Káñina, Rev. Artes y Letras, Univ. Costa Rica. Vol. XXVIII (2), pág. 191-197, 2004

EL TIMBRE: UN ACERCAMIENTO DESDE VARIAS DISCIPLINAS

Anita Arrieta*

Introducción

Entre los atributos de la sensación audi-tiva se encuentran la percepción de la intensi-dad, de la altura, del timbre y de la localizaciónespacial. En este artículo, nos vamos a referirúnicamente a la percepción del timbre. Caracte-rizaremos este término desde diferentes disci-plinas que se han preocupado por abordarlo: lafísica, la psicofísica, la percepción del habla yla psicología, con el fin de obtener una visiónde conjunto de esta categoría.

Nos interesa este concepto porque, en apa-riencia, la noción de timbre es simple: «modopropio y característico de sonar un instrumento ola voz de una persona». Sin embargo, considera-mos que el término abarca un terreno mucho máscomplejo, debido al papel significativo que éstejuega en la vida de los seres humanos.

1. El timbre desde la física

En Física, «timbre» se refiere a una cuali-dad de la percepción de la onda sonora y no a unacualidad física de la onda. La mayoría de las on-das que escuchamos son ondas complejas filtra-das, es decir, que la mayor parte de las impresio-nes sonoras que percibimos se deben al efecto dealgunos fenómenos, más o menos simples o com-plejos, de resonancia sobre una onada compleja.El efecto de resonancia se refiere al hecho de quela energía se concentra en ciertas bandas de fre-cuencias que comprenden los componentes de laonda compleja. Esta distribución de la energía enel espectro de frecuencias es el hecho físico cuyacorrelación perceptiva se considera como un tim-bre. Por ejemplo, el timbre de la vocal [a] se re-conoce cuando una onda compleja concentra unaenergía elevada de 750 hz a 1500 hz.

ABSTRACT

This article considers the timbre perception from the perspectives of physics, psychophysics, and speech perception,in order to attempt a complementary vision that can enrich our position concerning audition.Key words: perception, phonology, timbre.

RESUMEN

En el artículo se considera la percepción del timbre y se caracteriza desde los enfoques de la física, la psicofísica y dela percepción del habla, para intentar una visión complementaria que pueda enriquecer nuestras posiciones frente alcampo de la audición.Palabras clave: percepción, fonología, timbre.

* Profesora de la Escuela de Filología, Lingüística y Literatura, Universidad de Costa Rica.

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La nota musical «fa», emitida por un pia-no, posee la misma concentración de energía, ylos mismo armónicos, que esta misma nota emi-tida por un trombón. Lo que distingue a estos dossonidos diferentes es que los armónicos, que tie-nen mucha o poca energía, son diferentes, es de-cir que la energía se distribuye de una manera di-ferente en el espectro de frecuencias.

Lo anterior explica porqué tales timbresson diferentes. Esta distribución de la energíaequivalente al hecho físico del timbre es observa-ble si se analizan las señales con la ayuda del es-pectrograma, aparato que descompone la señal ymuestra su estructura en algunas muestras llama-das espectrogramas.

Dos instrumentos pueden tocar la mismanota (en el mismo tono), pero se reconoce sin di-ficultad si se trata de un piano o de un trombón.Lo que diferencia el sonido de un piano y el deun trombón, y lo que distingue entre una vocal[a] y la vocal [e], pronunciadas por la misma per-sona, se denomina timbre.

1.1. Los sonidos formantes

La diferencia entre los timbres es com-prensible si se examinan las características de lossonidos formantes y de los ruidos.

Un formante es un armónico o conjunto dearmónicos que conserva una energía elevada por-que su frecuencia coincide con la de un resona-dor. Si se dice que un sonido tiene un formante de500 hz, significa que este sonido va a concentrarsu energía alrededor de esta frecuencia.

Los sonidos formantes son siempre soni-dos de una fuerte energía armónica, con una ener-gía fundamental bien establecida y con armónicosmás o menos claros. El timbre «formántico» ca-racteriza a los sonidos que tienen formantes. Esinteresante subrayar, de esta estructura formánti-ca, que la energía del sonido se concentra en ban-das de frecuencia bien definidas que contrastancon las zonas de frecuencia donde la energía esbaja. Toda la energía de la onda se concentra enbandas más o menos estrechas y las zonas de fre-cuencia que no están favorecidas por el resonadorpresentan una energía prácticamente nula. Esto

provoca que los timbres sean altamente cromáti-cos. Por lo tanto, se pueden percibir claramentelos matices. La mayoría de los sonidos formantespresentan más de un formante porque varias ve-ces el resonador es complejo y existen numerosasbarras del espectro de frecuencia que van a ser re-conocidas en el proceso de resonancia.

Los sonidos del habla que presentan unaestructura formántica más clara son las vocales.Inluso cuando las muestras espectrográficas lo-calizan claramente la frecuencia precisa de losformantes de una vocal determinada, la frecuen-cia que corresponde a un formante está determi-nada por el tamaño y la forma del resonador quefiltra la señal de la fuente. En el caso de las voca-les, la señal se genera en la glotis y el conductoformado por la faringe y la boca es el resonador.El gesto articulador que se puede realizar con lalengua, los labios y el maxilar, va a determinar eltamaño de este tubo y de su forma y, al mismotiempo, las frecuencias que se reforzarán. Porejemplo, si el tamaño y la forma del resonadorestán preparados para una vibración de 500 hz,1500 hz y 2500 hz (configuración de la vocalschwa), debemos esperar que los armónicos pue-dan tener una energía elevada y los tres forman-tes puedan definirse. Pero esto se presenta sola-mente si existen armónicos en estas frecuencias.

En el sentido estricto, los formantes noson una característica de la señal, sino del reso-nador: es el resonador el que posee frecuenciasformantes, a las cuales éste tiende a vibrar espon-táneamente si se le perturba. El resonador condi-ciona la forma de la onda que incide sobre él.

Cuando se dice que un sonido posee for-mantes entre 500 hz y 1500 hz, se quiere expre-sar que se trata de una onda filtrada por un reso-nador cuyas frecuencias formantes son de 500 hzy 1500 hz.

2. El timbre y la psicofísica

La psicofísica ha aportado la formalizaciónmatemática para la elaboración de diferentes méto-dos de medición utilizados por otras disciplinas co-mo la psicología. En el caso de la psicofísica per-ceptiva, existe un interés por estudiar los efectos

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del contexto en la determinación de la respuesta ypor considerar las diferencias individuales.

En este campo, se encuentra la teoría de ladetección de la señal, tendencia que se originó enlas investigaciones aplicadas realizadas en Esta-dos Unidos durante la Segunda Guerra Mundialy después de ella. La aplicación de esta teoría serelaciona con el concepto de timbre.

La importancia de la teoría de la señal ra-dica en que, para estos investigadores, es eviden-te que el individuo que realiza una observaciónsensorial toma, al mismo tiempo, una decisión.El sujeto se comporta como un estadístico que sepregunta si la observación que acaba de hacer esmás representativa por la presencia de la señalpor detectar o por el ruido que la acompaña. Es-te ruido puede ser un ruido exterior causado porel contexto, o un ruido producido por la actividadbioeléctrica espontánea de las neuronas o de am-bos al mismo tiempo. La teoría de la detección dela señal permite que se desarrolle un modelo dediscriminación al mismo tiempo que un modelode decisión. Esta teoría ha suscitado numerosasinvestigaciones y ha sido aplicada a una gran va-riedad de dominios de la psicología: situacionesde vigilancia y de control y situaciones de reco-nocimiento mnémico. Pero, la contribución prin-cipal de esta teoría ha sido, sobre todo, cuestio-nar el concepto de umbral sensorial. La teoría hapermitido también explicar los procesos por loscuales los factores de aprendizaje son capaces deactuar sobre la respuesta sensorial modificandoel criterio de decisión del sujeto.

El objetivo de los datos anteriores, comoya se mencionó, es intentar un vínculo entre el te-ma del timbre y la psicofísica.

Se puede considerar que las teorías de lapsicofísica pueden aplicarse para resolver ciertosproblemas de la vida cotidiana relacionadas conel reconocimiento y la medición de un sonido yde su timbre. Esta relación es importante para laaudiometría tonal de los diapasones, la audiome-tría radioeléctrica, los tests fonográficos y la au-diometría verbotonal.

En general, los exámenes de la audiciónse fundan en la utilización de métodos psicofísi-cos «subjetivos», que estudian la sensibilidad dela recepción auditiva de los sonidos artificiales

(audiometría tonal: reloj, diapasón, audiometríaelectrónica), y del lenguaje articulado no filtrado(audiometría vocal) o filtrada (audiometría ver-botonal). Los métodos «objetivos» emplean losindicios observables de la sensación (respuestasde atención, bloqueo del ritmo electroencefalo-gráfico). Estas técnicas permiten definir losumbrales auditivos «normales», detectar los di-ferentes tipos de sordera o precisar las fallasacústicas de los aparatos de transmisión y derecepción de los sonidos.

3. El timbre y la percepción del habla

Las investigaciones en el campo de la per-cepción del habla son relativamente recientes. Elestudio de las propiedades físicas del sonido fue-ron realizadas por Willis (1892) y Hemboltz(1859) en el siglo XIX. Sin embargo, las investi-gaciones específicas en el campo de la percep-ción del habla se desarrollaron en mayor escaladurante la Segunda Guerra Mundial. La mayoríade las investigaciones en este campo necesitaronequipos para el análisis y para la síntesis del ha-bla (simulación del habla por computadora).

La primera máquina fue desarrollada porHomer Dudley (1936-1939), de Bell TelephoneLaboratories. Esta máquina llamada «vocoder»(de voice and coder), fue creada para transmitirde manera «eficiente» las señales del habla a lolargo de los circuitos telefónicos.

La función de la máquina era analizar ygrabar el habla en una señal simple que conteníamenos información para ser transmitida. A partirde estas investigaciones, Dudley y colaboradoresobservaron que el habla natural contenía una in-formación redundante (especificada de múltiplesformas). Esto quiere decir que varios factores tie-nen la posibilidad de ayudar en el reconocimien-to de los sonidos del habla. Uno de los problemasdel vocoder era su «acento eléctrico», pero losprincipios utilizados en su elaboración facilitaronel desarrollo de la elaboración del espectógrafodel sonido. Este instrumento analiza las señalesaudio según la distribución de la frecuencia delsonido comprendido en la señal.

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Para el análisis del habla, el espectógrafopresenta la frecuencia en el eje y, el tiempo en eleje x, y la amplitud, por la oscuridad de los trazos.

Los análisis del habla a partir de la utiliza-ción del espectrógrafo existían durante la segundaGuerra Mundial, pero se guardaron como «secre-to militar» hasta el final de la guerra. La figuragenerada por el espectrógrafo se denomina es-pectrograma del sonido. Esta brinda un desplie-gue estacionario de la señal acústica que permiteevaluar cuáles aspectos de la señal son importan-tes para la percepción de los segmentos del habla.

Las raíces de la investigación de la per-cepción del habla han estado, lamentablemente,ligados a los intereses militares y comerciales pordesarrollar «un mejor sistema de comunicación».

Actualmente, el trabajo de análisis del ha-bla se realiza por computadoras especializadasque analizan y recrean con una resolución óptimala señal acústica.

En términos de las propiedades acústicas,el habla humana es una señal muy compleja quecontiene muchos tipos de información en un mo-mento individual y variable en el tiempo. La se-ñal es rápida, compleja y continua.

Por esta razón, los aportes de las investi-gaciones en el campo de la percepción del hablason sobre todo demostraciones de los mecanis-mos utilizados para segmentar y reconocer el ha-bla. Típicamente, los estudios han utilizado lassílabas o las palabras individuales como materialexperimental para segmentar.

3.1. Medir la voz

La voz es perfectamente analizable desde elpunto de vista físico: la señal acústica del habla. Elanálisis de esta señal toma en cuenta diversos pa-rámetros constitutivos: la frecuencia fundamental,la composición armónica (espectro acústico), laamplitud, así como el parámetro tiempo. Estos pa-rámetros físicos corresponden a los fenómenospercibidos auditivamente: la frecuencia fundamen-tal determina la impresión de altura (voz grave oaguda), la composición armónica corresponde altimbre (más o menos rico), la amplitud a la inten-sidad. El parámetro tiempo interviene en diversas

etapas y permite apreciar la velocidad de elocuciónde los sujetos.

La evolución del timbre en la duración es amenudo más estable. Algunas características estánligadas a la morfología del sujeto (tamaño de la la-ringe y de la cavidad bucal), pero ciertos «efectos»se pueden lograr, así como un cantante hace variarla calidad del sonido emitido. la tensión de los mús-culos de la laringe puede variar según el estadoemotivo de un sujeto y puede también modularseen función de las necesidades de la comunicación.

3.2. Propiedades acústicas de la señal delhabla y la noción de timbre

La fuente de energía acústica para la pro-ducción de sonidos procede de la modulación dela corriente de aire que circula desde los pulmo-nes hasta los labios. La producción de un sonidoimplica el movimiento de moléculas de aire. Du-rante la producción del habla, algunas partículasdel tracto vocal limitan la corriente de aire.

Según la manera como se produce un so-nido, la lingüística ha establecido una serie derasgos distintivos para cada sonido, de modo quepuedan ser estudiados. Es aquí donde aparece lanoción de timbre. Es principalmente en la des-cripción acústica de las vocales que se ha estu-diado el tmbre. Todos los sonidos del habla estáncompuestos de sonidos complejos (complex wa-ves sounds). Esto quiere decir que contienen fre-cuencias diferentes de una manera simultánea.Las vocales resultan de una modificación de lafuente del sonido en la manera como éste está de-terminado por las características resonantes de lacavidad oral del tracto vocal durante la produc-ción de este sonido.

Por lo tanto, un sonido específico estácompuesto de la frecuencia de resonancia asocia-da al tamaño y a la forma del espacio por el cualcircula el aire.

En el caso de las vocales, el componentede frecuencia de la fuente de estos sonidos en laglotis incluye la frecuencia fundamental (FO) ylos múltiplos de la frecuencia fundamental.

Los múltiplos de FO se denominan ar-mónicos. Por ejemplo, si la FO es de 100 hz,

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los armónicos pueden ser de 200 hz, 300 hz,500 hz y así sucesivamente hasta llegar a 8000hz. Algunas de estas frecuencias tendrán mayoro menor amplitud. Por ejemplo, la forma de la ca-vidad bucal para producir la vocal [u] va a deter-minar la frecuencia que será prominente cuando lacorriente de aire circule por intermediario de laforma particular de una cavidad oral.

La forma de la cavidad oral para la vocal[u] permite que las bandas de frecuencia bajapuedan resonar. Y las bandas de frecuencia deresonancia para el habla cambian según los mo-vimientos de los articuladores durante la pro-ducción del habla. Estas bandas se denominanformantes. La forma de la cavidad oral cambiasegún la vocal pronunciada.

En un espectrograma, se pueden apreciarlos formantes de las vocales. Cada vocal se carac-teriza al menos por tres bandas horizontales. Estasbandas son los formanes de las vocales. Por lo tan-to, las vocales se diferencian por la posición rela-tiva de los primeros dos formantes: F1 frecuenci-ca baja y F2 frecuencia elevada es el patrón quecaracteriza a una vocal como [i]; mientras que, pa-ra la identificación de la vocal [u], se distinguendos formantes muy bajos de frecuencia.

El tamaño y la forma del tracto vocal influ-yen en los componentes de la frecuencia. Por estarazón, los hombres, las mujeres y los niños asignanvalores diferentes para la formación de vocales.

Si los oyentes reconocen las diferentes vo-cales pronunciadas por un hombre, una mujer oun niño, es porque existe un sistema de reconoci-miento que opera, y no porque exista una refe-rencia a valores absolutos.

4. El timbre y los estudios de psicología

El timbre ha sido estudiado, en psicología,principalmente por la psicología social. Es sobretodo en las investigaciones que se interesan porla voz humana y por su influencia en las relacio-nes sociales donde el timbre ha sido abordado.Sin embargo, el timbre se presenta, en estos estu-dios, como una característica de la voz, y no hasido considerado de manera aislada.

En este contexto, los estudios de psicolo-gía socila plantean la gran importancia que tiene,para las relaciones sociales más elementales, lahabilidad para modificar de una manera apropia-da el conjunto de conductas verbales y no verba-les para tratar de influir sobre las actitudes ycomportamientos de los otros.

Estas investigaciones se centran en el tonoy la altura de la voz, así como en el número y lalocalización de las pausas y la naturaleza de laslíneas de entonación como elementos que favore-cen el contacto social. Estos estudios siguen lasmetodologías que se detallan a continuación:

a) Manipulación de la voz y de los tipos delhabla («cue manipulation approach»)Estas propuestas presentan una muestra dehabla (generalmente persuasiva) a locuto-res nativos para obtener «ratings» de lasfuentes de credibilidad. Esta estrategia hasido muy popular en las investigacionesde psicología social. Se manipulan seriesenteras de claves vocales (acentos, calidadde la voz...). Algunos estudios en esta di-rección son los de Lambert el al., 1960;Giles y Powesland, 1975.Las variables dependientes utilizadas en es-tas investigaciones están ligadas, en sumayoría, con las escalas que pertenecen adimensiones mayores: dominio, dinamis-mo, bienestar y honestidad. Los resultadosde tales estudios tienden a mostrar que losacentos estándares, el dinamismo, la veloci-dad de la voz y una falta relativa de pausasy de repeticiones, ligada a una calidad de lavoz «normal», provoca resultados elevadosde competencia, dominio y dinamismo.

b) Codificación de una fuente específica«via role playing»Este tipo de investigación ha sido muypopular en los estudios de expresión delas emociones (Kramer 1963; Scherer1970). Se han realizado investigacionespara analizar cómo los sujetos interpreta-ban las diferentes maneras que los acto-res utilizan para expresar sentimientos,ideas. Lamentablemente, los resultados

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han estado influenciados por el desempe-ño de los actores. Algunas veces ellosempleaban formas muy tradicionales pa-ra expresar ciertas emociones y estadospsicológicos. No obstante, estas investi-gaciones han permitido establecer rela-ciones entre ciertas características y elefecto obtenido en los espectadores. Porejemplo, en una de los experimentos, porla voz que un actor debía utilizar, los es-pectadores interpretaron que se trataba deun hombre «que no había tenido suerte enla vida, que no tenía trabajo...» y otrosestereotipos sobre el éxito social.

c) El enfoque de la interacciónEste enfoque dirige la discusión entre dospersonas o entre ciertos grupos en el labora-torio para tratar de detectar la influencia deuno o de varios participantes sobre los otros.Estas interacciones se graban para poderanalizar «objetivamente» los comporta-mientos de los sujetos. La información vi-sual y auditiva se les presenta posterior-mente a los participantes que tenían unainfluencia significativa en la situación. Apesar del interés de tales investigaciones,los experimentos requieren de muchotiempo y dinero, por lo que los resultadosno son generalizables a gran escala.

d) Otros tipos de análisis estudiadosOtros estudios analizan la medida de laspausas y la importancia de las variacionesmelódicas gracias a la informática y a susposibilidades de cuantificar. Los trabajosde Addington (1969), del equipo deBrown y sus colaboradores (1973, 1974) ylas observaciones de Chevrie - Muller yotros (1978), han aclarado el papel de losdiversos parámetros acústicos de la per-cepción de la personalidad. Por ejemplo,plantean que la calidad de la voz (la rique-za del timbre), refleja la competencia y eldinamismo. Esta calidad se presenta comouno de los elementos que atestigua, para eloyente, el deseo de contacto y de comuni-cación de su interlocutor.

Otros estudios psicológicos se han preo-cupado por las consecuencias, para laapreciación musical, que la afasia severaprovoca en los pacientes. Estas investiga-ciones han dirigido su atención principal-mente a la reproducción melódica y al re-conocimiento de timbres diferentes. Hanpropuesto que, debido a la preservaciónfrecuente de la reproducción y de la apre-ciación musical en los pacientes que su-fren de una afasia profunda, la habilidadmusical se controla en el hemisferio dere-cho. Por ejemplo, Milner (1962) utilizó lostests de aptitud musical para evaluar pre ypostoperatoriamente a un grupo de 16 pa-cientes. Encontró que solamente los pacien-tes que tenían una lesión en el hemisferioderecho mostraban, después de la cirugía,un descenso en la realización de la tarea encuestión. Estas situaciones se evidenciabanen las tareas de juicios («igual o diferen-tes»), de timbres y de memoria tonal.No obstante, estudios más recientes (Mi-celi, 1982; Auerbach, Allard, Naeser,Alexander y Albert, 1982) han mostradocomo evidencia clínica que el déficit deno-minado amusia se presenta también si lalesión ocurre en el hemisferio izquierdo.

5. Conclusiones

Después de haber presentado la noción detimbre desde diversos enfoques, concluimos queel estudio de este concepto, generalmente reduci-do a sus componentes acústicos y físicos, tam-bién está relacionado con significados de tipo so-cial y cultural que, lamentablemente, todavía seencuentran en su etapa inicial, así como tambiénlo está la investigación de este término y sus re-laciones con la organización cerebral.

No obstante, esbozar algunos de los li-neamientos que el estudio del timbre ha tomadosegún las disciplinas abordadas, evidencia la di-ficultad de reducir el término a una sola con-cepción o a una única interpretación. Más bien,el recorrido planteado remite a la complejidad ya la interacción que los diversos componentes

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del sonido mantienen unos con otros y, por ende,a la dificultad de aislar el concepto de timbre.

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