Com funcionen?
< Com és el so d’aquests elements?
> Què ha calgut fer i què s’ha aconseguit?
Sovint se’n dona una descripció trivialitzada del seu funcionament segons la qual la canya vibra, per causa del buf de l’instrumentista, i produeix un so que és amplificat i tramès a l’exterior pel cos de l’instrument talment com ho faria un megàfon.
El cos de l’instrument té, però, un paper molt més important que fer de simple megàfon, perquè té molta incidència en el moviment de la canya: de fet en controla les vibracions. Es tracta d’instruments “autoexcitats”:
Tal com es mostra a la figura, es posa a disposició de l’instrument –format fonamentalment per un sistema vibratori– una font d’energia, i és la pròpia vibració d’aquest que en controla l’entrada per mitjà de l’anomenat mecanisme d’autoexcitació, que actua com a vàlvula d’entrada de l’energia.
En els instruments que ens ocupen, el buf de l’instrumentista és la font d’energia, la columna d’aire és el sistema vibratori i la doble canya fa de vàlvula d’entrada controlada per la vibra
ció de la columna d’aire.
El sistema vibratori, doncs, està format per l’aire contingut dins l’instrument que està acoblat a l’aire exterior per mitjà dels forats oberts i per l’extrem obert del pavelló. La vibració interior és tramesa, en part, a l’exterior com a so emès per l’instrument, però bona part queda retinguda dins de l’instrument i controla l’entrada d’energia ajudant a obrir i tancar la canya.
És doncs el so que menys surt a fora –el que menys sentim, que és el de freqüències baixes i molt particularment el fonamental– qui controla el funcionament de l’instrument. Podem dir, doncs, que la canya respon als ecos.
Una sobrepressió que entri dins la canya, es propagarà tub avall, es reflectirà prop del primer forat obert
–tot canviant de signe, afeblint-se i escampant-se en el temps– i arribarà, com a un primer eco, a la canya. Si el que arriba és una depressió tendeix à a tancar-la, i si és una sobrepressió, a obrir-la. Per tal de tancar cicle i tornar a començar, quants viatges d’anada i tornada calen?
Tenim el paradigma del clarinet:
Una sobrepressió que es propaga tub avall, retorna com a depressió que, en tendir a tancar la canya –sense tancar-la del tot– reforça la depressió que, tot seguit, es propaga tub avall, per retornar reflectida com a sobrepressió, amb la qual cosa recomença el cicle. Calen, doncs, dos viatges d’anada i tornada per tancar cicle; és un funcionament semblant al dels motors de 4 temps.
Les xeremies, però, ens plantegen una paradoxa: la canya tanca després de cada viatge d’anada i tornada. L’arribada de cada eco desencadena el recomençament de cicle. En això s’assemblen als motors de 2 temps.
Com que les dobles canyes de les xeremies tanquen bruscament, originen una intensa depressió que es propaga tub avall i retorna com a sobrepressió. Com s’explica que aquesta sobrepressió, que d’entrada allò que fa és obrir la canya, acabi ocasionant que tanqui violentament? Quin fenomen li ho permet?
Hi ha un gran aliat de la causa del tancament. Són les depressions en passos estrets: si en una conducció hi ha un pas estret, allí s’establirà una depressió –com ho estableix el Principi de Bernoulli, i com en treu profit l’efecte Venturi emprat, com ara, en els carburadors de motors d’explosió–.
Si la paret del pas estret és flexible, aquesta depressió tendeix a tancar el pas, i hi ha una velocitat de circulació crítica per damunt de la qual el tancament arriba a ser total.
Arribats a aquest punt, la manca d’entrada d’aire fa desaparèixer la depressió i la paret retorna vers la seva posició inicial; però en fer-ho passa a circular novament l’aire amb velocitat creixent, i passa a produir-se un nou tancament.
En els instruments de canyes, aquestes estableixen un pas estret flexible on s’originen les depressions. El paper que tenen és feble en el clarinet, apreciable en el saxòfon, intens en l’oboè, i decisiu en les xeremies de la cobla. Tant és així, que aquestes depressions poden fer tancar i obrir del tot la doble canya sense estar acoblada a l’instrument. Aquest procés vibratori ocasiona el que s’anomena rogall, que és un dels dos assaigs que fan els instrumentistes per provar l’adequació d’una canya. Aquests són els únics instruments que conec que empren el rogall com a prova de l’adequació de les canyes.
A la imatge superior hi ha representada la fluctuació de pressió dins del tudell –element on es fixa la doble canya– en la producció d’un rogall. Aquesta pressió és molt propera a la que actua dins la canya. Per produir-lo, el tudell no es troba unit a l’instrument, i l’instrumentista bufa fortament tot deixant molt lliure la canya entre els llavis.
S’observa que de tant en tant es presenta una forta depressió que correspon a un tancament complet de
la canya. Aquests tancaments no es produeixen amb regularitat, i per aquest motiu el so és rogallós. Però el fet que es produeixin posa de manifest l’adequació de la canya per tocar les notes més greus de la tenora.
Quan el tudell s’acobla a l’instrument, els ecos a les depressions intenses actuen com a marcapàs que regularitza els tancaments de la canya, amb la qual cosa el so passa a tenir un “to”.
Amb més pressió dels llavis sobre la canya en comptes del rogall s’obté un so de “to” agut: el xiulet –correspon a la imatge inferior– que prova l’adequació de la canya per a les notes agudes.
I posats a observar el so dins la canya –ben diferent del que surt a fora com a so emès– passem ara a visualitzar la fluctuació de pressió en l’inici d’una nota, i després una vegada la nota ha passat a ser mantinguda.
La imatge superior ens mostra la fluctuació de pressió captada per un micròfon inserit en el tudell –i per tant, pràcticament la pressió dins la canya– en el procés d’iniciar una nota, és el que s’anomena “atac” de la nota.
S’observa que la fluctuació inicial ocasionada pel buf de l’instrumentista –formada per una petita
sobrepressió seguida d’una depressió lleugerament més intensa associada al tancament parcial de la canya– s’amplifica amb l’arribada de cada eco, fins que s’arriba, amb pocs cicles, al tancament complet.
La imatge inferior ens mostra la fluctuació de la pressió una vegada la nota ha passat a ser mantinguda. Hi apareixen molt clarament: l’arribada de la sobrepressió –eco de la depressió enviada tub avall pel cicle anterior-, el tancament brusc de la canya amb una lleugera sobrepressió ocasionada per l’aire expulsat bruscament de l’interior de la canya en tancar i, finalment, la intensa depressió ocasionada pel tancament complet.
En la forma d’aquestes fluctuacions de pressió per a notes mantingudes, diferent de la de l’atac de les notes, intervé un nou element associat al comportament vibratori de la columna d’aire. Es tracta de l’efecte acumulatiu, cicle rere cicle, ocasionat per les ressonàncies de la columna d’aire.
De la mateixa manera que un gronxador té un ritme propi d’oscil·lació, i si li apliquem empentes amb el mateix ritme aconseguim animar-lo a oscil·lar amb amplitud gran encara que les empentes siguin petites, la columna d’aire d’una xeremia té diverses ressonàncies que corresponen a oscil·lacions amb un ritme propi.
Aquestes ressonàncies de la columna d’aire es poden experimentar per mitjà d’un èmbol que actuï a l’entrada del tudell –allí on s‘insereix la canya– amb una oscil·lació sinusoïdal d’amplitud de velocitat constant però freqüència variable. Un micròfon inserit en el tudell detectarà com el so augmenta en apropar-se la freqüència a cadascuna de les de ressonància de la columna d’aire.
En el cas de la columna d’aire de les xeremies –que és aproximadament cònica– aquestes freqüències de ressonància formen aproximadament la sèrie harmònica f, 2f, 3f, …. En els instruments de columna d’aire aproximadament cilíndrica –com és el cas del clarinet i de les trompetes–, les freqüències de ressonància formen la sèrie harmònica imparell: f, 3f, 5f, …-
Si el ritme de tancament de la canya –i per tant de producció de les depressions que tenen el paper d’empentes– coincideix amb el d’una ressonància, aquesta passa a oscil·lar amb gran amplitud, amb la qual cosa es reforça el so, i es reforça i es fa més estable la vibració de la canya.
En les xeremies la primera ressonància per a cada digitació controla l’afinació de les notes del primer registre, i la segona ressonància –amb freqüència aproximadament doble- controla l’afinació de les notes del segon registre, que sona a l’octava del primer.
Si el ritme de vibració d’una ressonància és el doble, triple, etc. del de tancament de la canya, també se’n reforça la vibració –és com si apliquéssim l’empenta al gronxador cada dues, tres, … oscil·lacions–. És a dir, diverses ressonàncies de la columna d’aire poden col·laborar per enriquir el so en harmònics. Cal que tinguin les freqüències relacionades harmònicament, és a dir, que formin part de la sèrie f, 2f, 3f, …