TRABAJO SOBRE ACUSTICA
 

 

INSTRUMENTOS DE VIENTO ARTESANALES
DISEÑO Y EVOLUCION

Temas de la Ponencia de Colón '97

Abstracto:

Desde mucho tiempo atrás se construyen instrumentos de viento en forma artesanal. Los constructores fueron guiados por el instinto, el ensayo y error, y, en el caso de los instrumentos tradicionales sudamericanos, condicionados en gran parte por la forma natural de los materiales.

Hace no mucho tiempo, la ciencia fue investigando y descubriendo los porqué de muchos hallazgos empíricos, aplicándose al diseño y diagnóstico en instrumentos orquestales occidentales.

Hoy día, conocer las razones físicas del funcionamiento de los vientos puede ayudar a mejorar el diseño de los instrumentos folklóricos y de proyección latinoamericana.

INTRODUCCION

Los instrumentos de viento acompañan al hombre desde muy antiguo. Prácticamente todos los pueblos tienen una tradición en tal sentido. Por lógica, los instrumentos de viento comenzaron fabricándose en materiales naturales disponibles, y la música que con ellos se ejecutaba estaba fuertemente condicionada por las potencialidades y las debilidades que éstos tenían.

La música y la lutería avanzaron sincrónicamente, y junto con la lutería las técnicas de tornería, metalurgia y otras artesanías conexas, pero el problema acústico estaba lejos de acompañar dicho devenir. Aun así puede trazarse una diferencia fundamental entre la evolución de los instrumentos en occidente respecto a los tradicionales: los occidentales fueron abandonando lentamente la supeditación estética y funcional a los materiales naturales, para desarrollar técnicas y mecanismos de carácter práctico. Pese a ello, la búsqueda fue eminentemente empírica, basada en el ensayo y error.

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Existen dentro de nuestro medio dos "costumbres" negativas:

1) El guardar información como "secreto". Aunque parezca una postura algo romántica, dichos secretos no existen. El concepto de secreto se liga con el de misterio, y el misterio se devela con la explicación. Esto deja el campo libre para el ingenio. Sin embargo, sí debemos preocuparnos por proteger los diseños de la copia.

2) No existe, salvo pocas excepciones, la costumbre de registrar por escrito experiencias y hallazgos de nuestro oficio.

Estos dos puntos contrastan con la difusión, el acceso y la diversidad de información que existe en otros países. Así, nos hallamos en la ya usual paradoja de que para obtener información aplicable al diseño de nuestros instrumentos tradicionales, debemos recurrir al extranjero.

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Un hallazgo práctico, cualquiera sea la vía de conocimiento que se use para alcanzarla (empírico, intuitivo, inductivo, racional), tiene un correlato explicativo que pertenece al campo de estudio científico. En este caso de los instrumentos de viento, la explicación acústica es compleja: intervienen en ella muchas variables a considerar (aún en la flauta mas sencilla), cálculos matemáticos complejos y cuidadosas mediciones casi imposibles de realizar con herramientas usuales. Por lo tanto, la acústica de los instrumentos de viento muy rara vez puede ser predictiva, sino que es explicativa.

La tradición de construir instrumentos con materiales naturales lleva a una práctica de ensayo y error y de muy escaso nivel de estandarización. Este punto distingue a la tradición occidental, en la cual cualquier mejora de sonido, respuesta, entonación, etc. intentó repetirse, ya que el lutier parte de un trozo de madera (o metal) sin formas predeterminadas que puedan influir la columna de aire, verdadera alma del instrumento.

ELEMENTOS PARA EL DISEÑO

EL METODO DE TRABAJO

Es importante destacar que el lutier de vientos, si bien trata con materiales tangibles, lo que en realidad está formateando es aire. Cuando se observa una caña, o un hueso, o un cuerno, lo que en verdad hay que mirar es el aire encerrado en ellos. El material en sí cumple una función secundaria. El lutier europeo diseña previamente una columna de aire, mientras que quien trata con materiales naturales la busca o la encuentra.

Pero a esta altura de la cultura humana, donde esas diferencias continentales están algo obsoletas, y la música ejerce una presión pareja a lutieres de aquí y allá , se torna evidente reconocer los elementos usados en el diseño previo, para, por un lado, permitir o facilitar una mejor búsqueda, y, por otro, conocer que se le puede agregar o cambiar a un material natural para su mayor rendimiento

Así se abre un campo de estudio muy vasto para los lutieres con experiencia: conocer los porque, y aplicarlos.

Desde siempre hemos trabajado por un método de selección natural del material. Así, elegimos algunas cañas que nos parecen aptas para hacer, digamos, quenas, construímos embocaduras, probamos y deshechamos las que no sirvieron. Con los años se reduce el número de las que "tiramos al fuego", a medida que se entrena el ojo. Pero no sabemos por qué algunas fallan. A su vez, cada constructor tiene su propio criterio de las fallas, y es mas o menos tolerante con éstas.

EXPLICACION DE ACUSTICA

Un buen punto de comienzo es el estudio de los errores, observando cuidadosamente esas quenas malas, y tratando de hallar la causa, usar esa experiencia para mejorar el ojo y el diseño.

Claro que para esto debemos tener un conocimiento aunque sea aproximativo a lo que sucede con el aire en el interior de una quena u otro viento.

El sonido consta de tres cualidades fundamentales: frecuencia, amplitud y espectro . La primera define la altura de la nota, la segunda el volumen, y el tercero el timbre . De una manera u otra, todos tenemos una pretensión (de sonido) con el instrumento que puede traducirse a alguna de estas tres cualidades. Fuera de ellas, son cuestiones funcionales o estéticas. Las tres cualidades pueden ser mejoradas o empeoradas modificando distintas partes del instrumento.

Es útil para el análisis dividir nuestro hipotético instrumento en 3 partes: embocadura, tubo y pabellón o salida . En el ejemplo de marras, las quenas no tienen pabellones acampanados, pero si una salida al aire externo.

Cuando se sopla correctamente, el aire se corta contra la embocadura, produciendo una sucesión de torbellinos de máxima y mínima movilidad. Ese movimiento se transmite al aire encerrado en el tubo, se refleja en el extremo opuesto o salida y se establece una onda estacionaria. Este movimiento oscilatorio tiene una frecuencia (f), mayormente determinada por el largo de la columna, y modificada por su diámetro y salida, como así también por un complejo asociado a la tendencia de la boquilla. Tiene también una amplitud o volumen, determinado por el diámetro del tubo, de los extremos abiertos y de los orificios de digitación (cuando los hay), y un timbre, de formulación más compleja, influído por formato de embocadura, formato del tubo (considerando sus irregularidades) y características de la salida.

Un típico problema de las quenas (y de cualquier viento) es el que en la jerga se llama "mentir". Esto significa que hay diferencia entre dos notas que se ejecutan en la misma posición de dedos, (ordinariamente referido a la octava).

Tomando el ejemplo más sencillo, es decir un tubo cerrado (al que aun no le hicimos agujeros), sucede a veces que miente, sonando la octava mas grave o mas aguda de lo esperado. Esta situación normalmente queda en el campo del misterio, prefiriéndose eliminar la caña (hasta aquí con poco trabajo agregado) y pasar a otra cosa. Pero detengámonos en los porque.

Dentro de un tubo se forma una semionda, es decir, la mitad de una onda de determinada longitud Los límites de este largo están dados por el largo del tubo en una primera aproximación.

Pero para formarse una onda se necesitan crestas y valles, oscilaciones de algún tipo. El tipo de oscilación que se da en una columna de aire está dado por el movimiento de las moléculas, y por sus cambios de presión. Por lo tanto, hay regiones del tubo donde se producen variaciones de movimiento, y otras donde se producen variaciones de presión. Si algo (p. ej., nudos de la caña) entorpece estas variaciones críticamente, tiene efectos críticos sobre el sonido. Si desafortunadamente están estratégicamente mal ubicados, puede producir diferencias entre el primer modo de oscilación y el segundo. El tubo, entonces, miente.

A veces estos entorpecimientos son mínimos, pero existen.

Estas trabas a la formación de una onda "natural" pueden ser de dos tipos: constricciones (adelgazamientos del tubo) o expansiones (engrosamientos del mismo). Así como percibimos fácilmente cuando son negativas, su uso o presencia en lugares favorables puede contribuir al diseño sonoro de un tubo

Vale la pena acá aclarar una técnica de análisis para instrumentos de viento , que consiste en hacerles ensanchamientos o encojimientos, y estudiar su respuesta. Para el estudio, la deformación debe tener un 20 % del diámetro interno del instrumento.

UN PAR DE SUPUESTOS

Mucha menor influencia tienen en el sonido algunos supuestos que existen entre lutieres y músicos, como ser el material con que está hecho el instrumento, o la forma de la sección transversal (circular, oval, cuadrada, etc)

En el primer caso, es decir el material, su influencia se manifiesta en el timbre, volumen y la frecuencia de manera muy indirecta y secundaria. Por ejemplo, ciertos materiales pueden conformar una embocadura mas afilada, que reforzará los armónicos agudos, pero entiéndase que hablamos de una cuestión de formato de la embocadura. Una especie de geometría inducida por el material o las técnicas que se usan para trabajarlo

Otra manera como influye el material en timbre, y también volumen, es cuando tratamos con materiales de muy escaso espesor. Estos entran en resonancia a ciertas frecuencias contenidas en el tono sonoro, de manera que convierten parte de la energía del sonido en movimiento. Al extraerle al tono dichas componentes, resulta ademas un timbre diferente. Es lo que sucede si tenemos una flauta de madera y otra de metal. La de metal, por conveniencia, se construye en material de menor espesor, siendo muy probable que se produzca ese fenómeno de absorción armónica. Nuevamente, no es una condición intrínseca del material: si hacemos la flauta metálica con el espesor de la de madera (y olvidamos su peso) su sonido resultante será casi indistinguible de la madera. Esta característica se repite para las cañas, las maderas comparadas entre sí, los cuernos, las calabazas y otros materiales naturales.

La otra manera que indirectamente influye el material es en su porosidad. En casos extremos, como ser tubos de calabazas serpiente, es notable la disminución del volumen, no debida al material, nuevamente, sino a su configuración interna: es material blando, por un lado, pero además no forma un tubo de paredes lisas, sino que las rugosidades encierran pequeñas cápsulas de aire estáticas, que oponen resistencia a las variaciones de presión en el aire interior del tubo, traduciéndose en variaciones menores, y por lo tanto de menor amplitud. Lo mismo sucede con cualquier madera que al haber sido agujereada no ofrece una superficie perfectamente lisa. El tema de un material blando se manifiesta especialmente en las altas frecuencias.

La otra costumbre que tenemos es el uso de tubos con una sección redonda para la construcción de instrumentos, sean cilindros o conos de distinta pendiente. No es esto imprescindible. El elemento más importante de la geometría del cilindro o el cono es el hecho que a medida que se lo va cortando longitudinalmente, continúa siendo el mismo cuerpo. Pero un prisma de 4 lados (o más), o una pirámide conservan esa característica, respectivamente para el cilindro y el cono. Así, como elemento de diseño, podría haber (y hay) instrumentos de sección cuadrada que funcionan casi indistintamente respecto a los redondos.

TIMBRE Y ALTURA DE LAS NOTAS

El no tratar con paredes rectas tiene distintas consecuencias acústicas. Por empezar, puede alterar la respuesta de armónicos: cuando soplamos un instrumento cada vez más intensamente, se obtienen notas de acuerdo a una progresión (fundamental, octava, quinta, octava) Estas notas se obtienen en forma sucesiva, pero también determinan el timbre de la nota, al presentarse en forma superpuesta, aclarando que el timbre es resultado de la superposición de armónicos. Dicho de otra manera, las notas que emitimos soplando cada vez más fuerte, también están contenidas en el tono fundamental, definiendo el timbre o color del instrumento. Entonces, si trabajamos adrede con un tubo con irregularidades, obtendremos una respuesta de armónicos inusual, como así también un timbre diferente. Esta practica se realiza en la construcción de tubos de órganos, en ciertos instrumentos formales (clarinetes, oboes, fagotes) y en instrumentos experimentales, para obtener gamas armónicas inasequibles por otros medios. Varios efectos complican la predicción de donde deben ubicarse dichas irregularidades.

Otra variable poco tenida en cuenta en el diseño y construcción de instrumentos tradicionales es la Velocidad del sonido, cuyo principal condicionante es la temperatura. Así, muchos de nosotros nos encontramos con ejemplos como este: Supongamos que hacemos una tanda 5 de moxeños un día frío de invierno (0°). Seleccionamos las cañas, hacemos las embocaduras y afinamos la primer nota (supuesto, La de 440 Hz). Proseguimos la construcción de 2 de ellos, y los afinamos. Supongamos que retomamos el trabajo con los otros moxeños un caluroso día de diciembre (36° a la sombra), y nos encontramos con un La de 450Hz. No nos equivocamos antes, sucede que el calor actúa como si "acortara"los tubos. Los instrumentos clásicos tienen un dispositivo para alargar o acortar el largo útil del tubo, pero convengamos que en un moxeño esto es complicado de realizar. En las quenas y otros instrumentos más pequeños, el ejecutante compensa en cierta medida este efecto con la embocadura, pero es imposible en un moxeño. Lo recomendable es trabajar con tablas de temperatura y su influencia en la frecuencia para determinada longitud de onda. (REF a 20°C)



EL LUTIER Y EL MUSICO

Dije antes que este efecto se compensa en la quena con lo que en la jerga llamamos "yeites". El más común es el alejar o acercar la embocadura del instrumento para subir o bajar la afinación. En instrumentos de lengüeta, el mismo efecto se consigue con diferente presión sobre la caña. Muy a menudo esto se hace en forma inconsciente

Respecto al emboquillado, conviene repasar las diferencias entre el lutier y el músico. En principio, el lutier está haciendo instrumentos para otros, no para sí mismo, por lo que es deseable que cultive una embocadura lo más estable posible A todos nos pasó alguna vez que, supongamos, afinamos un La a 440, pasamos a afinar un Si, y da bajo. Entonces (consciente o inconscientemente) "forzamos" la embocadura para que dé bien. Lo que en el músico es una virtud, en el lutier es un defecto: el músico debe estabilizar las imperfecciones de un instrumento todo lo posible, mientras que el lutier debe hacer instrumentos lo más estables posibles. Esto no agota en absoluto la cuestión de si el lutier debe o no ser músico, pero diferencia campos y pasiones de uno y otro. La mucha práctica de la ejecución "musical" de un instrumento puede inconscientemente introducir errores de prueba en la construcción. Es función del lutier interpretar lo que el músico necesita, y también presentarle instrumentos o recursos que al músico no se le habrían ocurrido.

Un capítulo aparte merecerían los aparatos para soplar artificialmente, que se diseñan y fabrican para la verificación de flautas dulces y otros vientos. Según mi parecer, son bastante inaplicables a la realidad de los instrumentos tradicionales.

 

EL EFECTO DE BORDE

Valdría la pena conocer la explicación acústica del yeite, que está asociada con el área de embocadura expuesta al aire externo.

Cualquier flauta (quena, traversa, pinkuyo, flauta dulce) se lo considera acústicamente como un tubo abierto en ambos extremos. El área del extremo distal, o salida, puede coincidir con el área de la sección del tubo, ser menor (constricción, como las quenas terminadas en nudo) o mayor (pabellón o campana expandida). Estas diferencias tienen influencia sobre la longitud efectiva del tubo, conocida como efecto de borde.

En el otro extremo, es decir en la embocadura, se produce lo mismo. Siempre el área es menor que la de la sección del tubo (es decir, la abertura tiene un diámetro siempre más chico que el tubo), por lo que equivale a que siempre "alarga" la longitud efectiva (como si le hubiésemos puesto anillos a la salida). Es sabido que cuando se sopla "más cerca" de la embocadura, la afinación baja. Lo que hacemos es cerrar, o reducir el área de la salida de aire. Cuando soplamos más lejos, hacemos lo contrario: abrimos el tubo, y la frecuencia aumenta.

DIFERENTES FORMATOS DE COLUMNAS EN INSTRUMENTOS ARTESANALES

A manera de resumen, observemos que podemos trabajar flautas con 4 tipos de columnas de aire: cilíndricos, cónicos, cónico invertido e irregulares. Cada una de estas puede a su vez estar modificada, o se pueden hacer combinaciones de formas. Distintas características se obtienen en el diseño de una flauta usando una u otra de estas posibilidades. La descripción de estas capacidades tambien excede la magnitud de este trabajo.

LOS AGUJEROS Y SU POSICION

El tema de los agujeros, su distancia y su diámetro es tal vez el más controvertido en lo que respecta al diseño de flautas folklóricas, y un fenómeno de complicada explicación acústica. Para entenderlo muy rústicamente, hacer un agujero en un tubo equivale a acortar su longitud efectiva.

Para hacer una apretada síntesis, se puede comenzar por algunos mitos, como ser el de la equidistancia. No existe ninguna razón física que justifique (mas bien todo lo contrario) que los orificios de una quena deban ser espaciados por igual. Sí, sin embargo, existen razones históricas o míticas para esa igualdad, que considero deben ser respetadas si uno elige hacer instrumentos de acuerdo a esos principios. Determinadas equidistancias, si se acompañan de cierta predeterminación de diámetros de las perforaciones, pueden llevarnos a escalas inusuales, sin patrón matemático que las rija.

Tampoco existe una fórmula matemática sencilla para determinar la posición de los agujeros. Todo lo hallado en el terreno simple es empírico, y sirve solo para casos determinados.

Hay muy diversos factores que influyen en el efecto de un agujero en un tubo, siendo los principales, como todos sabemos, la distancia y el diámetro. Este último tiene una influencia fundamental en la respuesta, porque a más grande sea (por lo tanto, más lejos de la embocadura para lograr una nota determinada), más se parece su efecto a recotar el tubo . Y es sabido que un tubo libre de perturbaciones (en este caso, sin agujeros) es el que más se parece a un tubo ideal. Este principio fue enunciado por Boehm en el siglo pasado, pero conocido intuitivamente por constructores de quenas (quenalururis). Pese a las ventajas de los agujeros grandes, existen al menos tres desventajas:

1) La obvia dificultad para cubrirlos

2) Un agujero grande tiene más sensibilidad a la entonación, esto es, la nota que "emite" varía más dependiendo de la presión de aire, por lo tanto es menos definida y requiere más habilidad por parte del ejecutante.

3) Si un agujero es grande (digamos, 75 % del diam.del tubo) la influencia del resto de los agujeros sobre la frecuencia es muy reducida. Esto dificulta la digitación de semitonos por digitación cruzada (de horca)

Boehm relativizó estos inconvenientes, en principio porque diseñó el sistema de llaves (muy semejante al actual), y además porque era imprescindible dotar a la flauta traversa de entonces de un volumen equiparable al resto de la orquesta. Además, esa cualidad de la entonación no tan definida sumó, bien usada, una versatilidad expresiva sin precedentes.

Ese tema de la entonación es regido en su mayor parte por la razón entre el diámetro del agujero y el diámetro del tubo.

Cuando no se dispone de un sofisticado sistema de llaves para utilizar en el diseño de una flauta, el tema del diámetro del agujero toma un lugar muy importante. Normalmente esperamos de una buena flauta:

1) Un timbre agradable y parejo en todas sus notas

2) Un volumen aceptable

3) Una respuesta de octavas y armónicos amplia

4) Una ejecución de notas intermedias

(sostenidos y bemoles) lo mas sencilla posible.

Es complicado (aunque posible, matemáticamente hablando) explicar cada por que, pero lo esencial es que el tamaño y ubicación de los orificios tienen una importancia decisiva en estas características. Puede resumirse, para tener en cuenta una sola cifra, en la relación porcentual del área del agujero con el área del tubo.

Otros factores del mundo real (menos evidentes) influyen en la respuesta de cada agujero, como ser su espesor (que es equivalente a la pared de la flauta), la presencia de otros agujeros cerrados por encima del agujero en cuestión, y la presencia de otros agujeros abiertos. Todo esto complica notablemente el panorama.

Referido al espesor (que pocas veces tenemos en cuenta), su influencia se nota, por ejemplo, en el recurso de comer los agujeros desde adentro. Todos sabemos que esto equivale a agrandar el agujero. En realidad, le restamos espesor.

Los agujeros cerrados constituyen "camaritas" de aire, cuyo resultado acústico equivale a que el tubo fuese más grueso. Cuando tratamos con materiales de mucha pared (p.ej. maderas con una pequeña perforación central, o cañas de mucha pared), este efecto se puede tornar evidente, debiendo "retocar" el instrumento terminado agrandando algo los agujeros inferiores.

Respecto a los agujeros abiertos mas allá del agujero en cuestión, su influencia tiene que ver con que hacer un agujero no es exactamente como cortar el tubo; una parte de la onda continúa, puesto que el agujero no ventéa toda su energía, y esta energía es disipada hacia el aire exterior por los otros orificios. Esto permite la digitación cruzada de semitonos, pero "empuja" al agujero en cuestión hacia la embocadura.

Vemos entonces que estos elementos, si bien menores, influyen en el diseño acústico de un instrumento.

Los temas tratados en este escrito solo han sido enunciados. Los lutieres artesanales usamos estos conceptos en forma natural e inconsciente cuando tratamos con el diseño de un instrumento nuevo o inusual.

Creo que más allá de lo intuitivo, el hecho de conocer conscientemente estos factores hoy día explicados (a veces no en su totalidad) por la ciencia nos llevará a pulir nuestro diseño, resolver mejor (sin tanto esfuerzo) los nuevos desafíos y, además, ni siquiera encarar otros.

Por Angel Sampedro del Río

 

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