I fori di risonanza: evoluzione di una forma fino alle effe

Una delle ricerche che da sempre ha accompagnato lo sviluppo della liuteria è relativa all’amplificazione del suono degli strumenti. Questa ricerca per secoli ha coinvolto musicisti e liutai che mediante un continuo confronto di esigenze, e mutate esigenze, ha permesso di arrivare alla forma consolidata degli strumenti come oggi li conosciamo. I fori di risonanza non sono stati esclusi da questa evoluzione.

Vediamo intanto qual è la loro funzione. Abbiamo più volte parlato (Il Lupo negli strumenti ad arco – Il ponticello) di uno strumento musicale ad arco come di un sistema costituito da due oscillatori: le corde e la cassa armonica di risonanza, accoppiati mediante il ponticello che permette il trasferimento di energia vibrazionale dalle corde che ne sono l’origine fino alla cassa armonica dove questa oscillazione iniziale viene amplificata. Le corde hanno una sezione piccola, e la quantità di aria spostata dalla loro oscillazione è molto piccola. Ragion per cui il suono emesso dalla singola corda, senza ulteriori amplificazioni, sarebbe assai debole. Ecco allora il ruolo della cassa armonica. Trasferendovi la vibrazione mediante il ponticello, tutta la massa d’aria all’interno della cassa viene messa in movimento oscillatorio e dunque, visto il grande volume di aria in essa contenuto, l’onda di spostamento dell’aria (suono) si fa più intenso ed udibile anche in una grande sala da concerto gremita di persone. Ma c’è un problema, o meglio c’era un problema da risolvere. L’aria che si trova all’interno della cassa armonica deve essere messa in comunicazione con l’aria che si trova all’esterno altrimenti l’onda di pressione non riuscirebbe a trasferirsi dall’interno della cassa fino all’esterno verso gli ascoltatori e la vibrazione morirebbe all’interno della cassa, venendo debolmente trasmessa all’aria esterna solo dalle superfici in vibrazione di piano fondo e fasce. Ecco dunque l’invenzione dei fori di risonanza! Sono appunto dei fori, delle aperture, ricavate sulla tavola armonica dello strumento musicale a corde, e permettono di far comunicare il volume d’aria all’interno della cassa con l’atmosfera esterna. Dalle premesse dovrebbe essere quindi chiaro che i fori di risonanza, sebbene belli da vedere e quindi di indubbio effetto estetico, hanno soprattutto un effetto acustico di primaria importanza.

I fori di risonanza permettono quindi di proiettare verso l’esterno il suono prodotto dallo strumento. Ma oltre a questo c’è anche un importante fenomeno a cui contribuiscono i fori di risonanza, quello che viene chiamato risonanza di Helmholtz.

La risonanza di Helmholtz è il fenomeno dell’oscillazione dell’aria contenuta all’interno di una cavità avente una piccola apertura. Quando si mette in oscillazione l’aria contenuta nella cavità (per esempio quando si soffia dentro una bottiglia o quando la si avvicina ad una fonte di suono), si generano dentro alla cavità delle onde in risonanza con la frequenza caratteristica della cavità, che quindi si comporta amplificando in modo selettivo un ristretto intervallo di frequenze. La spiegazione di questo fenomeno sta nel fatto che soffiando nella cavità si forza aria ad entrarvi, aumentandovi la sua pressione all’interno. Questa aria a maggior pressione tenderà poi ad uscire dalla fessura da cui era entrata, creando una sorta di flusso di aria in uscita che genera adesso una depressione interna che richiama nuova aria. Il processo va avanti fino a smorzarsi del tutto.

La frequenza di questa risonanza di Helmholtz all’interno della cassa armonica di un violino dipende dalle caratteristiche geometriche della cassa stessa, cioè da quella che si chiama intonazione della cassa. Quindi i fori di risonanza hanno un effetto acustico assai più complesso di quello che si può immaginare, perché non fanno soltanto uscire il suono dallo strumento, proiettandolo all’esterno, ma contribuiscono alla risonanza complessiva agendo come un secondo oscillatore con una intonazione che dipende da geometria della cassa e dei fori stessi. Essendo fenomeni che riguardano le porzioni d’aria nelle immediate vicinanze dei fori, dipendono anche dall’attrito dell’aria in corrispondenza dei fori, che a sua volta è legato anche alla levigatura dei loro bordi.

Infine, i fori di risonanza inoltre, essendo praticati sul piano armonico dello strumento, ne riducono la massa, alterano la sua rigidità e quindi influenzano i suoi modi di vibrazione.

La forma dei fori di risonanza dipende dal tipo di strumento, e nel corso della storia hanno subito un’evoluzione, non solo estetica, ma anche funzionale. Del tutto in generale, i fori armonici possono avere le seguenti forme:

  • A forma di C con le punte rivolte verso l’esterno, si trovano soprattutto negli strumenti antichi, quali le viole da gamba.
  • A forma di F, sono le classiche effe di risonanza del violino e di tutti gli strumenti affini (viole, violoncello, contrabbasso). Si trovano anche nei mandolini e in alcuni tipi di chitarre.
  • A forma di D, in alcune lire antiche.
  • Di forma circolare, sono i classici fori delle chitarre classiche.
  • A rosetta, con vari decori e con eventuale presenza di membrana in pergamena, in molti strumenti antichi.
  • A forma di fiamma: usati tipicamente sulla viola d’amore.

Qui mi soffermerò soltanto sui fori armonici del violino e degli strumenti di questa famiglia. Da un punto di vista pratico costruttivo (Taglio delle ff), l’intaglio delle effe di risonanza dalla tavola armonica richiede un lavoro di precisione e mano ferma. Diversi sono i metodi che si possono utilizzare per disegnare le ff (leggi effe) sul piano armonico. Di solito questa operazione viene fatta dopo aver verificato, con la tracciatura delle curve di livello, la perfetta simmetria della bombatura dello strumento. Si possono tracciare anche dall’interno dello strumento, dopo aver effettuato lo scavo, di solito prima di raggiungere lo spessore definitivo.

Il metodo più semplice per tracciare le effe è quello di utilizzare delle mascherine preparate in precedenza. Queste mascherine vengono posizionate sul piano, utilizzando delle distanze di riferimento, come la fondamentale distanza degli occhielli superiori dalla mezzeria e l’altrettanto fondamentale distanza delle tacche interne delle ff dal bordo superiore (diapason). Questo metodo ha il grosso vantaggio di utilizzare la mezzeria del piano armonico come riferimento, permettendo quindi di ottenere un piazzamento molto simmetrico.

IMG_20180116_201214.jpg
A. Stradivari. Disegno originale per il piazzamento delle effe nei violini di forma G, con sovrapposto il modellino dell’asticella. Museo Cremona

Stradivari utilizzava un metodo più complesso (vedi foto sopra). In pratica preparava su un foglio di carta la replica del contorno del piano armonico, e mediante riga e compasso ed una serie di aperture ben precise, otteneva la posizione degli occhielli superiore ed inferiore delle effe. Sono stati trovati anche documenti originali di Stradivari, con i disegni per il tracciamento delle effe, e all’interno del piano armonico di molti strumenti sono ancora visibili i segni della matita utilizzati per trovare la posizione delle effe di risonanza. Tracciava queste linee all’interno della tavola armonica per evitare che i segni rimanessero visibili all’esterno nel violino finito. Sacconi nel suo libro I Segreti di Stradivari parla ampiamente di questo metodo di Stradivari. Una volta ricavati i fori degli occhielli mediante un apposito strumento (una sorta di fustellatrice con fori di vari diametri), usandola da entrambi i lati per non rovinare i bordi dell’abete, Stradivari utilizzava dei modellini delle asticelle centrali per raccordare i due fori stessi. L’aspetto più complesso di questo metodo, che neppure il Sacconi descrive completamente, sta nella sequenza precisa di aperture di compasso che Stradivari utilizzava per arrivare a trovare la posizione degli occhielli. Voglio dire che le aperture si possono ricavare, ma in generale si procede un po’ per tentativi per trovare la corretta posizione delle effe per quel dato modello di violino. Non ci sono a mio avviso delle aperture fisse e costanti, perché le effe di risonanza devono ogni volta adattarsi a quel dato modello di violino. E questo è quello che faceva Stradivari. Tracciate quindi le asticelle delle effe, si lavora di coltello affilatissimo per ritagliarle. Stradivari aveva una manualità in questo lavoro difficilmente raggiungibile. La pulizia del taglio delle effe e l’armonia delle curve è tuttora apprezzabile nei suoi strumenti. Tagliate le effe, il passo successivo consiste solitamente nel ridurre lo spessore della tavola fino al valore finale. In particolare inforno alle effe lo spessore viene di solito ulteriormente abbassato. Infine vengono incise le tacche delle effe in modo da rispettare il diapason. Le tacche interne determinano quindi il riferimento per la posizione del ponticello dello strumento.

Il taglio delle effe è una di quelle fasi della costruzione in cui maggiormente viene messa in risalto l’abilità manuale del liutaio. Non solo, la forma e la grazia nel tagliarle sono spesso una firma distintiva del liutaio.

Ci sono poi molti altri aspetti costruttivi relativi alla posizione esatta delle effe di risonanza e non meno importante sulla loro inclinazione. Dicevamo infatti che le effe di risonanza interrompono le venature dell’abete, indebolendone di fatto la struttura. Ovviano a questo indebolimento la catena dalla parte delle corde gravi e l’anima dalla parte delle corde acute, che a loro volta influenzano l’oscillazione della tavola armonica. L’inclinazione delle effe è in stretta relazione con le curve di livello della bombatura e determina chiaramente il numero di venature di abete che vengono interrotte dalle asticelle delle effe stesse. Solitamente le asticelle dovrebbero seguire le curve di livello per ridurre il numero di venature intersecate ed influenzare in questo modo il meno possibile la libera oscillazione della tavola armonica ed il suo indebolimento.

Insomma, al di là di dettagli tecnici, le effe devono stare alla posizione ben precisa per ogni modello di strumento, per esaltarne le qualità sonore. Se le effe sono troppo lontane, troppo inclinate, troppo vicine o della dimensione non corretta, il suono può essere drasticamente influenzato in negativo (strumento dalla risposta non rapida, povero di armonici, stridulo, non nitido, etc…). Consiglio la lettura del libro di Sacconi, che descrive gli effetti di un non corretto posizionamento delle effe.

Ma tornando al discorso iniziale, abbiamo detto che le effe servono a far uscire il suono dallo strumento e contribuiscono alla risonanza di Helmholtz. La domanda è, come mai proprio una forma di effe? È solo un fatto estetico che ha portato a questa forma dei fori di risonanza negli strumenti della famiglia del violino?

Esiste un interessante studio pubblicato da diversi autori del MIT (Massachusetts Institute of Technology) pubblicato su Proceedings of the Royal Society A, dal titolo “L’evoluzione dell’efficienza di risonanza dell’aria nel violino e nei suoi predecessori” o qualcosa di simile. Il riferimento esatto è: “The evolution of air resonance power efficiency in the violin and its ancestors”, Hadi T. Nia, Ankita D. Jain, Yuming Liu, Mohammad-Reza Alam, Roman Barnas, Nicholas C. Makris, Proceedings of the Royal Society A, 8 March 2015 Volume 471, issue 2175.

In pratica gli autori, effettuando misure di conduttanza acustica con diversi modelli di fori armonici, hanno individuato una relazione di proporzionalità fra la lunghezza del perimetro del foro di risonanza e la conduttanza stessa. A dire, in altre parole, che più allungata è la forma del foro armonico, più suono riesce ad uscire dallo strumento. La forma ad effe in particolare è quella più efficiente per la trasmissione della vibrazione all’esterno dello strumento. Gli autori poi si chiedono come si sia arrivati a questo risultato nel corso dei secoli di sviluppo della forma degli strumenti musicali. È stato un fatto casuale? È stata una sperimentazione continua fino ad individuare la forma ottimale? Dall’analisi di 470 strumenti, realizzati dal 1560 e il 1750, gli autori hanno scoperto che la variazione della forma dei fori di risonanza è stata una graduale evoluzione. Gli autori fanno un parallelo con l’evoluzione biologica. Come in biologia, il processo evolutivo, determinato da errori o mutazioni e adattamenti ha portato a selezionare e riprodurre quella forma particolare dei fori di risonanza che offriva migliori risultati in termini di resa sonora. Certo, all’epoca di Amati, Stradivari e Guarneri, è probabile che questi non conoscessero il principio matematico dietro un foro di risonanza a forma di effe, ma il risultato era stato comunque raggiunto. La forma finale della effe cremonese ha una potenza di emissione quasi doppia della forma circolare dei primordiali strumenti.

Questo fatto la dice lunga. Insomma, complesse misure di conduttanza acustica e modelli matematici per dimostrare cosa alla fine? Che l’esperienza, il senso estetico, e la mano sapiente di grandi artigiani avevano già scoperto sperimentalmente che quella forma ad effe era la più efficiente per l’emissione sonora di quella famiglia di strumenti. La forma specifica ad effe potrebbe avere anche un’origine ornamentale rinascimentale, oppure derivare dallo sviluppo nel piano della superficie di una sfera. Vi è mai capitato di sbucciare un mandarino senza rompere la buccia e distenderla nel piatto? Assomiglia proprio alle effe del violino! Ma in ogni caso, con consapevolezza del risultato oppure no, quella forma raggiunta era non solo ornamentale, ma l’impatto sul suono dello strumento era di fondamentale importanza.

Mutazioni o errori, nuove esigenze musicali, ingegno, selezione, riproducibilità del risultato, senso estetico. Chiamatelo come volete, per me rimane artigianato, di quello dove le mani fanno male alla sera, dove la determinazione, la passione e il sacrificio per ciò che si fa, permettono di superare tutte le aspettative.

Riferimenti e fonti:

Rispondi

Inserisci i tuoi dati qui sotto o clicca su un'icona per effettuare l'accesso:

Logo WordPress.com

Stai commentando usando il tuo account WordPress.com. Chiudi sessione /  Modifica )

Google+ photo

Stai commentando usando il tuo account Google+. Chiudi sessione /  Modifica )

Foto Twitter

Stai commentando usando il tuo account Twitter. Chiudi sessione /  Modifica )

Foto di Facebook

Stai commentando usando il tuo account Facebook. Chiudi sessione /  Modifica )

w

Connessione a %s...