Negli strumenti a fiato è possibile suonare note diverse grazie ai fori laterali che consentono al musicista di modificare la lunghezza della colonna d'aria. Per tutti gli strumenti moderni è stato progettato un complesso sistema di chiavi che aprono e chiudono questi fori.
Risonatori a tampone
Un tampone, per lo più fatto di cartone rivestito di pelle, è incollato all'interno di ogni chiave e funge da guarnizione per evitare perdite d'aria. A volte, soprattutto nel caso del sax, al centro del tampone viene applicato un risonatore. I risuonatori possono avere forme diverse (piatte, a cupola, a onde...) e sono realizzati in vari materiali (plastica, rame, ottone e persino oro!). Ma qual è esattamente il ruolo di questi risonatori?
Misura sperimentale
Per capire il loro ruolo, abbiamo fatto un piccolo esperimento. Abbiamo misurato l'impedenza di ingresso (leggete il nostro articolo suImpedenza d'ingresso: uno strumento essenziale per comprendere gli strumenti a vento) di un tubo cilindrico sigillato all'estremità con una chiave. Abbiamo usato tre chiavi identiche, ognuna con un tampone diverso: una con un risonatore di metallo, una con un risonatore di plastica e l'ultima senza risonatore.
La figura precedente mostra che il primo picco di impedenza del tubo chiuso dal tampone senza risonatore è molto basso, il che significa che il tampone assorbe molta energia acustica. I tamponi con risonatori in plastica e metallo hanno un comportamento simile a bassa frequenza: riflettono le onde acustiche molto più del tampone senza risonatore.
Abbiamo anche misurato l'impedenza d'ingresso del tubo aperto, tenendo la chiave aperta (vedi diagramma sopra). Si può notare che anche il tipo di tampone può influenzare l'impedenza del tubo in apertura. Tuttavia, questo effetto è particolarmente evidente quando il tampone è molto vicino all'estremità del tubo.
La figura precedente mostra che il secondo e il terzo picco sono smorzati dal tampone senza risonatore quando si trova a una distanza di 1 mm dall'estremità del tubo. Il tampone senza risonatore ha quindi un effetto assorbente sulle alte frequenze. Tuttavia, nel caso di uno strumento reale, una distanza di 1 mm tra il tampone e il foro può verificarsi solo in stati transitori (quando il foro si apre o si chiude).
La distanza di 5 mm nella figura precedente è molto più rappresentativa di una situazione reale, quando la chiave è a riposo sul sassofono (foro aperto). In questo caso, la differenza di impedenza di ingresso tra i tre tamponi è molto meno evidente, ma può comunque essere rilevata.
Effetto dei risonatori sull'impedenza di ingresso
Ora è interessante vedere l'effetto dei risonatori su un intero sassofono. In questo studio abbiamo utilizzato quattro sassofoni Yamaha YAS-480 con numeri di serie consecutivi. Per prima cosa abbiamo misurato l'impedenza d'ingresso di questi sassofoni, arrivati direttamente dalla fabbrica e dotati di risuonatori in plastica. Queste misure hanno permesso di verificare che i quattro strumenti erano molto simili, poiché le loro impedenze differivano di meno di 1 dB in ampiezza e 5 centesimi in frequenza, che è l'ordine di grandezza della precisione limite ottenuta con il sistema di misurazione dell'impedenza utilizzato.
Due sassofoni (i numeri 37 e 39) sono rimasti nella loro condizione originale (con risuonatori in plastica), mentre gli altri due sono stati dotati di nuovi tamponi. Il sassofono n. 38 è stato dotato di tamponi senza risonatori, mentre il sassofono n. 40 è stato dotato di tamponi con risonatori metallici.
Nella figura precedente si può notare che i sassofoni sono molto simili, con l'eccezione del sassofono n. 38 che presenta picchi di impedenza più bassi. Ciò è in consistenza con il comportamento evidenziato in precedenza per i tamponi non risonatori su un tubo cilindrico. Se osserviamo attentamente, possiamo notare che il sassofono n. 38 ha frequenze di risonanza più basse rispetto alle frequenze di risonanza degli altri tre sassofoni. I sassofoni erano precedentemente dotati di risonatori, quindi, cambiando i tamponi originali con quelli senza risonatori, si aumenta il volume dei camini (quando i fori sono chiusi). Ciò tende ad abbassare le frequenze di riproduzione dello strumento. Anche l'ampiezza si abbassa di circa 1 o 2 dB rispetto al picco della quarta impedenza. Si possono notare differenze per altre diteggiature? Si può vedere la diteggiatura del Fa3, dove circa la metà dei fori laterali sono chiusi. Per questa diteggiatura, anche le frequenze di risonanza del sassofono n. 38 sono più basse rispetto agli altri sassofoni, ma le differenze sono meno evidenti rispetto al Bb3. Per il F5, dove tutti i fori tranne uno sono in apertura, non ci sono quasi differenze tra i quattro sassofoni. Ciò dimostra che l'effetto dei tamponi è cumulativo rispetto al numero di fori chiusi.
Conclusione
In conclusione, si può affermare che i risonatori a tampone hanno un effetto misurabile sull'acustica del sassofono. Il coefficiente di riflessione del tampone viene aumentato dalla presenza di un risonatore quando il foro è chiuso e l'ampiezza dei picchi di impedenza del sassofono aumenta di diversi dB. Questo effetto è maggiore con più fori chiusi. Da un punto di vista acustico, il termine "risonatore" è fuorviante perché il risonatore non vibra, anzi, tende a smorzare le vibrazioni del tampone. Un "risonatore" potrebbe piuttosto essere chiamato "riflettore".
E cosa dicono i musicisti? Per scoprirlo, leggete la seconda parte di questo studio:Risonatori a tampone - Influenza sulla percezione del suono
