Cimática

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

El aparato empleado puede ser sencillo, como el cuenco chino con boquilla , en el que se frotan asas de cobre que hacen vibrar los elementos inferiores de cobre. Otros ejemplos incluyen la placa de Chladni ^{[ 2 ]} y el llamado cimascopio.

El 8 de julio de 1680, Robert Hooke pudo observar los patrones nodales asociados con los modos de vibración de placas de vidrio. Hooke deslizó un arco a lo largo del borde de una placa de vidrio cubierta de harina y vio emerger los patrones nodales. ^{[ 3 ]}

El músico y físico alemán Ernst Chladni observó en el siglo XVIII que los modos de vibración de una membrana o placa pueden observarse esparciendo sobre la superficie vibrante 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 que corresponden a la vibración sonora. Estos puntos forman un patrón de líneas, conocido como "líneas nodales del modo de vibración". Los modos normales de vibración, y el patrón de líneas nodales asociado a cada uno de ellos, están completamente determinados, para una superficie con características mecánicas homogéneas, por la forma geométrica de la superficie y por la manera en que esta se encuentra restringida. ^{[ 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 el 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) aún se denominan «figuras de Chladni».

Michael Faraday descubrió que los líquidos contenidos en un recipiente producen patrones regulares cuando este se hace vibrar, las llamadas ondas de Faraday .

En 1967, Hans Jenny , discípulo del antropósofo Rudolf Steiner , publicó en alemán el primero de dos volúmenes titulados Kymatic (el segundo se publicó póstumamente en 1972). Demostró la evolución de imágenes armónicas al someter sustancias inertes a ondas sonoras oscilantes . Su extensa obra, basada en una rigurosa metodología científica, desarrolló los experimentos de Chladni, destacando intrincadas imágenes armónicas orgánicas que reflejaban numerosos patrones universales presentes en la naturaleza, especialmente en los organismos vivos. Jenny extendía polvos, pastas y líquidos sobre una placa metálica conectada a un oscilador capaz de producir un amplio espectro de frecuencias. Las sustancias se organizaban en diferentes estructuras caracterizadas por formas geométricas típicas de la frecuencia de 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 vibracional 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 Om .

De hecho, para una placa de forma circular, apoyada en el centro (o en el borde, o al menos en un conjunto de puntos con simetría central), los modos de vibración nodal tienen todos simetría central, por lo que la observación de Jenny es totalmente consistente 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 que vibra o, en el caso de ondas acústicas en un gas, por la forma de la cavidad que contiene el gas. Por lo tanto, la onda sonora 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 únicamente por el espectro de frecuencias de la vibración, ya que cada modo de vibración se caracteriza por una frecuencia específica. Por lo tanto, el espectro de la señal que excita la vibración determina qué patrones se muestran realmente de forma nodal. Los fenómenos físicos involucrados 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 graves durante la gira de su álbum Biophilia .

El libro de Hans Jenny sobre las figuras de Chladni influyó en Alvin Lucier y contribuyó a la composición de Lucier, La reina del sur . El trabajo de Jenny también fue continuado por György Kepes, fundador del Centro de Estudios Visuales Avanzados (CAVS) del MIT . ^{[ 7 ]} Su trabajo en este campo incluyó una pieza de chapa metálica vibrada acústicamente en la que se habían perforado pequeños agujeros en una cuadrícula. Pequeñas llamas de gas ardían a través de estos agujeros y, mediante esta configuración, se hacían visibles patrones termodinámicos .

A mediados de la década de 1980, el artista visual Ron Rocco , quien también desarrolló su trabajo en CAVS, empleó espejos montados en pequeños servomotores , impulsados ​​por la señal de audio de un sintetizador y amplificada 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". Posteriormente, Rocco colaboró ​​con el músico David Hykes , quien practicaba una forma de canto de armónicos mongoles con The Harmonic Choir, para generar imágenes cimáticas a partir de una piscina 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 esta obra en el catálogo de Ars Electronica de 1987. ^{[ 8 ]}

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 para hacer vibrar pequeñas muestras de agua en placas de Petri . Su primer libro, Water Sound Images , ^{[ 9 ]} 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 canto de armónicos . Las fotografías resultantes de patrones de ondas estacionarias son impactantes. El libro de Lauterwasser se centró en crear 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, pasando por 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 El Motete Rosslyn, realizada al intentar hacer coincidir varios patrones de Chladni con 13 símbolos geométricos tallados en las caras de cubos que emanan de 14 arcos. ^{[ 10 ]}

El grupo musical The Glitch Mob utilizó cimática para producir el video musical "Becoming Harmonious (ft. Metal Mother)". ^{[ 11 ]}

Influenciada por los diagramas 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 Yantra que representa a la diosa Kamadhenu . ^{[ 12 ] [ 13 ]}

Aphex Twin sugiere aprender más sobre cimática en referencia a la "afinación maestra de 440  Hz " en una conversación con el fabricante de sintetizadores Tatsuya Takahashi . ^{[ 14 ]}

Desde 2010, el colectivo artístico Analema Group crea performances participativas en las que el público produce digitalmente patrones cimáticos en tiempo real. ^{[ 15 ]}

En 2014, el músico Nigel Stanford produjo "Cymatics", un video instrumental y musical diseñado para demostrar los aspectos visuales de la cimática. ^{[ 16 ]}

En 2016, el compositor y ex mariscal de campo de la Universidad Estatal de Arizona, Samson Szakacsy, llevó de gira un dispositivo de cimática al que llamó "la Máquina de Dibujo" y hacía que en cada actuación dibujara en directo para representar cómo se ve la música.

El pintor estadounidense contemporáneo Jimmy O'Neal creó su propio cimascopio, que ha utilizado para producir diversas obras de arte público. Una de ellas es 511,95 Hz de vino, un mural de gran formato basado en el patrón que se forma al trazar con el dedo el borde de una copa de vino casi vacía. ^{[ 17 ]}

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 Eurovisión celebrado en Róterdam. Un escáner 3D logró capturar las formas cimáticas de un plato vibrante lleno de agua del río Maas. Para crear la moneda, se mezclaron todas las canciones ganadoras de ediciones anteriores del festival y se reprodujeron a través de un altavoz ( vídeo ).

El logotipo y el diseño temático de Eurovisión 2022 se basan en la cimática. ^{[ 18 ]}

La secuencia de títulos principales de El Señor de los Anillos: Los Anillos de Poder está inspirada en la cimática. ^{[ 19 ]}

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. ^{[ 20 ]} Esta plantilla basada en líquidos puede reconfigurarse dinámicamente ajustando la frecuencia y la aceleración de la vibración.

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

• Cómo hacer un experimento con placa de Chladni