Afinación automática de instrumento musical de cuerda por medio de control digital basado en análisis frecuencial.

Abstract

Para la creación de esta aplicación se siguió un orden lógico en la construcción e investigación. Para la demostración práctica del sistema de afinación se utilizó una guitarra bajo de cuatro cuerdas tipo "precision" el cual es un estilo ampliamente utilizado en el medio que caracteriza. El primer paso fue el del diseño y construcción del Hardware de excitación. Se prestó especial cuidado en la durabilidad y consistencia del mismo, debido a que éste formaría la parte mecánica más utilizada tanto para la investigación del fenómeno de vibración de las cuerdas, como para la aplicación final. Este sistema se diseñó de tal manera que tanto los factores ambientales tales como cambios de temperatura o humedad no tuvieran mayor efecto en el desempeño del mismo. El sistema también fue diseñado de manera que sus partes móviles tuvieran el menor desgaste posible, y en el caso en el que el desgaste se tome inminente, el diseño permitirá el fácil reemplazo de esta pieza en particular. Para el sistema de excitación también fue necesaria la creación de un control digital, el cual se vale de detectores ópticos para controlar la posición de los excitadores, de manera que no interfieran con la vibración de las cuerdas. Con este aditamento, el sistema de excitación se volvió independiente de las demás aplicaciones, es decir, la PC únicamente se limita a mandar comandos de cuándo excitar una cuerda, mientras que el control de los excitadores queda limitado al sistema de excitación exclusivamente. Una vez diseñado el sistema de excitación, se procedió a la realización de un estudio para determinar el método a utilizar para procesar las señales provenientes del instrumento de cuerda. Esta tarea constituyó la utilización de técnicas de ventaneo, normalización y cálculo del espectro frecuencia'. También fue necesaria la utilización de librerías de Windows las cuales permiten tener acceso a hardware como la tarjeta de sonido, reloj del sistema, etc. El método determinado consta de dos partes principales que son: acercamiento por frecuencia principal y aproximación final por armónicas. La combinación de ambos métodos teóricamente lleva a una afinación para la cual el oído humano no es capaz de percibir el error remanente con respecto a una afinación matemáticamente prefecta. Luego, se diseñó un control digital unificado en Visual Basic 6.0, el cual se encarga de la adquisición, procesamiento y despliegue de datos y del control de actuadores y excitadores. Este control digital también cuenta con una interfaz gráfica para el usuario la cual es simple y requiere de poco o ningún entrenamiento previo del individuo que haga uso de ella. Finalmente, se diseñaron actuadores mecánicos con servo-motores modificados para rotación continua. Estos son controlados desde la PC, y permiten la corrección de la tensión de las cuerdas. El resultado principal de este trabajo fue la aplicación automática capaz de afinar una "guitarra bajo" hasta el punto en el que el oído humano no percibe la diferencia de frecuencia con respecto a una afinación matemáticamente perfecta. Por lo tanto, la precisión de la afinación resultante es, para el oído humano, de un 100%.