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Comentarios sobre acústica de embocaduras
Sobre artículo de Neville Fletcher (bajar original en inglés)
Varios colegas me han pedido traducir alguno de los artículos de los “clásicos” de la acústica aplicada a los instrumentos musicales. Me permito entonces hacer una traducción libre del artículo, y comentar acerca del mismo algunos aspectos que se pueden relacionar con la quena. He omitido algunas partes.
Un imperdible artículo del conocido físico Neville Fletcher, “Some Acoustical Principles of Flute Technique”, que fuera publicado en The Instrumentalist en febrero de 1974.
En el mismo realiza varios comentarios sobre la explicación acústica de cuestiones inherentes a la ejecución de la flauta traversa. Si bien se refiere específicamente a la flauta de concierto, puede decirse que los principios son generales para casi cualquier aerófono, como por ejemplo la quena.
La flauta es un instrumento muy individual, su sonido depende en gran medida de la exacta manera en que el chorro de aire que lanza el músico llega al filo de la embocadura. Muchos flautistas aprenden una buena técnica de labios con relativa facilidad, mientras que para otros es un constante problema, y es difícil para el maestro indicar exactamente que debe hacerse para mejorar la situación. Incluso en ejecutantes avanzados ha problemas constantes en el control del timbre y en la flexibilidad. La variedad de tonos individuales de los diversos flautistas hablan de una diversidad de posibles soluciones.
Es de notar acá que en la quena pasa exactamente lo mismo. Hay personas que obtienen sonido rápidamente, mientras que a otras les puede llevar días o semanas siquiera obtener un sonido rasposo. Otra cuestión es, luego de obtener un sonido, poder pulirlo para lograr una ejecución flexible y clara, y otra superior aún, cultivar un sonido propio.
Mucho de la belleza y de la individualidad de un sonido musical depende de la manera en la cual es atacado y cómo decae, así como las fluctuaciones asociadas con el vibrato.
Esta última técnica es muy utilizada en quena, siendo cuando sutil, un elemento distintivo del instrumento y del ejecutante.
Reconocemos entonces tres partes en el sonido de una nota en una quena o cualquier flauta: el ataque, que es el momento en que se inicia el sonido (formado por transientes), el tono estable, lo que sería la nota larga, con el sonido ya desarrollado (formado por la fundamental y sus sobretonos), y el decaimiento (decay), que determina cómo la nota se extingue para dar lugar a un silencio o a otra nota. Entre un decaimiento y un ataque se produce el ligado, también característico de la ejecución de cada músico.
En breve, un vibrato es una variación de volumen en el tiempo, acompañada usualmente de una ligera variación en el timbre y en la afinación (pitch)
Cuando se escucha un sonido desprovisto del ataque, queda prácticamente irreconocible (Fletcher recomienda probar pasar al revés una cinta grabada) Ahora bien, más allá de ello, la calidad del tono estable es de inmensa importancia, y es imposible producir un sonido bello si el tono estable no está bien desarrollado y controlado.
Una flauta o una quena obedecen a la misma descripción básica: un tubo cilíndrico (o casi) abierto efectivamente en cada extremo, en el cual ondas estacionarias pueden ser excitadas por medio de direccionar un chorro de aire hacia un filo de embocadura. Los modos de vibración posibles de establecer en un tubo forman aproximadamente una serie armónica, que puede ser explorada fácilmente: tapar todos los agujeros (en una flauta de concierto, un Do4, en una quena, un , y luego, soplando apropiadamente, pueden obtenerse sucesivos modos, siendo en la quena Sol4, Sol5, Re5, Sol6, Si6, e incluso algo más dependiendo de la habilidad del músico y del diámetro de la quena. Cada nota suena dependiendo de la posición de labio y de la presión del soplo. Una similar sucesión de notas puede ser obtenida de otras posiciones en la flauta o en la quena, pero siempre el numero de notas que pueden tocarse con una misma digitación disminuye a medida que se sube en la escala.
Obviamente, una de las más básicas habilidades en la técnica de flauta o quena es aprender a controlar justamente cual nota de la seria va a sonar realmente. Sin embargo, debe reconocerse que cualquier nota que se toque, los sobretonos superiores son excitados, y forman el timbre. El control del mismo depende básicamente del control que se tiene de excitarlos simultáneamente con el sonido fundamental.
El ejecutante también tiene un control “fino” de la afinación, que le sirve para mantenerse “en tono” con otros instrumentos, y también tiene control sobre el volumen (o sonoridad). Para hacer las cosas más complicadas, es deseable tener control independiente de estas variables, una misión casi imposible!
Para un ejecutante experimentado, estos ajustes se realizan instintivamente. Pero es muy difícil poner en palabras qué es exactamente lo que se hace para lograrlo. Ahí es donde puede servir entender los principios físicos involucrados.
El método enseñado para cambiar de modo de vibración (hacer sonar notas altas) es el acercar los labios ligeramente al filo, y soplar más fuerte (aumentar la presión)
El principio acústico involucrado fue descripto por John Coltman. El chorro de aire que sale de los labios, si no es alterado, alcanza centralmente el filo de la flauta o quena. Si el chorro es desviado hacia adentro, la presión es incrementada en el tubo, si es desviado hacia afuera, la presión en el tubo disminuye. El movimiento del chorro es, sin embargo, controlado por las vibraciones sonoras del tubo, lo que causa que el aire entre y salga de la embocadura desviando el chorro. El tubo y el chorro se “acoplan”y si todo está ajustado correctamente, la energía del chorro alimenta a la columna de aire y suena.
Una cuestión crítica para que esto ocurra es el tiempo tomado por cada desvío del chorro de aire. Este tiempo claramente depende tanto de la distancia (longitud del chorro, entre los labios y el filo) y la velocidad del chorro (que depende de la presión)
Según mediciones, la situación de soplo más eficiente ocurre cuando el tiempo de viaje (del chorro) es la mitad del periodo de oscilación del tono del tubo (por ejemplo, 1/880avo de segundo para un La de 440Hz) Si el tiempo de viaje del chorro está lejos de este valor, la fundamental no suena. Particularmente, si se acorta la distancia o si se aumenta la presión de manera de reducir el tiempo a la mitad, sonará la segunda octava.
En realidad, hay una razonable flexibilidad en este ajuste, y tanto la distancia como la presión puede ser alterada bastante antes que la nota no suene o que cambie de octava.
El ejecutante tiene la opción de tanto acercar los labios para reducir a la mitad el tiempo de viaje del chorro, o de aumentar la presión por un factor de 4 (ya que la velocidad del chorro varía con la raíz cuadrada de la presión) para sonar la segunda octava.
La situación en realidad no es tan simple y lineal. Si la longitud del chorro es muy grande, es casi imposible reducir a la mitad el tiempo de viaje usando presión extra para octavar (caso de quenas con escotaduras muy profundas y por lo tanto, filos alejados).
En situación de ejecución, normalmente se desea que una nota y su octava suenen con igual intensidad y timbre, y, por supuesto, afinadas. Si se dejan los labios fijos y simplemente se sopla muy fuerte, la nota superior va a sonar a mayor volumen ( mas energía) y seguramente alta. El ejecutante entonces puede reducir la apertura de labios para corregir el volumen (lanzando menos aire a más velocidad), pero seguirá teniendo problemas de entonación. Inversamente, si sólo acerca los labios, cubrirá mucha superficie de la embocadura, resultando menos volumen y baja.
Por ello, usualmente se usa una combinación de los tres factores (presión, distancia y área de apertura de labios)
En mediciones realizadas se observa que la presión se duplica, la distancia se reduce a 0.8 y el área de la apertura de labios se reduce en un 30%. Dejando de lado el tema de la apertura de labios, se ve que esta medición coincide con la teoría. Duplicar la presión de aire reduce el tiempo de viaje del chorro en 0.7, combinado con un acortamiento a 0.8 da un resultado de 0.56, muy cercano a la reducción a la mitad necesario para obtener la octava.
Otras dos observaciones son dignas de tener en cuenta: el ángulo que toca el chorro contra el filo (20º a 40º en la flauta) y la variación de la apertura de labios dependiendo de la frecuencia. La mayoría de los ejecutantes usan un ángulo más plano para un sonido fuerte que para un sonido suave (depende de la forma de los labios del ejecutante)
La variación de apertura se justifica en que las notas altas no suenen mucho más fuerte que las graves. En todos los casos la apertura es una elipse con un ancho 15 veces mayor que el alto (grosor) algo de la individualidad del tono según cada ejecutante está determinada por la forma exacta de la apertura de labios, que depende de la forma de los mismos y de la posición de los dientes.
Control de afinación
La flauta traversa de concierto está nominalmente hecha para tocar una escala perfecta en escala temperada, y se supone que está bien tocada cuando esto se logra. Respecto a la quena, este tema es más delicado y sutil; en principio podría decirse lo mismo, pero las diferencias entre los constructores y sus instrumentos resultantes hacen la cosa más complicada.
Los ejecutantes de cuerdas frotadas suelen inclinarse intuitivamente por la escala Pitagórica; los pianos suelen tener las octavas estiradas, y por lo tanto, todo ensamble conlleva siempre a un continuo ajuste de entonación para producir un resultado musicalmente satisfactorio.
Teoría y experimentación desarrollada por John Coltman muestra que si el ejecutante simplemente “sopla más fuerte” para lograr los sobretonos, la afinación de las notas va a resultar “alta”. Esto es porque las vibraciones de corriente de aire que sale de los labios siempre llegan al filo un poco antes de lo que debieran, “apurando” las oscilaciones del tubo. Deberíamos esperar igual resultado si el ejecutante acerca los labios al filo achicando el recorrido del chorro de aire (longitud del mismo), pero en la práctica, las notas sucesivas salen “bajas”. Esto se debe a que los labios cubren parte de la abertura (la O en la flauta, la U en la quena). Este efecto de cubrimiento de la embocadura, (que tiende a bajar la nota), supera al efecto de acortamiento del chorro (que tiende a subirla).
Así, acercar los labios al filo baja la nota, y alejarlos la sube, producto de cuánto de la abertura se cubre. En realidad, no solo la afinación se altera, sino también el timbre.
Control de volumen
No es posible cambiar el volumen de una quena o de una flauta sin alterar el timbre, pero el objetivo es poder cambiarlo sin alterar el timbre.
Para cambiar el volumen, lo que debemos hacer el alterar la cantidad de energía comunicada desde el chorro de aire, y esto significa cambiar la cantidad total de corriente de aire. Esto se logra o bien cambiando la presión de soplo (ajustando el cubrimiento de embocadura para evitar que la nota suba demasiado), o cambiando la forma de la abertura de los labios (cambiando el área transversal del chorro, es decir, haciéndolo más grande). Según mediciones realizadas, cuando se le pide a un flautista que cambie el volumen pero no el timbre, lo que hace es mantener más o menos la presión constante, y cambia el tamaño de la apertura e labios.
Un punto importante es que el ancho del chorro de aire de un buen flautista no excede el ancho de la embocadura, unos 14 mm en la flauta y unos 10 mm... en la quena. Las quenas tienen, en realidad, diferente ancho de filo dependiendo del constructor. En el caso del shakuhachi, este ancho está menos limitado ya que el filo no está limitado por la muesca como en la quena. Podemos extraer de acá que, como regla general, una quena con embocadura más ancha podrá desarrollar más volumen cuando se la sopla adecuadamente.
Tampoco suele excederse el “grosor” del chorro de aire más allá de 1,3mm
Un chorro de aire más ancho que el filo se traducirá en un derroche de aire, y un sonido soplado. Respecto al grosor del chorro, sería esperable que a mayor sea, más elegía transmitida, sin embargo, termina produciendo un sonido hueco. Esto se debe a que un chorro más grueso es menos sensible a las variaciones transmitidas desde el tubo. Explicado rápidamente, el chorro de aire no es continuo, sino que alterna entre entrar o salir de la flauta. Esto es producido por sus propias características de flujo laminar. Las vibraciones del tubo transmiten un ritmo, un phase locking o trabadura de fase, es decir, lo hacen entrar y salir exactamente a la frecuencia de la vibración. Algo parecido a los movimientos de los brazos (chorro) y una hamaca (tubo): cuando están bien coordinados, el sistema gana eficiencia. Un chorro más grueso es menos sensible a ser modificado por el tubo, y por lo tanto, no toda su energía es aprovechado en “hamacarlo”.
Puede por supuesto reducirse el volumen de la flauta reduciendo la presión de aire, pero normalmente se afecta más los modos superiores que el fundamental, con el correspondiente cambio tímbrico.
Control de tono
El último aspecto es el tono o timbre. El sonido general de la flauta o quena es determinado por su diseño, particularmente por el diámetro de tubo usado. En la flauta, esta variación es pequeña, pero en el caso de la quena, existen variaciones muy grandes entre modelos. Hablando siempre de una quena en Sol Mayor (o también llamada en La menor), las hay de entre 14 mm hasta 22 mm. La misma nota tocada en una u otra tiene un timbre diferente.
Asimismo, tomando de ejemplo la nota Re5, suena muy diferente si se toca en una flauta estándar, un flautín o una flauta alto. Incluso en la misma flauta existe una apreciable variabilidad de timbre.
El principal factor que determina la calidad tonal es la potencia relativa de los armónicos presente sen el sonido. La flauta (y la quena también) es tradicionalmente pensada como un productor de sonido “puro” con pocos armónicos en muchos textos antiguos, sin embargo no es tan así. Simplemente, para el caso de la quena, comparar un La4 con el correspondiente de una ocarina (que realmente tiene pocos armónicos) y podrá apreciarse claramente la diferencia de timbre.
Por el contrario, al analizar un “tono rico” en una flauta, se puede apreciar que la fundamental es relativamente débil, con armónicos considerablemente fuertes hasta el décimo. Tocando fuertemente el Do4 en una flauta por un ejecutante experimentado, puede verse que el segundo, tercero, cuarto y quinto armónicos son más fuertes que la fundamental. Esta situación cambia a medida que se tocan notas más altas. En la segunda octava, la fundamental es más fuerte, siendo los 5 siguientes armónicos bastante importantes. En la tercera octava la fundamental es claramente dominante y sólo los armónicos hasta el tercero son apreciables.
Análisis teóricos y experimentaciones con tubos de órgano ajustables muestran que, para un tubo de un diámetro dado, el desarrollo de armónicos es favorecido si el chorro de aire es delgado y tiene límites precisos, y si el tiempo de viaje del chorro es menor que la mitad del período de la onda. El desarrollo de armónicos también es favorecido cuando el tubo suena a mayor volumen.
Cuando se aplica esto a la flauta, significa que para lograr un tono rico en armónicos debemos usar una apertura de labios que sea una elipse alongada, más que una mas “gruesa” de igual área. Debemos tender a usar una posición más bien adelantada, para acortar la longitud del chorro de aire, y debemos usar una presión alta. Inversamente, una distancia mayor a la normal (chorro largo), una apertura de labios más redondeada y una presión menor reducirán el desarrollo de armónicos en el sonido.
La choquela, de embocadura cuadrada y larga sería un ejemplo dentro de los instrumentos folklóricos, ya que el chorro es necesariamente más largo y el modo de soplo más “redondeado”. De todas formas, la resultante sonora queda menos “pura” en este caso porque se usan presiones de aire bastante mayores que en una quena común.
Algunos de estos parámetros varían considerablemente entre distintos ejecutantes, y contribuye a la individualidad del sonido. Para un determinado músico, presión de soplo, forma de la apertura de labios y, en menor medida, longitud de chorro de aire proveen las mayores posibilidades de ajuste. Estirar los labios para afinar la elipse ye incrementar la presión producen un sonido más intenso. Mientras que una embocadura relajada y una presión menor producen un sonido más liviano y suave. Estos ajustes pueden ser exagerados, y una forma muy redondeada de apertura labial o una presión de aire muy baja producirán un sonido más mocho y chato, mientras que una embocadura apretada y una presión de aire muy fuerte producirán sonido estridente. Dentro de estos limites hay espacio para una variación enorme de sonidos.
Otro componente del tono que debe ser controlada es la cantidad de “soplo” o ruido de aire producido. Es más pronunciado durante la articulación al comenzar la nota, siendo en este caso un componente necesario del sonido característico. En muchos casos, definen por ejemplo el estilo de toque de un quenista. Durante la parte de sonido estable de la nota, normalmente es deseable reducir el ruido al mínimo. Un chorro de aire muy delgado produce mayor ruido a soplo, Una apertura de labios más ancha que el filo de la embocadura también produce soplo, ya que hay aire que no llega al filo sino que va para otro lado, por ello se busca un ancho de apertura menor o igual a dicho filo. Esto produce un limite importante en algunas quenas con escotadura muy estrecha. También en aquellas quenas en las que la forma de la U no es parejamente afilada, y por lo tanto demandan un chorro estrecho. En este caso, cuando los laterales de la pared están también parcialmente rebajados, creando filo a los costados, puede incrementar el volumen del instrumento y reducir la cantidad de ruido
Vibrato
El vibrato no es estrictamente parte del tono estable. Hay en realidad tres variaciones de sonido involucradas en el vibrato normal: ligera variación de afinación, variación de volumen y variación de contenido armónico. Par un instrumento de cuerda, el principal es la variación de altura, pero para vientos este es de importancia menor, siendo predominantes las variaciones de volumen y de timbre.
Mediciones de presión de soplo en la boca sugieren que las fluctúa alrededor de 20% por encima y por debajo del valor promedio en el transcurso de una típica nota con vibrato. Esto resulta en una variación de nivel de sonido aproximadamente de dos, pero mucho más importante es la fluctuación de timbre. Por lo tanto, mientras que la amplitud de la fundamental varía solo un 20%, las amplitudes del tercero, cuarto y quinto armónicos, que son tan o más fuertes que la fundamental, varían por un facto de 6, siguiendo el pulso del vibrato. Las variaciones de altura asociadas son, en contaste, muy pequeñas. Deberíamos por lo tanto caracterizar al vibrato de la flauta o de la quena como predominantemente un vibrato de timbre, más que un vibrato de altura o de volumen.
Ángel Sampedro del Río
Comentario de Neville Fletcher
Dear Angel
Good to hear from you. It is a very nice
compliment that you have translated much of the
content of my article into Spanish and that you
would like to put this on the web. I am happy
for you to do this and, because it is a
translation, I see no problem with the journal
that published the original article. I'm sure
your comments will be helpful too -- I'm afraid I
can't translate much Spanish
however!
Best wishes
Neville
Professor Neville H. Fletcher
Research School of Physics and Engineering
Australian National University
Canberra 0200, Australia
E-mail:
neville.fletcher@anu.edu.au
Phone: (+61) 2 6125 4406
Fax: (+61) 2 6125 0511
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http://physics.anu.edu.au/people
Artículos de Neville Fletcher,: http://www.phys.unsw.edu.au/music/people/fletcher.html
Joe Wolfe, embocaduras y ondas sonoras, Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW)
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