Aquí hay que distinguir dos temas diferentes.
Uno es la vibración de un sistema físico perturbado por algún tipo de excitación, que luego se comunica al aire. Cualquier cuerpo tiene unas propiedades físicas (elasticidad, densidad, etc.) que permiten que sus partículas se muevan y unas condiciones de contorno (partes del cuerpo que no se pueden mover). Al ser perturbado por la excitación, las partes móviles del cuerpo vibran pendularmente en torno a las que están fijas. Las frecuencias a las que se puede producir esta vibración se llaman "modos" y dependen de las propiedades físicas del cuerpo, de las condiciones de contorno y de la excitación que se produce.
En algunos sistemas físicos, estos modos o frecuencias siguen una relación lineal a partir de una frecuencia fundamental: f, 2f, 3f, etc., lo que conocemos como la serie armónica. Ejemplos son los instrumentos de cuerda o los de bisel. El sonido de estos instrumentos produce una sensación acústica de altura muy definida.
Pero hay otros sistemas cuyos modos de vibración no siguen la serie armónica: los instrumentos de láminas, las campanas, los instrumentos de parche... Incluso los instrumentos de viento-metal siguen una serie armónica que está ligeramente desafinada, los armónicos superiores no están exactamente a múltiplos enteros aunque están cerca, por eso nos suenan más estridentes. En estos instrumentos la sensación subjetiva de altura definida no está tan clara.
Así que no hay que buscar la serie armónica en todas partes, porque no es universal en cualquier sistema vibratorio. Un ejemplo matemático, con sus ecuaciones diferenciales y condiciones de contorno:
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/ondas/vibracion_barra/vibracion_barra.htm
El segundo tema es la
percepción psicoacústica de la altura. El oído humano está formado por células transductoras que responden a distintas frecuencias y la sensación de altura está relacionada con excitaciones que siguen la serie armónica. Por eso los instrumentos cuyos modos de vibración están cercanos a esta serie nos resultan más definidos en altura, lo que asociamos subjetivamente a conceptos como "suave", "puro", "melódico", "armonioso"...
Se han hecho experimentos con sonidos sintéticos (síntesis aditiva a partir de sinusoides) y se ha determinado que la presencia de una frecuencia fundamental no es necesaria si el resto de frecuencias sugiere fuertemente una serie armónica basada en dicha fundamental. Por ejemplo, si escuchamos un sonido con componentes fuertes a 300, 500 y 700 Hz podemos llegar a percibir una sensación de altura basada en 100 Hz, de la cual serían los armónicos 3, 5 y 7. Esto es fácil de comprobar, por ejemplo con Audacity, creando 4 pistas y usando el generador de tonos para crear las frecuencias.
Digamos que el oído "intuye" la frecuencia fundamental aunque no esté, porque oye cosas que normalmente oye cuando sí está dicha frecuencia. Es un fenómeno perceptual asociativo, relacionado con patrones neuronales de reconocimiento, parecido a las famosas imágenes gestálticas:
[ Imagen externa no disponible ]
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