Marco Gaudino – Principi di aerodinamica nella produzione del suono

Dopo il post introduttivo del mese scorso, Marco Gaudino inizia con questo articolo la sua trattazione delle problematiche legate alla produzione del suono negli strumenti a fiato.

I principi di aerodinamica che regolano la produzione del suono negli strumenti a fiato

Di Marco Gaudino

Il suono è un fenomeno acustico, ossia udibile all’orecchio, prodotto dalle vibrazioni periodiche di un corpo elastico. Quale sia il corpo elastico a produrre il suono in un violino o una chitarra è presto detto: le corde che li compongono sollecitate dagli esecutori. Come si produce il suono invece negli strumenti a fiato? Qual è l’elemento che vibra e come fa ad essere sollecitato dall’esecutore, è l’argomento di questo nuovo articolo.

La corda vibrante negli strumenti a fiato è rappresentata dall’ aria. L’ aria è materia allo stato gassoso ed ha tra le sue caratteristiche la comprimibilità e l’elasticità. Come fa a diventare elastica l’ aria negli strumenti a fiato in maniera tale da vibrare e produrre dei suoni? Per rispondere in maniera quasi esaustiva a questo quesito bisogna sviluppare il concetto legato alle modalità di perturbazione delle colonne aeree contenute nei vari strumenti a fiato. Negli strumenti a fiato, come nell’ ambiente che ci circonda, vi è dell’ aria che è regolata da delle leggi fisiche ancor prima di essere sollecitata dagli strumentisti a fiato; le leggi fisiche sono legate alle misurazioni della pressione atmosferica nell’ ambiente che ci circonda.

L’ atmosfera è una miscela di gas “ancorata” alla Terra dalla forza di attrazione gravitazionale e ha quindi un suo peso. La pressione atmosferica in un punto qualsiasi dell’ atmosfera o della superficie terrestre misura il peso della colonna d’ aria sovrastante. Al livello del mare e su un metro quadrato di superficie l’ aria pesa circa 10 tonnellate, più si sale in altitudine e più la pressione diminuisce. Essa è uguale su tutti i lati ed è questo il motivo per cui l’ uomo non ne percepisce il suo peso. Lo strumentista a fiato durante la produzione del suono nel suo strumento perturba l’ aria in esso contenuto attraverso il suo flusso proveniente dai polmoni e i vari elementi che ne consentono, a seconda dei vari strumenti a fiato, siano essi a bocchino, ancia semplice e doppia o a imboccatura libera come il flauto traverso, la detta perturbazione. La perturbazione a cui si riferiscono tutti i testi di acustica è da attribuire a delle sollecitazioni e variazioni della pressione atmosferica contenuta in variabili di energia pressoria tra lo strumento a fiato, lo strumentista e l’ ambiente esterno.

Due sono le colonne aeree che interagiscono nella produzione sonora tra strumenti, pressione atmosferica e cavo orale interno degli strumentisti, ovvero: quella contenuta negli strumenti e quella proveniente dai polmoni di chi emette il suono. Quando lo strumentista insuffla aria nello strumento genera al suo interno, attraverso le labbra e le ance, il bocchino e le labbra, il foro della boccoletta e il suo esterno nel flauto ed ottavino, una decompressione aerea, creando un vuoto di pressione all’ interno degli strumenti: le particelle aeree si allontanano tra loro.

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2Il vuoto che si genera fa in modo che si possa creare una reazione da parte della colonna d’ aria che si trova nella parte opposta al foro della boccoletta, ossia verso il piede della canna.

L’aria si muove, in pratica, in direzione opposta e contraria.

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Proviamo a riformulare la dinamica esposta: ad una colonna aerea che passa tra le labbra dello strumentista generante tra il foro della boccoletta e il suo interno un vuoto pressorio, si oppone una colonna aerea che reagisce al vuoto. Si crea una compressione aerea tra forze contrarie, data da flussi aerei che si fondono contrapponendosi e dando vita a pulsazioni.

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La compressione viene resa possibile da una pressione aerea maggiore di quella che si genera nel flauto, rappresentata dalla pressione atmosferica che reagisce tra il piede della canna e la parte esterna allo spigolo della boccoletta. Si generano dei differenziali pressori che definiamo di tensione, in un’ unica colonna di flusso che si compone tra tutte quelle che interagiscono. Essa si può definire una corda d’ aria con potenziali di energia a diverse variabili che daranno vita al suono nelle sue qualità distintive quali: altezza, intensità e timbro. Il meccanismo che si crea è molto simile a quello della formazione dei venti. Zone di alta pressione che incontrano zone di bassa pressione, generano una perturbazione aerea del sistema; nel nostro caso tra il tubo del flauto, l’ ambiente circostante, e lo strumentista stesso. L’ acustica nella generazione del suono nel flauto e negli strumenti a fiato ci parla di “nodi” e “ventri”, ossia “creste” e “ventri.”

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Si definiscono “nodi” quelle zone in cui l’ aria è più condensata e “ventri” dove è più rarefatta; creste dell’ onda acustica i punti dove si passa dagli stati di condensazione a quelli di rarefazione, i nodi sono i punti di compressione aerea che restano fermi. I nodi sono i punti dove la pressione aerea è massima ma minima è quella acustica, ossia suono; i ventri sono quei punti invece dove la pressione acustica è massima e minima invece quella aerea.

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Gli stati dove la pressione atmosferica diminuisce durante il processo sono i punti dove il fenomeno acustico detto “Suono” è più presente. Si ribadisce che situazioni molto simili avvengono negli strumenti ad ancia e a bocchino: le variazioni di pressioni dell’ aria contenuta negli strumenti anziché tra labbra e foro della boccoletta, avvengono tra le ance, bocchino e labbra. La pulsazione delle ance deve essere considerata secondaria alla pulsazione dell’ aria nei detti strumenti, mentre quella delle labbra nella produzione del suono negli strumenti a bocchino viene favorita dalla vibrazione dell’ aria tra interno ed esterno al cavo orale!

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Concludiamo questa breve trattazione con una frase di A.H.Benade, uno dei più affermati fisici e studiosi della produzione del suono negli strumenti aerofoni: uno strumento a fiato trasforma il flusso aereo costante proveniente dai polmoni dello strumentista in flusso aereo pulsante ossia “SUONO”.

Personalmente aggiungo: pertanto la cooperazione fisica e fisiologica tra lo strumentista a fiato e il suo strumento è indiscutibile e oltremodo analizzabile.

Nel prossimo articolo: La ricerca del bel suono negli strumenti a fiato tra variazioni di temperatura dei flussi aerei che cooperano tra di loro

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