El tono es una propiedad perceptiva que permite ordenar los sonidos 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 las melodías musicales [2] . El tono es un atributo auditivo importante de los tonos musicales , junto con la duración , la sonoridad y el timbre [3] .
El tono puede cuantificarse como una frecuencia , pero no es una propiedad física puramente objetiva, sino 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 la formulación y prueba de 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 ( frecuencia de audio ). [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 de sonido por parte de la persona individual, que no se puede medir directamente. Sin embargo, esto no significa necesariamente que la gente no esté de acuerdo sobre qué notas son más altas y más bajas.
Las oscilaciones de las ondas sonoras se pueden caracterizar a menudo en términos de frecuencia . Los tonos suelen asociarse con frecuencias (en ciclos por segundo o hercios) y, por lo tanto, cuantificarse como tales, comparando los sonidos que se evalúan con sonidos con tonos puros (aquellos con formas de onda periódicas y sinusoidales ). A las ondas sonoras complejas y aperiódicas a menudo se les puede asignar un tono mediante este método. [6] [7] [8]
Según el Instituto Nacional de Estándares de Estados Unidos , 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 determinado casi por completo 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, el tono "alto" significa una oscilación muy rápida y el tono "bajo" corresponde a una oscilación más lenta. A pesar de eso, la mayoría de los idiomas comparten la expresión que relaciona la altura vertical con el tono del sonido. [9] Al menos en inglés, es solo una de las 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 es ligeramente más alta o más baja en el espacio vertical cuando la frecuencia del sonido aumenta o se reduce. [9]
En la mayoría de los casos, el tono de sonidos complejos, como el habla y las notas musicales, corresponde casi exactamente a la tasa de repetición de sonidos periódicos o casi periódicos, o al recíproco del intervalo de tiempo entre eventos similares repetidos 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, dependiendo del observador. [4] Cuando la frecuencia fundamental real se puede determinar con precisión a través de una 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 a veces se puede escuchar como hasta tres tonos: dos tonos espectrales a 1000 y 1200 Hz, derivados de las frecuencias físicas de los tonos puros, y el tono de combinación a 200 Hz, correspondiente a la tasa de repetición de la forma de onda. En una situación como esta, la percepción a 200 Hz se conoce comúnmente como la frecuencia fundamental faltante , que a menudo es el máximo común divisor de las frecuencias presentes. [10]
El tono depende en menor grado del nivel de presión sonora (volumen) del tono, especialmente en frecuencias inferiores a 1.000 Hz y superiores a 2.000 Hz. El tono de los tonos más bajos se hace más bajo a medida que aumenta la presión sonora. Por ejemplo, un tono de 200 Hz que es muy fuerte parece un semitono más bajo en tono que si es apenas audible. Por encima de los 2.000 Hz, el tono se hace más alto a medida que el sonido se hace más fuerte. [11] Estos resultados se obtuvieron en los trabajos pioneros de S. Stevens [12] y W. Snow. [13] Investigaciones posteriores, es decir, de A. Cohen, han demostrado que en la mayoría de los casos los cambios aparentes de tono no eran significativamente diferentes de los errores de coincidencia de 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 juntos 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 frecuencias altas debe estar en vigor un código de lugar que aproveche la tonotopía del sistema auditivo, ya que las neuronas tienen un límite superior en cuanto a la velocidad con la que pueden sincronizar en fase sus potenciales de acción . [5] Sin embargo, una teoría basada puramente en el lugar no puede explicar la precisión de la percepción del tono en los rangos de frecuencias bajas y medias. Además, hay 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 al tono. [15]
Las teorías temporales ofrecen una alternativa que apela a la estructura temporal de los potenciales de acción, principalmente al bloqueo de fase de los potenciales de acción con las frecuencias de un estímulo. La forma precisa en que esta estructura temporal ayuda a codificar el tono en niveles más altos aún se debate, pero el procesamiento parece basarse en una autocorrelación de los 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 para una verdadera autocorrelación). [5] Al menos un modelo muestra que un retraso temporal es innecesario para producir un modelo de autocorrelación de la percepción del tono, apelando a los cambios de fase entre los 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 los histogramas de intervalo entre picos del nervio auditivo. [19] Algunas teorías de la percepción del tono sostienen que el tono tiene ambigüedades inherentes de octava y, por lo tanto, se descompone mejor 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, la jnd es de aproximadamente 3 Hz para ondas sinusoidales y 1 Hz para tonos complejos; por encima de 1000 Hz, la jnd para ondas sinusoidales es de aproximadamente 0,6% (aproximadamente 10 centésimas ). [22] La jnd se prueba típicamente tocando dos tonos en rápida sucesión y se le pregunta al oyente si había una diferencia en sus tonos. [11] La jnd se vuelve más pequeña si los dos tonos se tocan simultáneamente , ya que el oyente puede discernir las frecuencias de pulso . El número total de pasos de tono perceptibles en el rango de audición humana es de aproximadamente 1400; 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 ser engañada, lo que da como resultado ilusiones auditivas . Existen varias de ellas, como la paradoja del tritono , pero la más notable es la escala de Shepard , en la que una secuencia continua o discreta de tonos especialmente formados puede hacerse sonar como si la secuencia continuara ascendiendo o descendiendo eternamente.
No todos los instrumentos musicales producen notas con un tono claro. Los instrumentos de percusión no afinados (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 posiblemente (o con relativa facilidad) discernir el tono. Los sonidos con tono definido tienen espectros de frecuencia armónicos o cercanos a los 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 con la frecuencia más baja 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 frecuencia fundamental. Independientemente de si las frecuencias más altas son múltiplos enteros o no, se denominan colectivamente parciales , haciendo 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 identificar en cuanto a su 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, un tambor suena más agudo 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 exactamente con ningún tono específico.
Un tono estándar (también tono de concierto ) es la referencia de tono convencional con la que se afinan los instrumentos musicales de un grupo para una interpretación. El tono de 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 ampliamente aceptada. El la sobre el do central se establece generalmente en 440 Hz (a menudo escrito como "la = 440 Hz " o, a veces, "la 440"), aunque otras frecuencias, como 442 Hz, también se utilizan a menudo como variantes. Otro tono estándar, el llamado tono barroco , se ha establecido en el siglo XX como la = 415 Hz, aproximadamente un semitono de temperamento igual más bajo que la 440 para facilitar la transposición. El tono clásico se puede establecer en 427 Hz (aproximadamente a medio camino entre la 415 y la 440) o 430 Hz (también entre la 415 y la 440, pero ligeramente más agudo que el cuarto de tono). Y los conjuntos especializados en la interpretación auténtica establecen la la sobre el do central en 432 Hz o 435 Hz cuando interpretan repertorio de la era romántica .
Los instrumentos transpositores tienen su origen en la variedad de estándares de tono. En la época moderna, convencionalmente tienen sus partes transpuestas en diferentes tonos 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 un tiempo estos instrumentos de viento tocaban en un tono estándar un tono más bajo que el tono del violín). Para referirse a ese tono sin ambigüedades, un músico lo llama B ♭ de concierto , es decir, "el tono que alguien que toca un instrumento no transpositor como un violín llama B ♭ ".
Los lanzamientos se etiquetan utilizando:
Por ejemplo, uno podría referirse al A por encima del C central como a′ , A 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 A 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, uno puede adoptar el estándar MIDI ampliamente utilizado para mapear 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 un tamaño de 12, los semitonos (la distancia entre teclas adyacentes en el teclado del piano) tienen un tamaño de 1 y a A440 se le asigna el número 69. (Véase Frecuencias de notas ). La distancia en este espacio corresponde a los 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 las 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 de organización más común, siendo el temperamento igual el método de afinación de esa escala que ahora se utiliza más ampliamente. En él, la relación de tonos entre dos notas sucesivas de la escala es exactamente la raíz duodécima 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 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 la inarmonicidad , como en los extremos del piano, los afinadores recurren al estiramiento de octavas .
En la teoría atonal , dodecafónica 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 de música atonal y postonal, los tonos se nombran con números enteros debido a la equivalencia de octavas y enarmónicas (por ejemplo, en un sistema serial, C ♯ y D ♭ se consideran el mismo tono, mientras que C 4 y C 5 son funcionalmente iguales, separados por una octava).
Los tonos discretos, en lugar de los tonos continuamente variables, son prácticamente universales, con excepciones que incluyen " cepas que se tambalean " [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]
atributo de la sensación cuya variación está asociada con las melodías musicales". Aunque algunos podrían considerar esto demasiado restrictivo, una ventaja de esta definición es que proporciona un procedimiento claro para comprobar si un estímulo evoca o no un tono, y una clara limitación del rango de estímulos que debemos considerar en nuestras discusiones.
que tiene la tasa de vibración más lenta (la de tono más bajo) se denomina frecuencia fundamental, y las demás se denominan colectivamente armónicos.
