Bamboo
transverse flutemaking
The
Geometry of bamboo and flutes
Transverse or side blown flutes have a long tradition in
different cultures,as the Japanese fue and shinobue
, d'tzu in China and Indian bansuri.There are also several
examples in other Asian places and Africa.In South America, the
temimbi ie piasa among Guaraní people, and some
presumibly incorporated into Andean culture after Spanish
conquest, known as pifanos - fifes or military flutes.
They are also named as quenas traversas.
All these
flutes have in common the embouchure, that consist in a hole
that acts as mouthole, blown tangencially or perpendiculary
to the bore. Below the mouthole are the air column
and the toneholes (normally 6 or 7), and to the other
side, the stopper. Between the mouthole and the stopper is
there some distance, that is quite important for the
internal tunning (NO for fine tuning). The air restricted at
this place plays an important role in modes alignment, that
roughly means, octave tunning.
Appart of
the distribution and size of toneholes, an important quality
feature is the bore shape. Along the History have been
transverse flutes made on conical, cylindrical and combined
bores. Acoustical results are different in each case.
Modern
concert flutes have a head (where the mouthole is), that is
about 1/3 the whole lenght of the instrument, and is tapered;
and the body, where toneholes and keys are, that is
cylindrical. This combined shape has the advantage of a
great resonant modes alignment, resulting a plain tuning and
a spontaneous sound.
Bamboo
flutes have different bores, depending on the bamboo specie
and the flutemaking work -carving and sanding the bore.
Internal shape determines timbre and loudness. Timbre is
here more than the "color" of the sound, but also the
capability of the air column to support vibrational modes
and posibilite the player to "give" different colors to the
sound. Flute has no a discrete timbrical characteristic by
itself, but build a system that is capable to vary this in
depending of player's intention.
Much bamboo
internodes' bores are virtually cylindrical, and others have
different taperings.
The aim is
to get the best sound, and more plain tuning, keeping
untouched the natural, great features of each bamboo.
How to
know? What to do with each bamboo?
Part of the bamboo flutemaker's work consist in the observation
of each piece, taking acoustic advantage from everyone. For
that one have to know what to see, and what to
modify in a trying of enhace what Nature give us. Ideal to
know at least the basic fundamentals of flute acoustics
to have a guide for each case.
We know that a regular tube, being cylindrical or conical,
will work quite well. We also know that some geometrical shapes
won't work at all, neither AHUSADO tube, nor irregular,
nor bumpy.
Neither
play good harmonics the exponential or parabolic Bessel
Horns (see Benade article),
Pleioblastus simonii is a bamboo with very long
internodes (hollow distance between two nodes or septums).
The portion of this hollow internode closer to the septum
(in fact, the part below the septum, seeing to the soil) is
tapered, and a longer part is virtually cylindrical. Used in
the right way, this profile is very similar to the modern
concert flute bore.
The Pleioblastus simonii
(called here "caña japonesa") is an Eastern bamboo naturalized
at the Delta del Paraná zone and other parts of Buenos Aires,
Argentina. It is leptomorph (runner, say expansive). Its main
characteristic is the length-diameter ratio of their internodes,
making a very usefull specie for flutemaking.
Several
times I asked myself why this bamboo has such a good sound
for transverse flutes, specially meaning loudness and tuning
of high modes (high notes)
I have to mention here a
common mistake, that is to consider the external diameter of
bamboo pieces as the main parameter, guessing that the inner
diameter is following that. Cutting a bamboo internode along
will see that internal diameter varies, but also wall thickness
do.
Above: longitudinal cut of a Pleioblastus simonii. The wall is pained in black. Could be seen the slight tapering close to the node.
Perfil del interior de un entrenudo de Pleioblastus simonii, exagerado 75 veces. El eje vertical representa el radio en mm, el eje horizontal, la distancia desde el nudo en cm.Nótese que presenta una forma "abovedada", con una marcada conicidad en los extremos En el extremo más cercano al nudo, se usaría el radio entre 7,5 y 8,5mm como "cabeza" de la flauta (primeros 13 cm aprox)..La parte central y terminal puede fácilmente llevarse a una forma cilíndrica.de unos 8,7mm de radio. --------------------------------------------------------
This wall thickness variation could confuse us. At the part
close to the upper node (closest to soil), internal diameter
drastically falls, but external diameter remain constant or is
even bigger. To use this part to make part of a flute, it should
be increased the internal diameter to match the central part of
the internode.
The portion
closer to the upper node (farther from soil) has a tapering
either inside and outside, but sometimes is less marked than
it seems because wall is thinner here.
Sometimes
bamboo internode tubes almost cylindrical or slightly
tapered to the far end works correctly. Attention,
again should watch at the internal diameter, that not
necesarily follows the external.
In
transverse flutes, the diameter and height of mouthole, bore
diameter and the air cavity between the mouthole and the
stopper are fundamental for the whole sound of the
instrument.
This air
cavity alters the resonance of the sucesive modes. In fact,
is like a Helmholtz resonator which mass acts like an spring,
frequency dependant (more resistance at higher resonant
modes)
This air
cavity (that basically works as a Helmholtz resonator) alter
the alignment of modes. In fact, is a resonator which effect
varies with frequency, having more resistance as higher freq
is. (parallell impedance)
Sorry, the rest is under translation!!
Otro
elemento acústico a tener en cuenta es la altura de la
embocadura, o chimenea formada por la placa en las flautas
traversas de concierto. La placa de embocadura tienen por
objeto justamente formar esa pequeña columna. En un tubo
metálico, de poco espesor, es necesario suplementarlo con
otra pieza llamada placa de embocadura, para darle mayor
pared y justamente formar esta chimenea. En la mayorìa de
flautas de madera esto no es necesario, ya que la pared
misma del material otorga la altura necesaria. Esta pequeña
columna de aire tiene su propia resonancia y masa, y que por
supuesto influye en el sonido total del instrumento. Esta
chimenea tiene también una altura variable, de eso depende
la masa total de aire que contiene y su consiguiente
impedancia o resistencia. Explicado rápido, esta resistencia
le permite al músico cargar más aire en el instrumento, y
por lo tanto, producir resonancias con más energía y
amplitud.
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Una de las
peores cosas que suceden con una flauta es cuando "cala", es
decir, las notas agudas tienen una frecuencia menor a la
esperada (llámese, "octavas encojidas" o estrechas). Como
refiere John Coltman y otros autores, el oído tiene cierto
agrado en escuchar , por el contrario, "octavas estiradas",
esto es, que la nota aguda suene un poco más alto que lo
esperado.
Ahora bien,
los tubos perfectamente cilíndricos, con cierta distancia
entre la embocadura y el tapón, tenderán a producir octavas
cortas o estrechas, es decir, lo contrario a lo deseado. Se
ve especialmente manifiesto en las notas más agudas de la
escala, ya que se agrava por otro elemento, que es la
impedancia de los agujeros A veces esta
desalineación de octavas es pequeña, y otros factores que
dependen del músico compensan perfectamente este defecto,
como el aumento en la velocidad del aire al soplar agudos y
la variación de la cobertura de la embocadura.
Justamente
este elemento suele correr en contra, ya que el músico
tiende a achicar la distancia entre los labios y el bisel a
medida que sopla notas más agudas. Esta es una tendencia
inconsciente, totalmente coherente con la acústica, pero que
tiende a bajar las notas agudas. Esto se debe a que la
embocadura de la flauta se comporta como un agujero más de
la flauta; fácilmente puede comprobarse que si se cierra
parcialmente un agujero, la nota baja. Entonces, si soplas
el Sol 4 dejando el agujero de la embocadura más abierto, y
soplas el Sol 5 acercando el labio al filo (cerrando la
embocadura), la octava Sol4-Sol5 se "encoje" o estrecha.
Y aquí
entra a tallar la forma interna del tubo. Si el tubo es
ligeramente cónico (siendo más delgado en la embocadura,
ensanchandose hacia la salida), eleva las frecuencias de
resonancia, pero con la particularidad que las agudas son
más aumentadas que las graves. Resultado, estiramiento de
octavas.
Si el
estiramiento de octavas producido por la conicidad coincide
con el encogimiento producido por la embocadura semitapada,
bien, tenemos octavas alineadas de nuevo. Y para respetar el
gusto de nuestro oído, si el estiramiento le gana, mejor.
Es sabido
que en las flautas traversas de concierto, el cabezal es
cónico, y el tubo es cilíndrico. Este sistema de formas
combinadas resulta más efectivo por varios motivos.
Ahora
bien, acá está presente un elemento importante, que es
que la conicidad del cabezal es una variable fija,
objetiva, geométrica. En cambio, la semicobertura de la
embocadura a medida que se sube en el registro es
subjetiva, cada músico cubre a su manera. Podría decirse
que exista un pequeño ajuste "a oído" -a piacere de cada
músico- , o que el grado de semicobertura está de alguna
manera controlado por la conicidad -"permitiendo" al
músico cubrir un tanto, y no más ni menos. La conicidad
de la cabeza de la flauta traversa está relativamente
estandarizada, pero hay variaciones dependiendo los
modelos de cabezales. Estas pequeñas variaciones en el
ángulo de conicidad (y posiblemente, en ligeras
desviaciones respecto al cono recto x=2 de Benade) hacen
diferencia a la hora de elegir el cabezal preferido para
cada músico, es decir, aquel que "estire octavas" en
mayor o menor grado.
Volvamos al
bambú. El Pleioblastus simonii (y probablemente otros, pero
que no estudiamos), tiene justamente una parte de su tramo
cónica y otra parte cilíndrica. Curiosa coincidencia, que
llevó a decir que en realidad Boehm había observado ciertas
flautas traveseras indúes con esta característica, que lo
habrían inspirado (es una historia bella pero dudosa, por
cierto; si alguien tiene alguna referencia, agradezco
escribirme a bambuar arroba yahoo.com.ar)
Es decir,
estos bambúes "estiran octavas", especialmente cuando se los
utiliza con criterio.
Yendose al
detalle, cada uno de estos bambúes van a estirar un poco más
o un poco menos, ya que no hay dos entrenudos de bambú
iguales.
Acá hay un
hecho curioso, que es la simetría que aparece en tubos
abiertos en ambos extremos (como son las flautas
traveseras): si uno pone la embocadura del lado más ancho o
del lado más estrecho, la relación de octavas seguirá
estirada. Por eso funcionan bien las flautas cónico
convergentes, es decir, que se estrechan hacia la salida.
Por supuesto, con ciertas salvedades. El cono tiende a
elevar frecuencias de los modos de resonancia de forma
diferencial, como decíamos antes, suben más a más agudos
vaya. Si el cono está en la embocadura, afectará a todas las
notas. Si en cambio, el cono están el final de la flauta, no
afectará por igual a todas las notas, ya que a medida que se
abren agujeros, la columna de aire se acorta y el cilindro
ocupa mayor proporciòn de la misma.
Tanto en
este caso, como en flautas totalmente cilindricas, el
espacio de aire entre el tapón y la embocadura pueden
ayudar, resultando también un timbre diferente.
Es
interesante experimentar con una flauta no mecánica con
tapòn mòvil, cambiando la distancia de este a la embocadura.
Si se lo separa bastante, se obtiene un sonido bastante
interesante y hueco en los graves, pero claro, a costa de
una desafinación de las octavas. Constructores de flautas
irlandesas (como
Terry Mc Gee) recomiendan llevar el tapón justo
hasta dónde empieza a desafinar, es decir, lo más apartado
posible.
Por lo
contrario, hay una modalidad de ejecución cubana llamada
charanga que utilizan
el tapón totalmente pegado a la embocadura, y en este caso,
las octavas se estiran por demás. La entonación es
dificultosa, pero el acceso a agudos y sobreagudos es fácil
y notablemente agil. Acá el fenómeno se dá porque, como
decía arriba, este espacio de aire trabaja más o menos como
un resonador de Helmholtz -que por supuesto, tiene su propia
resonancia. Esta resonancia constituye un lìmite superior,
un techo en el registro de la flauta. Si el resonador se
achica, su frecuencia se eleva y la frecuencia límite
aumenta.
En ambos
casos, llevados a cierto extremo, el ejecutante puede
manipular la situación, forzando un poco o bastante la
posición de los labios y su distancia a la embocadura. En la
práctica, como vimos arriba, el músico SIEMPRE cambia la
embocadura. Siguiendo a Coltman, Fletcher y otros clasicos
de la acústica, el músico no solo cierra más o menos la
embocadura al variar las notas, sino que también varía la
velocidad del chorro de aire. De hecho, existe una velocidad
de chorro ideal para cada nota y para cada distancia, por lo
cual la variación es la constante.
Es común
decir entre músicos que un instrumento no está bueno porque
tiene que corregir mucho. Pero, ¿si existe de hecho una
variaciòn, una corrección inconsiente, porqué esto es un
problema? Justamente, l detalle es lo inconsciente de la
corrección. Y acá interesa la formación del músico. En un
músico folklórico esta corrección inconsciente puede estar
mucho más allá que en el clásico, desarrollando
tolerancias que hacen que pueda sacar buen sonido y música
de instrumentos que piden más trabajo de embocadura. En
muchos casos, este trabajo de embocadura se convierte en
virtuosismo y valor -por ejemplo, en ciertas ejecuciones de
quena. Pero, salvo circunstancias, también habrá
límites, fuera de lo cual, el instrumento estará
"desafinado".
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