Dibujante de epiciclos de Fourier y osciloscopio Lissajous 3D

Matemáticas visuales, transformada DFT y síntesis de audio • Ciencia
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Estudio interactivo de Fourier y Lissajous

Matemáticas y física 60 FPS

Transforma cualquier boceto a mano alzada en una cadena de círculos giratorios con la Transformada Discreta de Fourier (DFT) o cruza señales sinusoidales en 3D para esculpir figuras armónicas de Lissajous que rotan en el espacio y suenan en tiempo real.

Trazados vectoriales predefinidos (o dibuja el tuyo):
DFT 2D // Compleja
Distribución de amplitudes armónicas (Radio de cada epiciclo) Armónicos activos
Armónicos calculados 260 armónicos
Fidelidad de energía 99.4 %
Periodo de ciclo 6.8 s / vuelta
Frecuencias y epiciclos
50
1.0x
Capas y visibilidad
Presets geométricos e intervalos armónicos:
3D ORBITAL // ARRASTRA PARA ROTAR
Razón armónica (fx : fy : fz) 2 : 3 : 2
Intervalo musical Quinta justa (2:3)
Frecuencias acústicas 440 Hz (izq) / 660 Hz (dcha)
Síntesis de audio estéreo (Web Audio API)
220 Hz
Frecuencias armónicas (Multiplicadores)
2
3
2
Desfases angulares (Fase phi)
0°
45°
90°
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Fundamentos de la Transformada de Fourier y curvas de Lissajous

La Transformada de Fourier es considerada uno de los pilares matemáticos y tecnológicos más profundos de la civilización moderna. Desde la compresión de audio MP3 y vídeo JPEG hasta las telecomunicaciones 5G, la resonancia magnética nuclear y el procesamiento digital de señales (DSP), casi todo sistema tecnológico se basa en descomponer patrones complejos en sumas de ondas sinusoidales simples.

Ecuación de la Transformada Discreta de Fourier (DFT) compleja:
X[k] = (1 / N) · Σ [ z[n] · e^(-i · 2·π·k·n / N) ] sumando desde n = 0 hasta N - 1

Reconstrucción por epiciclos encadenados:
p(t) = Σ [ X[k] · e^(i · (k·t + φ[k])) ]

Al ordenar los coeficientes X[k] por orden descendente de su radio o amplitud, los círculos iniciales dibujan las líneas generales y los contornos fundamentales, mientras que los círculos de menor tamaño van agregando las ondulaciones, las esquinas y los detalles más finos. Si reduces el deslizador de epiciclos, estás aplicando de forma visual un filtro pasabajos idéntico al que usan los ecualizadores de sonido para atenuar los agudos.

Figuras de Lissajous y su vínculo directo con la teoría musical

Cuando dos frecuencias senoidales se cruzan ortogonalmente en un osciloscopio, la figura resultante depende de la fracción fx / fy. Si las frecuencias son conmensurables (razón de números enteros), la curva se estabiliza. En música, esta misma relación define la consonancia acústica:

  • Razón 1:1 (Unísono): Ambas ondas tienen la misma afinación. La figura es una línea recta o un círculo perfecto según el desfase.
  • Razón 1:2 (Octava justa): Una onda vibra al doble de velocidad. Produce la clásica curva en forma de ocho (ocho de Lissajous).
  • Razón 2:3 (Quinta justa): La base de la afinación pitagórica. Tres lóbulos verticales por dos horizontales, correspondiente al intervalo entre notas como Do y Sol.
  • Razón 3:4 (Cuarta justa): Cuatro lóbulos por tres, el intervalo entre Do y Fa.
  • Batimento acústico (ej. 440 Hz frente a 442 Hz): Cuando dos notas están casi afinadas pero difieren por apenas un par de Hertzios, la figura de Lissajous rota de manera continua a la velocidad exacta de la pulsación sonora que escuchan tus oídos.

Preguntas frecuentes

¿Qué son los epiciclos de Fourier y cómo reconstruyen cualquier dibujo?

Cualquier trazo continuo o cerrado en el plano bidimensional puede descomponerse mediante la Transformada Discreta de Fourier (DFT) en una suma de números complejos rotatorios. Cada número complejo define un círculo o epiciclo que gira a velocidad angular constante, con un radio proporcional a la energía de esa frecuencia armónica y un desfase inicial. Al encadenar los círculos ordenados de mayor a menor tamaño, la punta del último vector reproduce con exactitud milimétrica la trayectoria original.

¿Qué es una figura de Lissajous y qué relación guarda con la música?

Una figura de Lissajous es la curva paramétrica que surge al cruzar dos o tres señales armónicas sinusoidales en ejes perpendiculares (X, Y y Z). Cuando la proporción entre las frecuencias es una fracción de enteros pequeños (como 1:1, 1:2 o 2:3), la figura forma un lazo cerrado y estable. En acústica, estas razones matemáticas corresponden con exactitud a los intervalos de la escala musical: 1:1 es el unísono, 1:2 es la octava justa, y 2:3 es la quinta perfecta (como la relación entre La 440 Hz y Mi 660 Hz).

¿Por qué se produce una ilusión de rotación 3D cuando cambia el desfase de fase?

El desfase angular phi determina la posición relativa entre las crestas y valles de las ondas. Al variar el desfase de forma continua en el tiempo, la curva se deforma suavemente pasando de elipses a lazos simétricos. En el cerebro humano, esta deformación continua produce una convincente sensación cinética de que una figura tridimensional está rotando en el espacio.

¿Cómo funciona la síntesis de audio estéreo en tiempo real?

La herramienta utiliza la Web Audio API nativa para generar dos ondas independientes dirigidas respectivamente a los canales izquierdo y derecho. Al escuchar con auriculares, el usuario percibe la consonancia armónica de la figura visual directamente a través de sus oídos, experimentando cómo la geometría espacial y la psicoacústica son dos caras de la misma ley física.