Introduzione
La chitarra classica da concerto, in quanto strumento polifonico (come il pianoforte),dovrebbe essere in grado di simulare, armonicamente ( in termini di ricchezza timbrica) e in termini di ampiezza di estensione in frequenza, una “piccola orchestra”…
Questo è il modo in cui il suo grande interprete, il Maestro Segovia, la definì.
Limiti acustici della chitarra
I limiti principali della chitarra classica sono di seguito elencati:
1. Banda passante (risposta in frequenza) molto limitata (ca 85hz-987 hz) nelle chitarre tradizionali (da Torres ad Hauser I) e molto spesso ancora più limitate in quelle contemporanee (ca 110hz—987hz)
2. Risposta in frequenza, estremamente irregolare (SQUILIBRIO TIMBRICO) : nell’ambito di una determinata banda passante, presenta un comportamento caratterizzato da picchi e buchi a determinate frequenze
3. potenza limitata.
Vediamo nel dettaglio i tre limiti sopra descritti:
Cosa intendiamo per “Risposta in frequenza” limitata:
Se compariamo la gamma di frequenza emesse (banda passante “coperta”), dal nostro strumento polifonico (la chitarra classica), , rispetto a quella dell’atro, più famoso tra gli strumenti musicali polifonici, ossia il pianoforte, o con l’insieme degli strumenti ad
arco osserviamo che essa è enormemente più limitata rispetto a questi :
Tabelle 1.a
Problema dello squilibrio timbrico:
La chitarra presenta, nell’ambito delle sue varie frequenze di risonanza, alcune frequenze ,in corrispondenza delle quali, la cassa non risuona, generando in tal modo, nel dominio della frequenza, una risposta tormentata e irregolare , quindi caratterizzata da picchi (corrispondenti alle frequenze in cui la cassa armonica risuona) e buchi (corrispondenti alle frequenze in cui la cassa armonica non risuona).
La conseguenza di ciò è che tutti gli strumenti a corda che fanno della risonanza di cassa il loro principale metodo per la produzione del loro suono (strumenti ad arco, mandolino, liuto, pianoforte, etc etc ) , sono afflitti da alcune note che, suonano significativamente più forti di altre.
Potenza sonora limitata:
Come appurato durante nostri test relativi sia a chitarre storiche (progetto Torres e Hauser ) , che dei principali progetti contemporanei (“lattice bracing” con incatenatura rinforzata in carbonio; progetto con tavola “Double-Top” con Kevlar), test da noi condotti per misurazione del SPL di questi strumenti (sound pressure level = massima potenza erogata dal nostro strumento), hanno evidenziato che le chitarre classiche in prova (esempi delle più rinomati progetti costruttive odierni e del passato), presentavano sempre, in termini di SPL, un rilevamento fatto a ca 3,7 metri di distanza dallo strumento di rilevazione , valori che andavano da: 83db a 83,6db (questo dato ci dimostra anche che , da una certa distanza, le innovazioni costruttive ad oggi introdotte, non hanno portato, miglioramenti significativi in merito a questa problematica di potenza sonora limitata e di proiezione acustica).
Per avere qualche riferimento, alla stessa distanza (3,7 metri): un violino presenta un SPL pari a 88db; viola = 88db; violoncello e contrabasso ca 86 db; oboe ca 86db, arpa ca 88 db; fagotto ca 88 db.
Eccone una tabella riassuntiva:
Quindi tutti gli strumenti, o la stragrande maggioranza di essi , hanno mediamente da +4db a ca +7db in più rispetto alla chitarra classica (ad una distanza di ca 3,7metri). Se si considera che +3db vengono percepiti dal nostro orecchio come un raddoppio del volume, è evidente il limite in termini di potenza acustica della chitarra classica, se rapportata agli altri strumenti.
Tale limite in potenza sonora, crea anche una certa criticità a suonare la chitarra classica con organici differenti.
Vedremo, dai risultati di questi test, in cui viene comparata la chitarra progetto Cav. Sellitto, rispetto ai principali progetti storici ( Torres ed Hauser) e contemporanei
( progetto Lattice bracing e progetto Double Top ), i risultati rispetto ai principali limiti acustici sopra citati che per facilità di comprensione, brevemente riportiamo nuovamente :
Progetti di chitarra classica oggetto dei nostri test comparativi.
Abbiamo utilizzato le due metodologie che ci sono parse le più oggettive possibili e percorribili, svincolando quindi i risultati da quello che poteva essere l’intervento del fattore umano (rappresentato dal chitarrista) che avrebbe potuto in qualche modo, condizionare i risultati dei test:
1) Su un banco elettro-meccanizzato abbiamo inserito lo strumento di turno oggetto del test, vincolandolo su di esso in posizione mediante dei piccoli supporti in gommapiuma, posizionati in punti non vibratili dello strumento.
La macchina che simulava la mano destra (in modo da avere sempre l’identico Input per tutti gli strumenti), era munita di motore elettrico a induzione a cui era collegato un plettro realizzato in acciaio armonico: la corda veniva pizzicata , dal braccio meccanico, con una inclinazione di 60° rispetto alla tavola armonica e con una forza pari a 0,68 newton ( per la prova degli livelli delle singole corde , suonate a vuoto, per valutarne l’equilibrio) e 0,87 newton per la prova dell’ SPL (sound pressure level =massima pressione sonora prodotta) degli strumenti suonando la serie di corde a vuoto in maniera continuativa.
2) Test di Cimatica (di seguito descritti) per valutare la qualità timbrica e l’estensione in frequenza degli strumenti oggetto del test: la ricerca ha dimostrato la forma modale determina l'efficienza e le caratteristiche qualitative della radiazione
Perché l’analisi vibrazionale ? :
La nostra tavola armonica risuona , a particolari frequenze, funzione : delle caratteristiche del legno, della incatenatura implementata, che accorda la tavola armonica in maniera permanente determinandone numero e modi vibrazionali.
Analizzando i risultati di più di 800 prove, arrivarono a confermare l’assoluta validità e completezza del metodo di Chladni per la determinazione della qualità di uno strumento musicale, che è diventato negli anni lo standard internazionale con cui studiosi e liutai, analizzano gli strumenti musicali.
Strumenti testati e comparati con nostro oggetto del test :
Abbiamo confrontato il ns progetto, di seguito in avanti denominato “Chitarra Sellitto”, con altre 4 chitarre da concerto , (progetti Torres e Hauser) considerate le massime espressioni della liuteria tradizionale e al contempo con ( progetti lattice brace e double top), considerati , in termini di progetto, le due massime espressioni di quella contemporanea.
Chitarre che sono di seguito schematizzate ed elencate:
Chitarra 1 : progetto incatenatura a rinforzo reticolare (“lattice bracing” con incatenatura rinforzata in carbonio)
Chitarra 2 : progetto con tavola “Double-Top” con Kevlar
Chitarra 3 : progetto incatenatura tradizionale Hauser
Chitarra 4 : progetto incatenatura tradizionale Torres
Chitarra 5 : progetto chitarra classica Cav. Marco Sellitto
Condizioni del test I e attrezzatura utilizzata:
1. Temperatura ambiente 25°C
2. Umidità relativa 55%
3. Ambiente acusticamente trattato (simile ad una camera anecoica) di dimensioni: 9,30 metri x 7,50 metri x 3,10 metri
4. Fonometro Colemeter posizionato ad 1 metro di distanza dallo strumento
5. Fonometro Colemeter direzionato in corrispondenza del punto a 175mm di distanza dal ponte in direzione della tastiera
6. corda pizzicata a 135mm di distanza dal ponte, in direzione della tastiera
7. con una forza pari a 0,68 Newton
8. con un’inclinazione rispetto al piano armonico di 60°
Descrizione Test 1 :
I risultati di seguito illustrati e sintetizzati in tabella 2, evidenziano , nella chitarra “Sellitto”, il raggiungimento di un obiettivo ad oggi impensabile per uno strumento a corde, specie per la chitarra classica, (indispensabile per la polifonia e la musica in generale): uno straordinario equilibrio, in termini di livello di emissione (intensità), tra tutte e sei le corde
TABELLA 2 : equilibrio tra le 6 corde a vuoto
Condizioni del test 2 e attrezzatura utilizzata:
1. Temperatura ambiente 25°C
2. Umidità relativa 55%
3. Ambiente acusticamente trattato (simile ad una camera anecoica) di dimensioni: 9,3 metri x 7,50 metri x 3,10 metri
4. Fonometro COLEMETER posizionato prima ad 1 metro di distanza dallo strumento e poi a 3,70 metri di distanza
5. Fonometro Colemeter direzionato in corrispondenza del punto a 175mm di distanza dal ponte in direzione della tastiera
6. corda pizzicata a 135mm di distanza dal ponte, in direzione della tastiera
7. con una forza pari a 0,87 Newton
8. con un’inclinazione rispetto al piano armonico di 60°
Descrizione della prova:
Per queste due prove di SPL, abbiamo di nuovo utilizzato il ns braccio meccanico che pizzicava le corde degli strumenti in prova, questa volta non una per volta con pausa tra l’una e l’altra di 25 secondi come per la prova precedente, ma suonando le corde in maniera continuativa dalla prima alla sesta e dalla sesta alla prima, nel punto posto a 135 mm di distanza dal ponte in direzione della tastiera con un inclinazione di 60° rispetto alla tavola armonica con una forza pari a 0,9 Newton. In queste condizioni, abbiamo effettuato una misurazione di SPL col Fonometro modello COLEMETER, puntandolo in termini di direzione , nel punto a 175mm di distanza dal ponte in direzione della tastiera , e ponendo il fonometro prima, ad una distanza prima di 1 metro dallo strumento e facendo le prime misurazioni a tale distanza e poi aumentando la distanza di rilevazione fino a 3,70 metri , rifacendo le stesse misurazioni di SPL alla nuova distanza, e ottenendo i risultati nella tabella 3 di seguito riportata:
Tabella III : SPL a confronto a 1 metro e a 3,7 metri
Sintesi dei primi risultati:
Nella comparazione effettuata nei test 1 e 2, abbiamo riscontrato quanto segue:
Il nostro progetto, rispetto a tutti gli altri in prova , presenta:
1. Equilibrio tonale perfetto, in termini di intensità tra le varie corde
2. Maggiore potenza da vicino (rilevazione a 1 metro)
3. Maggiore potenza da lontano (rilevazione a 3,7 metri)
4. Minore perdita di potenza spostandosi, in termini di rilevazione da 1 metro a 3,7 metri.
5. Fino ad oggi progetti e tecnologie differenti, si sono tradotte, in termini di incremento di potenza erogata in un “nulla di fatto”, se consideriamo che a 3,7 metri, il rilevamento di tutte le 4 chitarre oggetto della comparazione con la nostra presentavano quasi l’identico livello di SPL (da 83db a 83,6db)
6. La ns chitarra con un valore di 88,1 db a 3,7 metri , è l’unica che raggiunge un livello di potenza sonora a 3,7 metri comparabile con la stragrande maggioranza degli strumenti dell’orchestra :
Per l’analisi cimatica abbiamo usato la seguente attrezzatura:
· Cassa acustica in sospensione pneumatica in grado di emettere frequenze a partire dai 20hz ( punto a -3db)
· Altoparlante custom, realizzato da un’azienda italiana, su ns specifiche in grado di riprodurre frequenze da 20 hz a 4 khz
· Generatore di onde sinusoidali in grado di generare onde a qualsiasi valore di frequenza
· Amplificatore della NAD3020E ( con volume impostato a fondo scala in modo da utilizzare il controllo del livello di uscita esclusivamente dal generatore di funzione) cui sono stati connessi , come sorgente di segnale il ns generatore di funzione e come output, la nostra cassa acustica
La nostra chitarra, dal lato del fondo era appoggiata sulla cassa ad una distanza pari a ca 8 cm dal nostro altoparlante, e poggiata su dei blocchetti di gomma piuma opportunamente disposti in zone non vibrazionali e facendo in modo che il centro dell’altoparlante si trovasse, dal lato del fondo della chitarra proprio in corrispondenza dell’osso del ponticello, simulando in tal modo l’azione forzata delle corde.
Si mette in vibrazione la tavola mediante un altoparlante ad una specifica frequenza, e si osserva come si dispone della polvere di thè nero cosparsa sulla tavola armonica.
Cambiando la frequenza di tale vibrazione, si osserva a quale valore i granelli di polvere saltano di più: queste frequenze vengono definite come frequenze di risonanza della tavola.
I granelli di polvere si dispongono seguendo delle precise geometrie fatte di nodi e antinodi: chiaramente la polvere tenderà ad accumularsi nei punti nodali, ovvero in quei punti in cui l’ampiezza dell’onda sonora è nulla. Mentre dove l’ampiezza è massima o minima, gli antinodi, la polvere sarà fatta saltare via.
Con questo metodo, (impostando: per le alte frequenze, da 800hz in su, un valore del livello di uscita del ns generatore di funzione pari a 100%, mentre, per tutte le altre frequenze lo abbiamo portato al livello del 89%), ed abbiamo rilevato valori di riposta in frequenza, visualizzando il massimo valore di frequenza a cui la ns tavola presenta ancora vibrazione (determinazione frequenza massima) ed il minimo valore di frequenza a cui la ns tavola comincia ad andare in risonanza (determinazione frequenza minima), i cui dati sono di seguito riportati:
” trattasi di un’ estensione in gamma bassa senza precedenti ….
essendo , take frequenza di risonanza si cassa (45 hz),,molto simile alla frequenza di cassa di un contrabasso.
Il risultato acustico che ne deriva e’ il seguente : i bassi risultano sempre estremamente ricchi , pieni di corpo ed estremamente profondi , oltre che ben articolati .
Inoltre , a differenza di quanto avviene in strumenti dotati di “ Tornavoz , ’in questo caso , il suono del basso , essendo realmente generato dalla cassa armonica della chitarra , risulta caratterizzato da un’ estrema pulizia timbrica e naturalezza , conseguentemente in grado quindi , di mantiene inalterate le doti di Proiettivita’ dello strumento
Modo 5 : massima frequenza raggiungibile da una chitarra con progetto Cav. Marco Sellitto:
Trattasi di in estensione in gamma alta , anche in questo caso , senza precedenti : parliamo infatti di una cassa in grado di raggiungere le stesse alte frequenza massime raggiungibili da un violino .
Questo , acusticamente ,si traduce in una notevolissima capacità proiettiva , nelle grandi sale , che consentono di udire perfettamente il suono di tale strumento , indifferentemente se un ascoltatore sia seduto in prima fila o in ultima fila .
Oltre a questa grande dote di proiettivita ‘ , indispensabile per un concertista , da un punto di vista squisitamente timbrico , questa estrema estensione in gamma alta so traduce :
- cantino molto limpido e pulito , ma al contempo pieno e ricco , quindi mai “ esile “ nel corpo o stridulo, ma molto dolce , espressivo ed esteso
- nella capacità dello strumento di offrire al concertista una tale quantità di sfumature timbriche da incrementare esponenzialmente “ i colori “ a sua disposizione , durante la interpretazione , che quindi sarà in grado di lasciar passare tutto il pensiero musicale del concertista senza limitarlo in alcun modo , anzi , stimolandolo ulteriormente …
Alla luce dei risultati delle risposte in frequenza misurate la tabella 1.a, si completa e diventa:
La tabella iniziale diventa così completata:
Tabella 1.C : tabella 1.a con aggiunta risposta in frequenza chitarra con progetto Cav. Marco Sellitto
Dai dati in tabella, in termini di estremi gamma della risposta in frequenza della nostra cassa armonica, è in termini di risposta in frequenza, in grado di generare un basso profondo comparabile a quello di un contrabbasso e, in termini di alti, un cantino esteso, quanto quello di un violino, comprendo, come banda passante complessiva, una ampiezza quasi identica a quella di un intero insieme di strumenti ad arco.
Questa estensione si traduce, anche , in un maggiore contenuto di armoniche superiori delle varie frequenze fondamentali, e quindi in una maggiore ricchezza timbrica.
Analisi Modale
Come per i violini, anche per la chitarra classica sappiamo che i modi vibrazionali, vale a dire le configurazioni morfologiche , che possono essere visualizzate ( o con tecniche indirette come laser, olografia, o dirette come la polvere da thè), sono 5[1] , classificati come modo di vibrazione
Abbiamo: modo1 ; modo 2; modo 3 ; modo4; modo 5 , di seguito illustrati :
[1] Jansson, Erik. (2020). ACOUSTICS FOR VIOLIN AND GUITAR MAKERS
Nella tabella 5 di seguito riportata, sono riportate le frequenze a cui , per ogni strumento durante il test, sono state visualizzate le figure modali riconducibili ai modi: 1-2-3-4-5, ove qualcuno di tali modi non fosse stato prodotto, nella tabella sarà riportata la dicitura “non presente”.
Tabella 5 : elenco modi di risonanza delle chitarre testate
[2] i valori più significativi e su cui convergere lo studio dell’ efficienza di radiazione per le chitarre classiche si trvano tra 150 Hz e 450 Hz ((Ian Perry “ Sound Radiation Measurements on guitars and other stringed musical instruments” Cardiff University UK).
[3] Jansson “ Acoustics for violin and guitar makers”
[4] Vedere le relative analisi spettrali effettuate in questa specifica zona, la chitarra Sellitto, presenta una uniformità e un itensità di ordine di grandezza superiore a tutte le altre 4 in prova
Prime osservazione :
· Modo 1 : la chitarra Sellitto riesce a generarlo ben 11 volte addirittura nel range da 25hz a 761hz (modo previsto a livello teorico solo a 185hz), mentre tutte le altre chitarre del test ,una sola volta (ossia ad una sola frequenza)
· Modo 3: insieme al progetto Torres , la ns è l’unica ad aver generato 2 volte il modo 3, mentre tutte le altre chitarre del test una sola volta (ossia ad una sola frequenza)
· Modo 4 : la chitarra Sellitto riesce a generarlo ben 9 volte e, cosa ancora più importante, alle frequenze delle accordature (432hz-435hz-440hz-441hz-442hz) mentre tutte le altre chitarre del test una sola volta (ossia ad una sola frequenza)
· Modo 5: la Chitarra Sellitto riesce a generarlo ben 7 volte fino da 587hz fino a 3132 hz mentre tutte le altre chitarre del test una sola volta (ossia ad una sola frequenza)
Riportiamo di seguito alcune foto scattate sui modi visualizzati sulla chitarra Sellitto :
Alcuni esempi di MODO 1 (A0) , visualizzati :
Abbiamo risonanza del (modo 1 A0), già da 45ha, 61hz e 70hz:
Osservazioni :
Dalle foto dei modi visualizzati sulla tavola armonica, possiamo osservare la perfetta simmetria delle figure visualizzate che ci testimoniano un fattore di qualità Q ideale.
Cosi come il numero di volte in cui i vari modi di risonanza si sono presentati, che unito alla costante presenza di risonanza a tutte le frequenze significative, evidenzia una risposta: ricca armonicamente, di alta intensità e assolutamente regolare ed uniforme.
Il carattere della chitarra ed il suo fattore di qualità è ben evidenziato ed influenzato dalla risposta in frequenza che essa presenta nel range di frequenze che vanno da ca 150hz a ca 450hz[1].
Abbiamo anche fatto una analisi spettrale di seguito riportata (manca quello di chitarra 4 in quanto rientrata nella collezione del proprietario), che testimonia la assoluta validità operativa del metodo cimatico, per l’analisi qualitativa, degli strumenti, per comodità di visualizzazione le abbiamo affiancate nello stesso grafico.
Per comodità abbiamo riportato gli uni affianco agli altri i grafici della risposta in frequenza delle chitarre 1-2-3-Sellitto nel range 150hz-450hz :
[1] Jurger Meyer “ acoustic and the performance of music—Classical Guitar” ; “Dynamic response optimization on an classical guitar” M.M.A.Von Boven.
Il carattere della chitarra ed il suo fattore di qualità è ben evidenziato ed influenzato dalla risposta in frequenza che essa presenta nel range di frequenze che vanno da ca 150hz a ca 450hz[1].
Abbiamo anche fatto una analisi spettrale di seguito riportata (manca quello di chitarra 4 in quanto rientrata nella collezione del proprietario), che testimonia la assoluta validità operativa del metodo cimatico, per l’analisi qualitativa, degli strumenti, per comodità di visualizzazione le abbiamo affiancate nello stesso grafico.
Per comodità abbiamo riportato gli uni affianco agli altri i grafici della risposta in frequenza delle chitarre 1-2-3-Sellitto nel range 150hz-450hz :
Notare che mentre le risposte in frequenza di tutte le chitarre del test, sono assolutamente tormentante e irregolari, la chitarra Sellitto, è quasi approssimabile ad una linea retta, ed è sempre completamente “ piena”, e quindi ricca di armoniche.
Con questi ultimi test, abbiamo dimostrato anche l’ultimo punto, e vale a dire la assoluta ricchezza armonica e uniformità ( quindi linearità) della risposta della chitarra Sellitto , rispetto a tutte le altre oggetto del test.
[1] Jurger Meyer “ acoustic and the performance of music—Classical Guitar” ; “Dynamic response optimization on an classical guitar” M.M.A.Von Boven.
Analisi Spettrali (150hz-450hz) a confronto, nell’ordine da sinistra verso destra : chitarra 1( progetto lattice brace)-chitarra 2 (progetto Double Top)-chitarra 3(progetto Hauser )- chitarra Cav. Sellitto (ultima a destra)
Nella disamina di quelli che sono i limiti principali della chitarra classica, abbiamo visto :
Primo limite :
Banda passante (risposta in frequenza) molto limitata
La chitarra con progetto Cav. Marco Sellitto presenta una risposta in
frequenza : da 45 hz fino a 3132 hz, superando quindi in maniera
questo limite che da sempre affligge la chitarra classica, eguagliando
quella che è la somma delle risposte in frequenza di un assieme di archi
( contrabasso, violoncello, viola, violino) , considerato nel suo
insieme
Cosicché una tabella riassuntiva delle risposte in frequenza dei vari strumenti è di seguito riportata :
Abbiamo dimostrato da un punto di vista quantitativo la riposta in frequenza del progetto Cav. Marco Sellitto
Secondo limite :
Risposta in frequenza, estremamente irregolare (SQUILIBRIO TIMBRICO) : nell’ambito di una determinata banda passante, presenta un comportamento caratterizzato da picchi e buchi a determinate frequenze
Con ben 3 tipologie di test :
I) misura dell ‘equilibrio tra le sei corde
II) test di cimatica e
III) con le analisi di spettro
I) un equilibrio perfetto tra l’emissione in db delle 6 corde
II) un contenuto armonico molto elevato
III) una risposta in frequenza estremamente lineare
Terzo limite :
Potenza limitata.
Misurando i vari strumenti
musicali (es viola, violino, arca, fagotto, etc) a ca 3,7 metri di
distanza, essi misurano ca 88 db in media.
Alla stessa distanza,
di tutti i progetti del test, la chitarra Cav. Marco Sellitto presenta
ca la stessa potenza ( 88,1 db rilevati a 3,7mt) contro i ca (83-83,5 db
rilevati delle altre chitarre).
Bisogna considerare che,
l’orecchio umano , percepisce 3 db come un raddoppio del volume e ,
conseguentemente -3db come dimezzamento del volume.
La chitarra con progetto Cav. Marco Sellitto, a 3,7 metri di distanza misura stessa potenza degli strumenti dell’orchestra ( viola, violino, arca, fagotto, etc ), e ben 5 db in più rispetto agli altri progetti di chitarra classica oggetto del test.
In sintesi, tutti e tre i principali limiti della chitarra classica , col progetto di chitarra da concerto Cav. Marco Sellitto, sono stati assolutamente risolti e superati.