rápida y un tono "bajo" corresponde a una oscilación más lenta. A pesar de eso, la mayoría de los idiomas comparten el modismo que relaciona la altura vertical con el tono del sonido. [9] Al menos en inglés, es solo una de muchas metáforas conceptuales profundas que involucran arriba/abajo. La historia etimológica exacta del sentido musical de tono alto y bajo aún no está clara. Existe evidencia de que los humanos realmente perciben que la fuente de un sonido está ligeramente más alta o más baja en el espacio vertical cuando la frecuencia del sonido aumenta o reduce. [9]
En la mayoría de los casos, el tono de sonidos complejos como el habla y las notas musicales corresponde muy cerca de la tasa de repetición de sonidos periódicos o casi periódicos, o al recíproco del intervalo de tiempo entre la repetición de eventos similares en la forma de onda del sonido. [7] [8]
El tono de los tonos complejos puede ser ambiguo, lo que significa que se pueden percibir dos o más tonos diferentes, según el observador. [4] Cuando la frecuencia fundamental real se puede determinar con precisión mediante medición física, puede diferir del tono percibido debido a los sobretonos , también conocidos como parciales superiores, armónicos o de otro tipo. Un tono complejo compuesto por dos ondas sinusoidales de 1000 y 1200 Hz puede escucharse a veces como hasta tres tonos: dos tonos espectrales a 1000 y 1200 Hz, derivados de las frecuencias físicas de los tonos puros, y el tono combinado a 200 Hz. correspondiente a la tasa de repetición de la forma de onda. En una situación como ésta, la percepción a 200 Hz se denomina comúnmente fundamental faltante , que suele ser el máximo común divisor de las frecuencias presentes. [10]
El tono depende en menor grado del nivel de presión sonora (sonoridad, volumen) del tono, especialmente en frecuencias inferiores a 1000 Hz y superiores a 2000 Hz. El tono de los tonos más bajos disminuye a medida que aumenta la presión del sonido. Por ejemplo, un tono de 200 Hz que es muy alto parece un semitono más bajo que si fuera apenas audible. Por encima de 2000 Hz, el tono aumenta a medida que el sonido aumenta. [11] Estos resultados se obtuvieron en los trabajos pioneros de S. Stevens [12] y W. Snow. [13] Investigaciones posteriores, es decir, las de A. Cohen, han demostrado que en la mayoría de los casos los cambios de tono aparentes no eran significativamente diferentes de los errores de adaptación del tono. Cuando se promediaron, los cambios restantes siguieron las direcciones de las curvas de Stevens pero fueron pequeños (2% o menos por frecuencia, es decir, no más de un semitono). [14]
Las teorías de la percepción del tono intentan explicar cómo el sonido físico y la fisiología específica del sistema auditivo trabajan juntas para producir la experiencia del tono. En general, las teorías de la percepción del tono se pueden dividir en codificación de lugar y codificación temporal . La teoría del lugar sostiene que la percepción del tono está determinada por el lugar de máxima excitación en la membrana basilar .
Para la percepción de altas frecuencias debe estar vigente un código de lugar, aprovechando la tonotopía en el sistema auditivo, ya que las neuronas tienen un límite superior sobre la rapidez con la que pueden bloquear en fase sus potenciales de acción . [5] Sin embargo, una teoría puramente basada en el lugar no puede explicar la precisión de la percepción del tono en los rangos de frecuencia baja y media. Además, existe cierta evidencia de que algunos primates no humanos carecen de respuestas de la corteza auditiva al tono a pesar de tener mapas tonotópicos claros en la corteza auditiva, lo que demuestra que los códigos de lugar tonotópicos no son suficientes para las respuestas del tono. [15]
Las teorías temporales ofrecen una alternativa que apela a la estructura temporal de los potenciales de acción, principalmente el bloqueo de fase y modo de los potenciales de acción a las frecuencias de un estímulo. Aún se debate la forma precisa en que esta estructura temporal ayuda a codificar el tono en niveles más altos, pero el procesamiento parece basarse en una autocorrelación de potenciales de acción en el nervio auditivo. [16] Sin embargo, desde hace tiempo se ha observado que no se ha encontrado un mecanismo neuronal que pueda lograr un retraso, una operación necesaria de una verdadera autocorrelación. [5] Al menos un modelo muestra que un retraso temporal es innecesario para producir un modelo de autocorrelación de percepción del tono, apelando a cambios de fase entre filtros cocleares; [17] sin embargo, trabajos anteriores han demostrado que ciertos sonidos con un pico prominente en su función de autocorrelación no provocan una percepción de tono correspondiente, [18] [19] y que ciertos sonidos sin un pico en su función de autocorrelación, sin embargo, provocan un tono. [20] [21] Para ser un modelo más completo, la autocorrelación debe aplicarse a las señales que representan la salida de la cóclea , como a través de histogramas de intervalos entre picos del nervio auditivo. [19] Algunas teorías sobre la percepción del tono sostienen que el tono tiene ambigüedades de octava inherentes y, por lo tanto, es mejor descomponerlo en un croma de tono , un valor periódico alrededor de la octava, como los nombres de las notas en la música occidental, y una altura de tono , que puede ser ambigua. , que indica la octava en la que se encuentra el tono. [4]
La diferencia apenas perceptible (jnd) (el umbral en el que se percibe un cambio) depende del contenido de frecuencia del tono. Por debajo de 500 Hz, el jnd es de aproximadamente 3 Hz para ondas sinusoidales y 1 Hz para tonos complejos; por encima de 1000 Hz, la jnd de las ondas sinusoidales es aproximadamente del 0,6% (aproximadamente 10 centavos ). [22] El jnd generalmente se prueba tocando dos tonos en rápida sucesión y se le pregunta al oyente si había una diferencia en sus tonos. [11] El jnd se vuelve más pequeño si los dos tonos se tocan simultáneamente , ya que el oyente puede discernir las frecuencias de los tiempos . El número total de pasos de tono perceptibles en el rango de audición humana es de aproximadamente 1.400; el número total de notas en la escala de temperamento igual, de 16 a 16.000 Hz, es 120. [11]
La percepción relativa del tono puede engañarse, dando lugar a ilusiones auditivas . Hay varios de estos, como la paradoja del tritono , pero más notablemente la escala de Shepard , donde se puede hacer que una secuencia continua o discreta de tonos especialmente formados suene como si la secuencia continuara ascendiendo o descendiendo para siempre.
No todos los instrumentos musicales producen notas con un tono claro. Los instrumentos de percusión sin tono (una clase de instrumentos de percusión ) no producen tonos particulares. Un sonido o nota de tono definido es aquel en el que un oyente puede posible (o relativamente fácilmente) discernir el tono. Los sonidos con tono definido tienen espectros de frecuencia armónica o cercanos a espectros armónicos. [11]
Un sonido generado en cualquier instrumento produce muchos modos de vibración que ocurren simultáneamente. Un oyente escucha numerosas frecuencias a la vez. La vibración de menor frecuencia se llama frecuencia fundamental ; las otras frecuencias son armónicos . [23] Los armónicos son una clase importante de armónicos con frecuencias que son múltiplos enteros de la fundamental. Independientemente de que las frecuencias más altas sean múltiplos enteros o no, se denominan colectivamente parciales , en referencia a las diferentes partes que componen el espectro total.
Un sonido o nota de tono indefinido es aquel que al oyente le resulta imposible o relativamente difícil de identificar en cuanto a tono. Los sonidos con tono indefinido no tienen espectros armónicos o tienen espectros armónicos alterados, una característica conocida como inarmonicidad .
Todavía es posible que dos sonidos de tono indefinido sean claramente más agudos o más graves entre sí. Por ejemplo, una caja suena con un tono más alto que un bombo , aunque ambos tienen un tono indefinido, porque su sonido contiene frecuencias más altas. En otras palabras, es posible, y a menudo fácil, discernir aproximadamente los tonos relativos de dos sonidos de tono indefinido, pero los sonidos de tono indefinido no se corresponden claramente con ningún tono específico.
Un estándar de tono (también tono de concierto ) es la referencia de tono convencional con la que se sintonizan los instrumentos musicales de un grupo para una interpretación. El tono del concierto puede variar de un conjunto a otro y ha variado ampliamente a lo largo de la historia musical.
El tono estándar es una convención más aceptada. El La sobre el Do central suele establecerse en 440 Hz (a menudo escrito como "A = 440 Hz " o, a veces, "A440"), aunque otras frecuencias, como 442 Hz, también se utilizan a menudo como variantes. Otro tono estándar, el llamado tono barroco , se estableció en el siglo XX en La = 415 Hz, aproximadamente un semitono de temperamento igual más bajo que A440 para facilitar la transposición. El tono clásico se puede ajustar a 427 Hz (aproximadamente a mitad de camino entre A415 y A440) o 430 Hz (también entre A415 y A440 pero ligeramente más agudo que el cuarto de tono). Y los conjuntos especializados en interpretación auténtica ajustan el La por encima del Do medio a 432 Hz o 435 Hz cuando interpretan repertorio de la época romántica .
Los instrumentos transpositores tienen su origen en la variedad de estándares de tono. En los tiempos modernos, convencionalmente transponen sus partes en tonos diferentes de las voces y otros instrumentos (e incluso entre sí). Como resultado, los músicos necesitan una forma de referirse a un tono particular de manera inequívoca cuando hablan entre ellos.
Por ejemplo, el tipo más común de clarinete o trompeta , al tocar una nota escrita en su parte como C, suena un tono que se llama B ♭ en un instrumento no transpositor como un violín (lo que indica que en algún momento estos instrumentos de viento tocado en un tono estándar (un tono más bajo que el del violín). Para referirse a ese tono sin ambigüedades, un músico lo llama concierto B ♭ , es decir, "el tono que alguien que toca un instrumento no transpositor como un violín llama B ♭ ".
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Por ejemplo, uno podría referirse al La sobre el Do central como a′ , La 4 o 440 Hz . En el temperamento igual occidental estándar , la noción de tono es insensible a la "ortografía": la descripción "G 4 doble sostenido" se refiere al mismo tono que La 4 ; en otros temperamentos, estos pueden ser tonos distintos. La percepción humana de los intervalos musicales es aproximadamente logarítmica con respecto a la frecuencia fundamental : el intervalo percibido entre los tonos "A220" y "A440" es el mismo que el intervalo percibido entre los tonos A440 y A880 . Motivados por esta percepción logarítmica, los teóricos de la música a veces representan tonos utilizando una escala numérica basada en el logaritmo de la frecuencia fundamental. Por ejemplo, se puede adoptar el estándar MIDI ampliamente utilizado para asignar la frecuencia fundamental, f , a un número real, p , de la siguiente manera
Esto crea un espacio de tono lineal en el que las octavas tienen el tamaño 12, los semitonos (la distancia entre teclas adyacentes en el teclado del piano) tienen el tamaño 1 y a A440 se le asigna el número 69. (Consulte Frecuencias de notas ). La distancia en este espacio corresponde a Intervalos musicales tal como los entienden los músicos. Un semitono de temperamento igual se subdivide en 100 centésimas . El sistema es lo suficientemente flexible como para incluir "microtonos" que no se encuentran en los teclados de piano estándar. Por ejemplo, el tono a medio camino entre C (60) y C ♯ (61) se puede etiquetar como 60,5.
La siguiente tabla muestra las frecuencias en Hercios para notas en varias octavas, nombradas según el "método alemán" de nomenclatura de octavas :
Los tonos relativos de notas individuales en una escala pueden determinarse mediante uno de varios sistemas de afinación . En Occidente, la escala cromática de doce notas es el método más común de organización, siendo el temperamento igual el método más utilizado para afinar esa escala. En él, la relación de tono entre dos notas sucesivas cualesquiera de la escala es exactamente la duodécima raíz de dos (o aproximadamente 1,05946). En los sistemas bien temperados (como los utilizados en la época de Johann Sebastian Bach , por ejemplo), se utilizaban diferentes métodos de afinación musical .
En casi todos estos sistemas el intervalo de la octava duplica la frecuencia de una nota; por ejemplo, una octava por encima de A440 es 880 Hz. Sin embargo, si el primer armónico es agudo debido a una falta de armonía , como en los extremos del piano, los afinadores recurren al estiramiento de octava .
En teoría atonal , de doce tonos o de conjuntos musicales , un "tono" es una frecuencia específica, mientras que una clase de tono son todas las octavas de una frecuencia. En muchas discusiones analíticas sobre música atonal y post-tonal, los tonos se nombran con números enteros debido a la equivalencia de octava y enarmónico (por ejemplo, en un sistema en serie, C ♯ y D ♭ se consideran el mismo tono, mientras que C 4 y C 5 son funcionalmente iguales, con una octava de diferencia).
Los tonos discretos, en lugar de los tonos continuamente variables, son prácticamente universales, con excepciones que incluyen " accesorios giratorios " [26] y "cantos de tono indeterminado". [27] Los tonos deslizantes se utilizan en la mayoría de las culturas, pero están relacionados con los tonos discretos a los que hacen referencia o embellecen. [28]
Para los propósitos de este libro decidimos adoptar un enfoque conservador y centrarnos en la relación entre el tono y las melodías musicales. Siguiendo la definición anterior de ASA, definimos el tono como "ese atributo de sensación cuya variación está asociada con melodías musicales". Aunque algunos podrían encontrar esto demasiado restrictivo, una ventaja de esta definición es que proporciona un procedimiento claro para probar si un estímulo evoca o no un tono, y una limitación clara en el rango de estímulos que debemos considerar en nuestras discusiones.
La que tiene la frecuencia de vibración más lenta (la de tono más bajo) se denomina frecuencia fundamental, y las demás se denominan colectivamente sobretonos.
