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Disertación de las Matemáticas de la Música en las obras Clave Bien Temperado de Bach y K.516.f de Mozart Carlos Eduardo Cardona Buitrago Casa de la Cultura Ricardo Nieto de Palmira, Colombia Noviembre de 2013 [email protected] Cuando pensamos en música muchas veces no nos damos cuenta que detrás de todos esos sonidos hay una fundamentación matemática que ha permitido que la música sea más universal y perfecta, uno de los primeros teóricos de la música fue Pitágoras quien desarrollo el concepto de circulo de quintas y fue el primero que intento desarrollar un sistema de afinación el cual fue utilizado hastael Barroco, este sistema no era perfecto y en muchas de las veces cuando se trataba de interpretar una canción en otra escala esta sonaba desafinada y esto ocurría porque las proporciones que él usaba tomaba números enteros y despreciaba los números irracionales, como es sabido Pitágoras fue el primero en describir los números irracionales como la hipotenusa de un triángulo rectángulo y que en su época y en su escuela era considerado como de alta traición enseñar los números irracionales ya que rompían las formas perfectas de los dioses y se pagaba con la muerte hablar de esto a los no iniciados en las matemáticas de Pitágoras. La historia cuenta que Pitágoras una vez paso por una herrería y escucho como el herrero martillaba con dos mazos, uno tenía el doble de peso del otro por lo que logro notar que el sonido que producía uno al martillar era el doble del otro pero con el mismo tono por lo que desarrollo un experimento con un instrumento de una sola cuerda y empezó a estudiar sus proporciones así 1:1 2DO 1DO 2:1

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Disertación de las Matemáticas de la Música en las obras Clave Bien

Temperado de Bach y K.516.f de Mozart

Carlos Eduardo Cardona Buitrago

Casa de la Cultura Ricardo Nieto de Palmira, Colombia

Noviembre de 2013

[email protected]

Cuando pensamos en música muchas veces no nos damos cuenta que detrás

de todos esos sonidos hay una fundamentación matemática que ha permitido

que la música sea más universal y perfecta, uno de los primeros teóricos de la

música fue Pitágoras quien desarrollo el concepto de circulo de quintas y fue el

primero que intento desarrollar un sistema de afinación el cual fue utilizado

hastael Barroco, este sistema no era perfecto y en muchas de las veces

cuando se trataba de interpretar una canción en otra escala esta sonaba

desafinada y esto ocurría porque las proporciones que él usaba tomaba

números enteros y despreciaba los números irracionales, como es sabido

Pitágoras fue el primero en describir los números irracionales como la

hipotenusa de un triángulo rectángulo y que en su época y en su escuela era

considerado como de alta traición enseñar los números irracionales ya que

rompían las formas perfectas de los dioses y se pagaba con la muerte hablar

de esto a los no iniciados en las matemáticas de Pitágoras.

La historia cuenta que Pitágoras una vez paso por una herrería y escucho

como el herrero martillaba con dos mazos, uno tenía el doble de peso del otro

por lo que logro notar que el sonido que producía uno al martillar era el doble

del otro pero con el mismo tono por lo que desarrollo un experimento con un

instrumento de una sola cuerda y empezó a estudiar sus proporciones así

1:1

2⁰ DO 1⁰ DO

2:1

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Xi: Son las octavas de la escala musical

𝑋 : Media aritmética

𝑋 𝑔: Media geométrica

𝑋𝑎 : Media armónica

Xi X1 X2

Octavas 1⁰ 2⁰

𝑋 = 𝑋𝑖𝑛

𝑖=1

n

𝑋 = 𝑋𝑖2

𝑖=1

2 =

𝑋1+𝑋2

2 =

1+2

2 =

3

2

𝑋 𝑔 = 𝑋𝑖𝑛𝑖=1

𝑛

𝑋 𝑔 = 𝑋𝑖2𝑖=1

2= 𝑋1 ∗ 𝑋2

2 = 1 ∗ 2

2 = 2

2

𝑋𝑎 =𝑛

1

𝑋𝑖

𝑛

𝑖=0

𝑋𝑎 =2

1

𝑋𝑖

2

𝑖=1

= 2

1

1+

1

2

= 2 3

2

= 4

3

2⁰ DO 1⁰ DO 22

3

2

4

3

FA FA# SOL

𝑋𝑎 𝑋 𝑋 𝑔

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Hallando la Media Aritmética se dio cuenta que esta representaba la proporción

que hay entre las quintas del circulo de quintas o sea que de C a G hay una

razón de3

2 , la media geométrica era F# y la media armónica F pero esta

proporción no le permitía encontrar las razones exactas de las doce notas de la

escala cromática así que miremos la siguiente tabla y el teorema que le sigue

para descubrir como desarrollo su sistema de afinación

Teorema

En doce quintas hay siete octavas (3/2)12

(2)7

Para hallar los factores de las razones entre las notas hay que encontrar los

exponentes m y n de la proporción (3/2)𝑚

(2)𝑛 para esto utilizamos la regla de tres

simple directa y escogemos el número entero del resultado

Factor para C pues 1

Factor para C#

C# es la quinta número 7 del circulo de quintas de Pitágoras como se puede

ver en la tabla de arriba entonces decimos doce quintas son siete octavas si

C# es la quinta número 7 ¿cuantas octavas habrán? aquí aplicamos la regla de

tres

0 C

1 G

2 D

3 A

4 E

5 B

6 F#

7 C#

8 G#

9 D#

10 A#

11 E#

12 B# == C

CIRCULO DE QUINTAS

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12 7

7 X ; X = (7*7)/12 = 4,083333 escogemos la parte entera o sea 4

“he aquí el error de Pitágoras despreciaba los decimales”

Factor de C# (3/2)7

(2)4=

37

211

Factor para D

El factor lo hallamos dividiendo la media aritmética por la media armónica

𝑋 = 𝑋𝑖𝑛

𝑖=1

n

𝑋𝑎 =𝑛

1

𝑋𝑖

𝑛

𝑖=0

Factor para D = 𝑋

𝑋𝑎 =

3

24

3

= 9

8

Factor para D#

Para hallar este factor volvemos a utilizar la regla de tres y decimos en doce

quintas hay siete octavas si D# es la quinta número 9 ¿cuantas octavas

habrán?

12 7

9 X ; X = (9*7)/12 = 5,25 tomamos la parte entera o sea 5

Factor de D# (3/2)9

(2)5=

39

214

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Factor para E

Para hallar este factor tenemos que tener en cuenta que 9

8 es la proporción

entre tonos entonces entre D y E deberá de ser 9

8x

9

8 =

81

64 =

34

26

Factor de E = 34

26

Factor para F

Otra vez utilizamos la regla de tres y miramos que la quinta número once es E#

o sea F entonces decimos si en doce quintas hay siete octavas en 11 quintas

¿cuantas octavas habrán?

12 7

11 X ; X = (11*7)/12 = 6,416666 tomamos la parte entera o sea 6

Factor de F = (3/2)11

(2)6 =

311

217

Factor para F#

Miramos el que F# es la quinta número 6 entonces

12 7

6 X ; X= (6*7)/12 = 3,5 tomamos la parte entera o sea 3

Factor de F# = (3/2)6

(2)3 = 36

29

Factor de G

Como vimos arriba la media aritmética es la proporción que hay entre quintas y

la primera quinta desde C es G por lo tanto

𝑋 = 𝑋𝑖2

𝑖=1

2 =

𝑋1+𝑋2

2 =

1+2

2 =

3

2

Factor de G = 3

2

Factor G#

G# es la octava quinta entonces

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12 7

8 X ; X = (8*7)/12 = 4,66666 tomamos la parte entera o sea 4

Factor de G# = (3/2)8

(2)4 =

38

212

Factor de A

Como el factor de G es 3

2 y la proporción entre quintas es

9

8 entonces el factor

de A será 3

2 X

9

8 =

27

16 =

33

24

Factor de A = 33

24

Factor de A#

Como podemos ver A# es la décima quinta entonces

12 7

10 X ; X = (10*7)/12 = 5,83333 tomamos la parte entera o sea 5

Factor de A# = (3/2)10

(2)5 = 310

215

Factor de B

B es la “quinta” quinta valga la redundancia por lo tanto

12 7

5 X ; X = (5*7)/12 = 2,916666 tomamos la parte entera o sea 2

Factor de B = (3/2)5

(2)2 =

35

27

Con esto hemos encontrado los factores que nos permitirá hallar las

frecuencias de las diferentes notas en la escala pitagórica, resumamos esto en

la siguiente tabla teniendo en cuenta que la frecuencia de cada nota de la

escala cromática pitagórica se hace multiplicando la frecuencia de la tónica por

el factor de cada nota para nuestro caso tomaremos C con frecuencia de

261,6256 Hz

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PITAGORAS

TONO FACTOR FRECUENCIA

C 1 261,6256

C#

37

211

279,382416

D

9

8

294,3288

D#

39

214

314,305218

E

34

26

331,1199

F

311

217

353,59337

F#

36

29

372,509888

G

3

2

392,4384

G#

38

212

419,073623

A

33

24

441,4932

A#

310

215

471,457826

B

35

27

496,67985

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Al utilizar este método los teóricos de la música durante varios siglos llegaron a

la conclusión que había una quinta del lobo que no correspondía a la media

aritmética por lo que cuando se iba interpretar una canción en otra escala esta

canción sonaba desafinaba por lo que un fraile y matemático llamado

Mersenne en 1627 escribió un texto llamado Armonía Universal donde utilizo

un método de afinación que al parecer tomo de un príncipe de la dinastía Ming

llamado ZhuZaiyu (1536-1614) quien era músico y matemático y que utilizo una

progresión geométrica con la potencia de 12

Ahora miremos el desarrollo que le dio Mersenne para hallar la frecuencia de la

escala cromática que le permito a Bach escribir CLAVE BIEN TEMPERADO

Este método es mucho más sencillo.

Sea X la frecuencia y X12 la frecuencia de las doce notas de la escala

cromática pero como queremos hallar sobre su segunda octava entonces

X12 = 2 por lo tanto X = 212

El factor del primer C es uno de C# es 212

1, la de D es 2

12

2, la de D# es

212

3, y así sucesivamente por lo tanto

La serie en términos generales

Fn+1 = Fn*X para n = 1,2,3…..

F1=Fo*X

F2 = F1*X = Fo∗ X2

F3 = F2*X= Fo∗ X3

Generalizando tenemos

Fk = Fo*X𝑘 para K = 0,1,2, 3…..

Con esto construyamos la escala temperada como podemos ver en la siguiente

tabla

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Escala Temperada

TONO FACTOR FRECUENCIA

C 1 261,6256

C# 212

1

277,182668

D 212

2

293,664807

D# 212

3

311,127025

E 212

4

329,627601

F 212

5

349,228278

F# 212

6

369,994472

G 212

7

391,995488

G# 212

8

415,304753

A 212

9

440,000058

A# 212

10

466,163823

B 212

11

493,883367

Como podemos ver en A la frecuencia es 440Hz que es la que actualmente

utilizamos desde la época de Bach lo que le permitió a él escribir sus canciones

en todas las escalas partiendo desde C mayor siguiendo por C# y así

sucesivamente y con las relativas menores también sin desafinarse.

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Este fue un enorme avance para la música, a partir de aquí vinieron los

grandes maestros con sus grandiosas obras, mi intención ahora es mostrar

como en el clasicismo también se utilizaron las matemáticas en la música, para

ello estudiaremos una de las obras de Mozart conocida como juego de dados

donde él utilizo la teoría de probabilidades para escribir obra una que podría

ser interpretada durante veinticuatro horas al día todos los días y durar más de

mil años.

Lo que hizo Mozart fue muy sencillo escribió ciento setenta y tres compases y

los organizo en dos tablas de ocho columnas y once filas, las columnas

representan el lanzamiento de dados primer, segundo lanzamiento y así

sucesivamente la fila representa el número que sale cuando lanzamos los

dados la intercepción de las filas y las columnas me da un número que es uno

de los compases escritos por Mozart lo que hay que hacer es buscar ese

compas y este será el primer compas de nuestra canción volvemos a lanzar los

dados y buscamos en la tabla de nuevo hasta que tengamos todos los

compases de nuestra canción

Veamos las tablas:

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Así por ejemplo hacemos nuestro primer lanzamiento y los dados nos muestra

el número 6 que corresponde al compás 148 escrito por Mozart ese será el

primer compas

Lanzamos otra vez y nos sale el numero 12 buscamos en las tablas y tenemos

el compás 130

De esta manera hemos escrito una canción inédita de Mozart de dos compases

Entonces podemos escoger de once números en dieciséis lanzamientos de la

siguiente forma

1116 = 4,594972986x1016maneras de escribir compases con lo cual podríamos

durar más de mil años componiendo temas inéditos de Mozart.

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Finalmente podría decir que las matemáticas en la música se han utilizado en

la creación de obras que han transformado la humanidad usando conceptos

complejos o sencillos como los que hizo Mozart en su Obra Juego de Dados

K.516.f o como Bach que estandarizo las escalas bien temperadas para los

músicos de las generaciones venideras.