Armónicos y formantes de la voz: guía completa para cantantes

Armónicos, formantes y el tracto vocal

Una nota musical es el nombre que le ponemos a un sonido que vibra a determinada frecuencia, por ejemplo, una frecuencia de sonido de 440hz es la nota A4 (La de la cuarta octava). Memorizar las notas por frecuencias sería casi imposible, pero al ponerles nombres es posible hacer un sistema de notación musical que todos puedan usar y reproducir.

Una nota o tono fundamental es el primer tono (y principal) de un grupo de notas que salen simultáneamente de un instrumento o de la voz misma.

Un armónico es una frecuencia que se produce en conjunto a una nota fundamental y que es múltiplo de esa nota. Por ejemplo, los armónicos del A de 110hz serán 220hz, 330hz, 440hz, 550hz, etc.

Un formante es un pico de intensidad que se produce en el espectro de un sonido, es una conentración de energía. Esa concentración de energía se produce dentro de un espacio resonante y genera una ampliación en la intensidad de una determinada frecuencia.

Una cavidad resonante consiste en un espacio donde un sonido puede resonar y ser modificado, consiste en un contenedor de aire que tiene que tener una entrada para el sonido. Un espacio grande amplifica frecuencias más bajas y un espacio estrecho amplifica frecuencias altas. Compara la diferencia entre el sonido de un timbal, un bombo, una conga o un bongó, mientras más grande es la superficie, más grave suena.

En el tracto vocal, tenemos espacios de aire que generan diferentes formantes, los cuales amplifican a las frecuencias que son producidas por las cuerdas vocales. Los formantes son varios, pero, a fines prácticos, podemos hablar de dos formantes principales que están en dos espacios primarios del tracto vocal.

Estos dos espacios son: desde la laringe hasta la base de la lengua (vamos a llamarlo "Contenedor 1") y el otro espacio comprende desde la base de la lengua hasta los labios (lo llamaremos "Contenedor 2"). Para abreviar llamaremos a estos contenedores "C1" y "C2".

Nosotros tenemos la capacidad de modificar estos dos contenedores y, como mencioné arriba, si el espacio es mayor va a amplificar sonidos más graves y si es menor amplificará las frecuencias más agudas.

Frecuencias amplificadas por los formantes

El formante 1 (del contenedor 1) puede amplificar frecuencias de entre 250hz hasta 1400 hz (desde B3 hasta F6). El formante 2 puede amplificar desde 800hz hasta 2500hz (G5 hasta D#7). Esto nos da una gran gama de posibilidades de cambios en los sonidos resultantes. Si ambos contenedores se achican, el sonido se hace más brillante, si se achica C1 y agranda C2 el sonido será un poco más oscuro, si se agranda C1 y achica C2 el sonido será más brillante, ya que C2 cubre un rango de frecuencias más alto.

Si bien los dos primeros formantes son los más importantes, dentro del tracto vocal tenemos otros formantes, generados en pequeños contenedores internos, que se forman por las irregularidades del tracto (no es un tubo recto).

Estos son los primeros siete formantes:

Agrupamiento de formantes para ganar proyección

Cuando los formantes de la voz están cerca unos de otros, la energía se potencia, cuando están alejados, se disipa, así que, para generar mayor proyección, es necesario usar estrategias de agrupamiento de los formantes. Por ejemplo, al hacer una “I” el F1 se encuentra alrededor de los 250hz, mientras que el F2 ronda en los 2200hz, ambos están bastante separados así que la energía se disipa. Pero al hacer una “A”, el F1 ronda los 800hz y el F2 los 1200hz, al estar más cercanos uno de otro, la energía se potencia.

Los formantes 3 al 7 (y superiores) se pueden agrupar o separar. Estilos de canto como en el pop, jazz, country se suele buscar la propagación de formantes, dando énfasis a los armónicos agudos, creando así más brillo y claridad en la voz; en otros estilos como la ópera y comedia musical se busca agrupar los formantes para lograr un color más oscuro y mayor proyección; otros estilos buscan un color intermedio, por ejemplo, algunos cantantes de metal usan un timbre de voz que agrupa el 2do y 3er formante, expande el 4to, 5to y 6to y agrupa nuevamente el 7mo y 8vo. Es así que se pueden crear diferentes matices en la voz dependiendo de qué armónicos de la voz amplificamos.

Influencia de la densidad muscular

En toda cavidad resonante, la densidad de las paredes afecta al sonido. Si la densidad es mayor (más dureza), se generará más energía para menos cantidad de armónicos, si la densidad es menor, la energía se dispersa en más frecuencias (genera un mayor ancho de banda de formantes). Por eso, relajar los músculos de la lengua y faringe pueden dar más calidez a la voz. Músculos tensos generan mayor concentración de energía en algunos armónicos. Tener los músculos relajados permite más dispersión de la energía sonora y contribuye al enriquecimiento del sonido.

4 regiones acústicas en la voz

En el artículo denominado Filtered Listening and Vocal Regions del sitio "Voice Science Works" se habla de 4 regiones de la voz. A éstas regiones se las llama: "Subvocal" ("Under Vowel"); "Claridad vocal" (Vowel clarity); "Twang" y "Zumbido" ("Buzz"). Esta clasificación puede servir como guía, aunque no hay un consenso en el ámbito profesional sobre estas denominaciones. Kerry Obert, una investigadora de la voz, llama "Twang" a la zona de "Buzz" y "Ring" a lo que aquí llaman "Twang". No obstante, veamos un poco acerca de estas cuatro regiones principales.

Región subvocal

La región subvocal comprende entre los 250hz a 1400hz (dependiendo de cuál sea la nota fundamental), aunque la mayoría de las personas sólo llegarán a 1000hz en esta zona. Esta región es amplificada por el primer formante, es el formante más bajo y de los más fuertes.

La estabilidad de este formante nos da el potencial de emitir una voz estable, fuerte y con color. Dependiendo de cómo configuremos el tracto vocal y de qué nota estemos cantando, este primer formante puede alinearse con la nota fundamental, con el primer armónico, con el segundo o incluso amplificar dos armónicos a la vez, generando una mezcla acústica.

Región de claridad vocal

Esta región es la amplificada por el tercer y cuarto formante y comprende entre los 800hz a 2500hz. Aunque la zona de frecuencias se cruza con la zona subvocal, en la práctica no se solapan, debido a restricciones físicas.

Esta zona de frecuencias es la mayor responsable de dar claridad de definición a las vocales. En otras palabras, nuestra percepción de las vocales (A, E, I, O, U) depende principalmente de las frecuencias de este área. Según el investigador Ian Howell, las frecuencias por debajo de los 500hz tienden todas a percibirse como diferentes tipos de "U" y las frecuencias por encima de los 2300hz se perciben como "I", las demás vocales son percibidas dentro del rango de entre 500hz a 2300hz.

El segundo y tercer formante tienen la capacidad de conjuntamente modificar un mismo armónico, dándole mayor amplitud. El efecto más evidente de esto puede oírse en el canto con armónicos, pero también se pueden usar de una forma más sutil para dar claridad y definición a las vocales.

Región de Twang o Ring

Esta región comprende las frecuencias de entre 2500hz a 4000hz. Entre investigadores a esta región algunos lo llaman "Twang" y otros "Ring" (anillo), es lo que corresponde al llamado "Squilo" en la ópera. Para amplificar estas frecuencias actúan los formantes 3 al 6, lo cual dependerá de la configuración de resonadores que se use.

Esta región es de las más importantes para la proyección de la voz, especialmente en la ópera.

Johan Sundberg, en sus investigaciones sobre la acústica de la voz, halló que en una orquesta de ópera hay baja amplitud en las frecuencias alrededor de los 2500hz a 3500hz, por eso, cuando el cantante logra amplificar los armónicos en esa zona, su voz es "proyectada" y oída por encima de los demás instrumentos, porque logra excitar un área de frecuencias que está atenuada en el resto de instrumentos.

Otras investigaciones sugieren que el conducto auditivo externo vibra en esa banda de frecuencias, dándole a esas frecuencias un extra de energía cuando alcanza la corteza auditiva. Los formantes 4 y 5 suelen amplificar las frecuencias de estas bandas.

Además, las voces que logran un buen equilibrio en esta banda de frecuencias en general son percibidos como teniendo un timbre más agradable, ya sea que cante lírico o estilos contemporáneos.

Hay varias estrategias acústicas que se pueden usar para incrementar el "ring" o "twang". Una de ellas es el estrechamiento de la faringe, otra es atrasar la base de la lengua para generar el cierre epiglótico, la elevación de la laringe también aporta al twang, por lo general, al elevar la laringe también se estrecha la faringe. Hablaré más en detalle de esto en un próximo artículo.

Región de Zumbido o "Buzz"

La región de zumbido cubre las frecuencias desde 4000hz para arriba (hasta los 20khz, que es el límite de audición humana). Esta región provee de mayor energía al sonido y añaden mayor brillo. Como dije antes, la investigadora Kerry Obert prefiere llamar "Twang" a esta región y "Ring" a la anterior. Los formantes que actúan en esta zona son desde el quinto en adelante.

Esta región contribuye a la creación de impedancia en la voz, lo cual le da estabilidad, especialmente cuando cantamos agudos con potencia.

Los formantes modifican el color de tu voz

Teniendo en cuenta lo que hemos visto, podemos entender que el color y brillo de nuestra voz depende de cómo actúan los formantes, generando mayor o menor amplitud en las diferentes regiones, las cuales se mezclan para formar el "color final". Una voz que tenga mayor amplitud en los primeros armónicos y menor amplitud por encima de los 2500hz va a ser percibida como más "oscura"; una voz que tiene mucha amplitud por encima de los 3khz va a ser percibida como más brillante, filosa o penetrante. Por otro lado, si combinamos correctamente la oscuridad con la claridad, tendremos lo que en Bel Canto se denomina el "Chiaroscuro" o "Claroscuro", que refiere a un equilibrio entre claridad y oscuridad que define a las voces del canto lírico.

Modificaciones en laringe, faringe, labios, mandíbula y lengua contribuyen a la modificación de todos estos formantes, por ejemplo, al hacer una “I” (de forma natural) el F1 se encuentra alrededor de los 250hz, mientras que el F2 ronda en los 2200hz, ambos están bastante separados así que la energía se disipa. Pero al hacer una “A”, el F1 ronda los 800hz y el F2 los 1200hz, al estar más cercanos uno de otro, la energía se potencia.

Los formantes 3 al 6 (y superiores) se pueden agrupar o separar. En estilos de canto como en el pop, jazz, country se suele buscar la propagación de formantes, dando énfasis a los armónicos agudos, creando así más brillo y claridad en la voz; en otros estilos como la ópera y comedia musical se busca la agrupación de los formantes para lograr un color más oscuro y proyectado; otros estilos buscan un color intermedio, por ejemplo, algunos cantantes de rock y metal usan un timbre de voz que agrupa el 2do y 3er formante, expande el 4to, 5to y 6to y agrupa nuevamente el 7mo y 8vo. Es así que se pueden crear diferentes matices en la voz dependiendo de qué armónicos de la voz amplificamos.

En definitiva, bien trabajada, nuestra voz es capaz de generar muchos colores y matices, entender sus propiedades acústicas y cómo manipularlas nos ayuda a saber cómo moldearla apropiadamente para encontrar la marca personal que buscamos para nuestra voz.

Inertancia e impedancia acústica

La inertancia vocal es el resultado del equilibrio entre la presión subglótica y la contrapresión acústica que está por encima de las cuerdas vocales (impedancia de entrada). Esta contrapresión acústica se produce se produce cuando los formantes se alinean con los armónicos de tal manera que la energía vuelve hacia las cuerdas vocales. Cuando estas presiones están en equilibrio las cuerdas vocales funcionan de forma más eficiente. La inertancia es sólo parte del concepto conocido como impedancia acústica, pero, para simplificar, se suele hablar de la inertancia como un equivalente a la impedancia.

Si la presión del aire debajo de las cuerdas es mucho mayor o menor que la contrapresión, entonces las cuerdas vocales tienen que hacer un mayor esfuerzo para mantenerse en contacto, lo cual tiene un impacto en el sonido resultante, y también produce un mayor desgaste en las cuerdas.

Puesto que los músculos de la respiración son más grandes, es más difícil hacer un ajuste fino de la presión del aire a través de éstos (aunque se puede). Por otro lado, somos más capaces de hacer ajustes a nuestro organismo a través de los sonidos que escuchamos y las sensaciones de vibración, por eso los cambios de impedancia se realizan con más facilidad al ajustar el tracto vocal.

Un ejemplo de cómo aumentar la impedancia es mover la raíz de la lengua hacia atrás (forma de “I”), de esta forma se puede estrechar el espacio del tubo epilaríngeo y así equilibrar la energía debajo y encima de las cuerdas. De aquí podemos entender la efectividad de la técnica de Alfredo Krauss (que recomienda vocalizar con la vocal "I") para lograr una voz estable, sana y potente. De todos modos, no es la única forma de equilibrar la inertancia, hay muchas estrategias acústicas que se pueden utilizar para tener una emisión sana y eficiente.

Otra forma de aumentar la inercia es estrechando el tubo epilaríngeo a través de las paredes de la faringe, creando así el twang. Los ejercicios de tracto vocal semi-ocluido (TVSO) también ayudan a aumentar la impedancia (ejercicios con sorbete, con manguera en agua, trino de labios, trino de lengua, vocalizaciones con B, D, V, Z, etc.).

Conclusión y recomendaciones

En conclusión, espero con esto haber podido dar una introducción sencilla a un tema tan amplio y complejo como lo es la acústica del tracto vocal. Lograr un buen manejo de los resonadores es la forma en la que podrás tener una voz sana, una emisión eficiente y un timbre de voz agradable, estable, potente y bien definido.

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Te dejo algunos enlaces para estudiar más sobre este tema:

Hyperphysics: Mapa conceptual de la acústica vocal

Hyperphysics: Resonancia del tracto vocal

Research Gate: El twang: En el Estill voice y en la Técnica Vocal Completa

Voice Science Works: Filtered Listening and Vocal Regions

Voice Science Works: Vocal Tract

Voice Science Works: Acoustic Strategies

Le Chanteur Moderne: What is Twang?

Matt Edwards: Why you feel “forward placement” when singing