Cimática

La cimática (del griego antiguo κῦμα , romanizado :  kŷma , lit.  'onda') es un subconjunto de fenómenos vibracionales modales . El término fue acuñado por el médico suizo Hans Jenny (1904-1972). Normalmente se hace vibrar la superficie de una placa, diafragma o membrana, y las regiones de desplazamiento máximo y mínimo se hacen visibles en una fina capa de partículas, pasta o líquido. ^[1] Surgen diferentes patrones en el medio excitatorio dependiendo de la geometría de la placa y la frecuencia de excitación.

Los aparatos que se emplean pueden ser sencillos, como el cuenco chino con pico vertedor , en el que se frotan las asas de cobre y se hace vibrar el elemento inferior, también de cobre. Otros ejemplos son la placa de Chladni ^[2] y el llamado cimascopio.

El 8 de julio de 1680, Robert Hooke pudo ver los patrones nodales asociados con los modos de vibración de las placas de vidrio. Hooke pasó un arco por el borde de una placa de vidrio cubierta con harina y vio surgir los patrones nodales. ^[3]

El músico y físico alemán Ernst Chladni advirtió en el siglo XVIII que los modos de vibración de una membrana o una placa pueden observarse rociando la superficie vibrante con un polvo fino (por ejemplo, polvo de licopodio , harina o arena fina). El polvo se mueve debido a la vibración y se acumula progresivamente en puntos de la superficie correspondientes a la vibración del sonido. Los puntos forman un patrón de líneas, conocidas como "líneas nodales del modo de vibración". Los modos normales de vibración, y el patrón de líneas nodales asociadas a cada una de éstas, están completamente determinados, para una superficie con características mecánicas homogéneas, a partir de la forma geométrica de la superficie y por la forma en que la superficie está constreñida. ^[3]

Experimentos de este tipo, similares a los realizados anteriormente por Galileo Galilei ^[4] alrededor de 1630 y por Robert Hooke en 1680, fueron perfeccionados posteriormente por Chladni, quien los introdujo sistemáticamente en 1787 en su libro Entdeckungen über die Theorie des Klanges (Descubrimientos sobre la teoría del sonido). Esto supuso una importante contribución a la comprensión de los fenómenos acústicos y del funcionamiento de los instrumentos musicales. Las figuras así obtenidas (con la ayuda de un arco de violín que se frotaba perpendicularmente a lo largo del borde de placas lisas cubiertas de arena fina) todavía se denominan con el nombre de "figuras de Chladni".

En 1967 Hans Jenny , un estudiante del antropósofo Rudolf Steiner , publicó el primero de dos volúmenes en alemán titulado Kymatic ; el segundo se publicó póstumamente en 1972.) En 2001, MACROmedia Publishing creó un compuesto de estos dos volúmenes en inglés. Recientemente, en marzo de 2024, reeditaron una versión ampliamente revisada de esta edición compuesta con notas y comentarios de los principales expertos en los campos de la acústica, las artes y las terapias de sonido.) Mostró la evolución de imágenes armónicas al someter sustancias inertes a ondas sonoras oscilantes . Su sustancial cuerpo de trabajo basado en una rigurosa metodología científica, desarrolló los experimentos de Chladni, destacando imágenes intrincadas, orgánicas y armónicas que reflejaban muchos patrones universales encontrados en la naturaleza y especialmente en los organismos vivos. Jenny esparció polvos, pastas y líquidos sobre una placa de metal conectada a un oscilador que podía producir un amplio espectro de frecuencias. Las sustancias se organizaron en diferentes estructuras caracterizadas por formas geométricas típicas de la frecuencia de la vibración emitida por el oscilador. Según Jenny, estas estructuras, que recuerdan al mandala y otras formas recurrentes en la naturaleza, serían una manifestación de un campo de fuerza invisible de la energía vibratoria que las generaba. Le impresionó especialmente la observación de que, al imponer una vocalización en sánscrito antiguo de Om (considerado por hindúes y budistas como el sonido de la creación), el polvo de licopodio formaba un círculo con un punto central, una de las formas en que se había representado el Om .

De hecho, para una placa de forma circular, que reposa en el centro (o en el borde, o al menos en un conjunto de puntos con simetría central), todos los modos de vibración nodal tienen simetría central, por lo que la observación de Jenny es totalmente coherente con propiedades matemáticas bien conocidas. ^[5] Desde el punto de vista físico-matemático, la forma de los patrones nodales está predeterminada por la forma del cuerpo puesto en vibración o, en el caso de las ondas acústicas en un gas, la forma de la cavidad en la que está contenido el gas. La onda sonora, por tanto, no influye en absoluto en la forma del cuerpo vibrante ni en la forma de los patrones nodales. Lo único que cambia debido a la vibración es la disposición de la arena. La imagen formada por la arena, a su vez, está influenciada por el espectro de frecuencia de la vibración solo porque cada modo de vibración se caracteriza por una frecuencia específica. Por tanto, el espectro de la señal que excita la vibración determina qué patrones se muestran realmente nodalmente. Los fenómenos físicos implicados en la formación de las figuras de Chladni se explican mejor mediante la física clásica. ^[6]

Los dispositivos para mostrar imágenes nodales han influido en las artes visuales y la música contemporánea. La artista Björk creó proyecciones de patrones cimáticos utilizando frecuencias bajas durante la gira de su álbum Biophilia . De manera similar, el pintor y músico Perry Hall utiliza vibraciones de un bajo eléctrico para crear patrones cimáticos en tanques de pintura, ^[7] que luego filma (los Sound Drawings). ^[8]

El libro de Hans Jenny sobre las figuras de Chladni influyó en Alvin Lucier y ayudó a que Lucier escribiera su composición Queen of the South . El trabajo de Jenny también fue seguido por el fundador del Centro de Estudios Visuales Avanzados (CAVS), György Kepes , en el MIT . ^[9] Su trabajo en esta área incluía una pieza de chapa metálica vibrada acústicamente en la que se habían perforado pequeños agujeros en una rejilla. Pequeñas llamas de gas ardían a través de estos agujeros y los patrones termodinámicos se hicieron visibles gracias a esta configuración.

A mediados de los años 1980, el artista visual Ron Rocco , que también desarrolló su trabajo en CAVS, empleó espejos montados en pequeños servomotores , impulsados ​​por la señal de audio de un sintetizador y amplificados por un amplificador de válvulas para reflejar el haz de un láser. Esto creó patrones de luz que correspondían a la frecuencia y amplitud del audio. Utilizando este haz para generar retroalimentación de video y computadoras para procesar la señal de retroalimentación, Rocco creó su serie de instalaciones "Andro-media". Rocco más tarde formó una colaboración con el músico David Hykes , que practicaba una forma de canto de armónicos mongol con The Harmonic Choir, para generar imágenes cimáticas a partir de un charco de mercurio líquido, que funcionaba como un espejo líquido para modular el haz de un láser de helio-neón a partir del sonido así generado. Se pueden encontrar fotografías de este trabajo en el catálogo de Ars Electronica de 1987. ^[10]

El fotógrafo y filósofo alemán contemporáneo Alexander Lauterwasser ha traído la cimática al siglo XXI utilizando osciladores de cristal finamente elaborados para hacer resonar placas de acero cubiertas con arena fina y hacer vibrar pequeñas muestras de agua en placas de Petri . Su primer libro, Water Sound Images , ^[11] traducido al inglés en 2006, presenta imágenes de luz que se refleja en la superficie del agua puesta en movimiento por fuentes de sonido que van desde ondas sinusoidales puras hasta música de Beethoven , Karlheinz Stockhausen , el grupo electroacústico Kymatik (que a menudo graba en sonido envolvente ambisónico ) y el canto de armónicos . Las fotografías resultantes de patrones de ondas estacionarias son sorprendentes. El libro de Lauterwasser se centró en la creación de análogos visuales detallados de patrones naturales que van desde la distribución de manchas en un leopardo hasta los patrones geométricos que se encuentran en plantas y flores, hasta las formas de las medusas y los intrincados patrones que se encuentran en el caparazón de una tortuga.

El compositor Stuart Mitchell y su padre TJ Mitchell afirmaron que las tallas de la Capilla Rosslyn supuestamente contienen referencias a patrones cimáticos. En 2005 crearon una obra llamada The Rosslyn Motet , realizada al intentar hacer coincidir varios patrones de Chladni con 13 símbolos geométricos tallados en las caras de cubos que emanan de 14 arcos. ^[12]

El grupo musical The Glitch Mob utilizó cimática para producir el vídeo musical "Becoming Harmonious (ft. Metal Mother)". ^[13]

Influenciada por los diagramas de yantra y la cimática, la artista y diseñadora de moda Mandali Mendrilla creó un vestido escultural llamado "Kamadhenu" (Vestido del Árbol de los Deseos III) cuyo patrón se basa en un diagrama de Yantra que representa a la diosa Kamadhenu . ^{[14] [15]}

Aphex Twin sugiere aprender más sobre cimática en referencia a la "afinación maestra de 440 Hz " en una conversación con el creador de sintetizadores Tatsuya Takahashi . ^[16]

Desde 2010, el colectivo artístico Analema Group crea performances participativas en las que el público produce patrones cimáticos digitalmente en tiempo real. ^[17]

En 2014, el músico Nigel Stanford produjo "Cymatics", un vídeo instrumental y musical diseñado para demostrar los aspectos visuales de la cimática. ^[18]

En 2016, el compositor y ex mariscal de campo de Arizona State, Samson Szakacsy, creó "The Drawing Machine" (La máquina de dibujar) al poner boca arriba un subwoofer, con papel grueso encima y marcadores de pintura colgando de un alambre de pescar, mientras la vibración de sus canciones movía los marcadores para producir patrones de flores de tipo fractal. Luego, llevó la máquina de dibujar de gira e hizo que cada set dibujara en vivo para representar cómo se ve la música. Esta demostración de cimática se puede ver en este video.

El pintor estadounidense contemporáneo Jimmy O'Neal creó su propio cimascopio, que ha utilizado para producir varias obras de arte público. Una de esas pinturas es 511.95 Hz of wine, un mural a gran escala basado en el patrón que se crea al pasar un dedo por el borde de una copa de vino casi vacía. ^[19]

En 2020, la Real Casa de la Moneda de los Países Bajos emitió una medalla oficial para conmemorar el 65.º aniversario del Festival de la Canción de Eurovisión, organizado en la ciudad de Róterdam. Un escáner 3D pudo capturar las formas cimáticas de un plato vibratorio lleno de agua del río Mosa. Para crear la moneda, se mezclaron todas las canciones históricas ganadoras de concursos anteriores y se emitieron a través de un altavoz.

El logotipo y el tema artístico de Eurovisión 2022 se basan en la cimática. ^[20]

La secuencia del título principal de El Señor de los Anillos: Los Anillos del Poder está inspirada en la cimática. ^[21]

Inspirados por los patrones periódicos y simétricos en la interfaz aire-líquido creados por la vibración del sonido, P. Chen y sus colaboradores desarrollaron un método para diseñar diversas estructuras a partir de materiales a microescala utilizando plantillas basadas en líquidos. ^[22] Esta plantilla basada en líquidos se puede reconfigurar dinámicamente ajustando la frecuencia de vibración y la aceleración.

• Resonancia mecánica
• Megan Watts Hughes , inventora del eidófono
• Visualización musical
• Cociente de Rayleigh en el análisis de vibraciones
• Luz estroboscópica
• Vibración de placas
• Música visual

• Cómo hacer un experimento con placas de Chladni

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