42. (Diciembre 2012) Enseñanza de música por vía de las matemáticas I
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Escrito por Paco Gómez Martín (Universidad Politécnica de Madrid)   
Miércoles 05 de Diciembre de 2012

1. Introducción

En el artículo de este mes vamos a tratar el tema de la formación científica de los músicos. Aquí surgen varias preguntas, casi de modo irrefrenable:

  • ¿No debería tener toda persona de artes o letras un mínimo de formación científica? En particular y dada las potenciales conexiones entre ciencia y arte, ¿no deberían disfrutar los músicos de esa formación? ¿No debería impartirse tal formación en los estudios reglados?
  • ¿Por qué negar los aspectos cuantitativos de la música? Estos existen y pueden explicarse a partir de las matemáticas y la física.
  • Después de décadas de investigación matemática sobre la música, ¿por qué no usar ese conocimiento para diseñar nuevos modos de enseñar música? Estos modos supondrían, al menos, una enseñanza más rica en conceptos y recursos.
  • Las matemáticas y la música tienen conexiones en al menos cuatro niveles [Be00]: en el de la física del sonido, en el del lenguaje musical, en el de la estética y el metafórico. Este último nivel ha de entenderse como una conexión basada en el proceso y la analogía, ambos conceptos comunes a las matemáticas y a la música. Entonces, ¿no pueden aprovecharse esas conexiones para diseñar asignaturas que tengan un enfoque interdisciplinar? En un mundo cada día más interdisciplinar, ¿por qué empeñarse en una enseñanza profundamente reduccionista?
  • En ciertas especialidades musicales la formación científica -dados los avances actuales- se hace imprescindible, como por ejemplo en la musicología cuantitativa (a veces incluso llamada musicología computacional) o en teorías compositivas modernas (la música de Xenakis, la música fractal, la música algorítmica, la música electrónica). ¿Por qué en nuestros conservatorios no se imparte una enseñanza que incluya algo de ciencia? ¿Por qué dejar cojos a nuestros futuros músicos, sea cual sea su especialidad, de esta importante formación?
  • A un nivel más abstracto, las matemáticas y la música tienen como característica común un agudo sentido de lo estético. Los grandes matemáticos y los grandes músicos han hablado con arrobo de las experiencias estéticas que les ha proporcionado su actividad. ¿No se pueden intercambiar esas experiencias a través de un plan de estudios con ambiciones?

Antes de que el lector proteste por el aparente sesgo de introducir las matemáticas en la música, quiero defender vehementemente la introducción de la música en la enseñanza científica. Creo que en toda carrera científica debe haber asignaturas de letras de tal modo que los alumnos que salgan de nuestras universidades sean verdaderos humanistas. En teoría, las asignaturas de libre elección estaban para eso, a imagen del modelo americano, pero se redujeron a asignaturas complementarias bien por las habituales y no por ello menos patéticas luchas de poder bien para paliar la reducción de horas en los nuevos planes de estudios.

En cierto punto de la conversación con Ricardo salieron a colación varios libros que enseñan teoría de la música básica a través de las matemáticas. Dichos libros se usan en conservatorios del extranjero y, hasta lo que alcanza mi conocimiento, no se usan en España. Uno de los libros que se mencionó es Foundations of diatonic theory (Fundamentos de teoría diatónica), de Timothy Johnson [Joh03]. Creo que la virtud de este libro está en la explicación de conceptos musicales a partir de unos presupuestos matemáticos mínimos. En realidad, para comprender el libro lo que único que se requiere es predisposición a razonar y unos rudimentos de aritmética. A partir de ahí, el libro constituye una gozosa travesía por la teoría de escalas. Este artículo inaugura una serie que analizará en detalle el libro de Johnson. Para empezar, déjeme el lector mostrarle el índice del libro (mi traducción):

Prefacio

Para el instructor
Agradecimientos

La visión de las matemáticas a través del currículo educativo

 

Introducción

¿Tenéis preguntas?
Matemáticas y música
Cómo usar este libro

Capítulo 1: relaciones espaciales y estructuras musicales

Puzles con relaciones espaciales
Estructuras musicales a partir de figuras geométricas
Una definición de intervalos
Resumen y ampliaciones

Capítulo 2: patrones de intervalos y estructuras musicales

Patrones de intervalos diatónicos
Patrones de intervalos y el círculo de quintas
Estructuras de otras colecciones
Resumen y ampliaciones

Capítulo 3: triadas y acordes de séptima y sus estructuras

De la colección al acorde
Triadas y acordes de séptima de máxima regularidad
Variedad y multiplicidad de acordes diatónicos
Resumen y ampliaciones

Conclusión

¿Tenemos ahora alguna respuesta?

2. La introducción del libro

La introducción del libro describe una anécdota que no me resisto a citar literalmente (mi traducción):

""¿Tenéis preguntas?" preguntó un famoso compositor y director de orquesta a un público formado por estudiantes y profesores de música en una conferencia no hace muchos años.
"Sí," -respondió un pianista conocido y de mucho talento- "¿por qué están las teclas blancas y negras del piano dispuestas de esa manera?"
El público se paró a pensarlo durante un par de segundos antes de que una risa sorda y nerviosa empezase a romper el tenso silencio. Tanto el compositor como el pianista parecían incapaces de llegar a una respuesta satisfactoria, pero sus caras mostraban que estaban intrigados e interesados en esa pregunta.

El libro presenta material que dará respuesta a esta intrigante pregunta a través de razonamientos musicales y matemáticos. En particular, explicará la distribución de la escala diatónica en base al principio de máxima regularidad (o simplemente principio de regularidad).

3. Relaciones espaciales y estructuras musicales

Johnson empieza directamente por mostrar unos diagramas consistente en un círculo dividido en 12 partes; véase la figura 1 (todas las figuras de este artículo están tomadas de su libro y modificadas apropiadamente):

Figura-1

Figura 1: Colocación de puntos en círculos.

La pregunta es sencilla: ¿cómo poner 2 puntos de manera que estén lo más alejado posible entre sí? En el círculo de más a la izquierda se ve una de las posibles soluciones. ¿Cómo se haría para 3, 4 y 5 puntos? Poner 3 o 4 puntos es fácil e intuitivo, quizás porque esos números son divisores enteros de 12, el número de puntos (véanse los círculos centrales de la figura 1). El caso de 5 es harina de otro costal, pues los puntos no se pueden poner equidistantes unos de otros.

En todos los casos hay más de una solución. Por ejemplo, en el caso de 2 puntos hay 6 posibles soluciones, todas ellas equivalentes bajo rotaciones. Johnson ofrece al lector la fórmula general que reza

Formula-1

donde c es el número de subdivisiones del círculo, d el número de puntos que queremos colocar y mcd es el máximo común divisor de dos números (el mayor divisor común). En nuestro ejemplo, tenemos c=12 y d=2; por tanto, el número de soluciones posibles para 2 puntos es 12/mcd(12, 2)=12/2=6, tal y como habíamos señalado antes. Para 5 puntos hay 12 soluciones puesto que 12 y 5 solo tienen a 1 como divisor común.

El caso de 5 puntos es llamativo. En el libro se da una solución elegante, que es de hecho la base de un algoritmo (procedimiento) ya conocido (véase [DGM+09]) y que podíamos llamar el algoritmo del vecino más cercano; véase la figura 2.

Figura-2

Figura 2: Colocación de 5 puntos en el círculo.

Se parte de una asignación arbitraria de los puntos sobre el círculo (figura 2 (a)); a continuación se muven los puntos hasta que están a igual distancia entre sí (figura 2 (b)). Los puntos no han caído sobre las subdivisiones, como se aprecia en la figura. Esto se arregla moviendo cada punto a la subdivisión más cercana (figura 2 (c)), y con ello quedan colocados los puntos de la manera más regular posible.

Tras esta exploración inicial, Johnson se mete en profundidades cuando pregunta al lector cómo colocar 6, 7 y 8 puntos. Todavía 6 es fácil, pues 6 divide a 12, pero no es el caso con 7 ni con 8. El caso de 7 es fascinante. Dejamos al lector que busque la solución por sí mismo. De los diagramas de la figura 3, solo el de la derecha es correcto. El primer diagrama es un intento fallido de obtener la colocación de los 7 puntos a partir de la de 6; los otros dos son también fallidos por distinas razones.

Figura-3

Figura 3: Colocación de 7 puntos.

Antes de asignar significado musical a estos diagramas, Johnson investiga qué ocurre con los diagramas complementarios. Si, por ejemplo, tomemos el círculo con 6 puntos, no importa por ahora como estén, y ahora consideramos otro círculo con los puntos colocados en el complementario de los puntos del primer círculo, este diagrama es el complementario del primero. En la figura 4 tenemos a la izquierda un círculo con 6 puntos y a la derecha su correspondiente complementario.

Figura-4

Figura 4: Diagramas complementarios.

La pregunta es entonces: si un diagrama tiene un conjunto de puntos colocados con máxima regularidad, ¿el diagrama complementario tendrá los puntos colocados regularmente también? Por la figura 4, parece que sí, y, de hecho, es cierto siempre. Pruebe el lector con el diagrama de 7 puntos de la figura 3 (d).

Ahora las 12 subdivisiones se etiquetan con los nombres de las notas (dado que las figuras están tomadas de su libro, los nombres de las notas aparecen en inglés). En la figura 5 están los diagramas con máxima regularidad para un número de puntos entre 2 y 8.

Figura-5

Figura 5: Diagramas con las notas musicales.

A partir de aquí, Johnson interpreta los diagramas como sigue:

  • Diagramas de dos puntos: intervalos.
  • Diagramas de tres puntos: triadas.
  • Diagramas de cuatro puntos: acordes de séptima.
  • Diagramas de cinco a ocho puntos: escalas.

Un diagrama regular de 2 puntos corresponde a un tritono, pues divide los 12 semitonos del temperamento igual en dos mitades exactamente iguales. Un diagrama regular de 3 puntos equivale a una triada aumentada. Un diagrama regular de 4 puntos corresponde a un acorde de séptima disminuida. Un diagrama regular de 5 puntos es una escala pentatónica (en la figura 5 (d), las teclas negras del piano). Un diagrama regular de 6 puntos es equivalente a una escala de tonos enteros. Un diagrama regular de 7 notas corresponde con la escala diatónica mayor. Por último, un diagrama regular de 8 notas equivale a una escala octotónica que alterna tono y semitono (figura 5 (g)).

Al llegar a este punto (página 26 del libro) Johnson da una definición más rigurosa de regularidad máxima. Hasta ahora las situaciones que ha presentado se han resuelto de manera intuitiva. Sin embargo, esto será ya materia de la columna de enero.

4. Para saber más

En el espectáculo Materritmo se presentan de un modo divertido varias de las ideas del libro de Johnson. En Materritmo el principio de regularidad se usa como principio de composición y análisis de ciertas piezas de percusión de música de Ghana. Vídeos (en inglés) del espectáculo se pueden ver aquí.

Bibliografía

  • [Be00] Scott Beall, Funcional melodies: Finding mathematical relationships in music. Key Curriculum Press. Emeryville, California. 2000.
  • [DGM+09] Demaine, E., Gómez, F., Meijer, H., Rappaport, D., Taslakian, P., Toussaint, G. T., Winograd, T. and Wood, D. R. The Distance Geometry of Music. Computational Geometry: Theory and Application, 42, págs. 429-454, 2009.
  • [Joh03] Timothy A. Johnson. Foundations of diatonic theory. Key College Publishing. Ithaca, New York. 2003.

 
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