Clarinetto

Da "Fisica, onde Musica": un sito web su fisica delle onde e del suono, acustica degli strumenti musicali, scale musicali, armonia e musica.

NOTA: tutti i campioni sonori del clarinetto sono stati eseguiti da Gaetano Nenna il 04/12/2007. Ingegnere del suono: Valerio Carboni.

Struttura dello strumento

Clarinetto Parti costitutive
Cl intero med.jpg Cl parti med.jpg

Il clarinetto è costituito da un tubo cilindrico generalmente di legno d'ebano, terminante con una bocca a campana conica. Lo strumento non è costruito in un pezzo unico, ma è diviso in cinque segmenti che si uniscono ad incastro.

  1. L'imboccatura è costituita da un sostegno di ebanite (bocchino) cui è legata un'ancia semplice, cioè una sottile lamina che viene messa in oscillazione dal fiato dell'esecutore.
  2. Un breve giunto a forma di barilotto.
  3. Due sezioni centrali, in cui sono praticati 24 fori per l'intonazione, e che, all'esterno, portano un complesso sistema di chiavi per controllare i fori.
  4. L'ultima sezione è la campana conica, che ha la funzione principale di dare uniformità alle note più gravi. La campana corregge la lunghezza efficace della canna risonante, ma la maggior parte dell'energia sonora non è irradiata attraverso di essa, bensì dai fori di intonazione.
Corpo superiore Corpo inferiore Campana
Cl particolare 2 med.jpg Cl particolare 1 med.jpg Cl particolare 3 med.jpg

Come si produce il suono

  • L'ancia è il generatore meccanico delle oscillazioni nello strumento. Essa è una sottile lamella di canna o di materiale plastico flessibile. La sua rigidità è variabile, ed è in genere indicata con un numero da 1 (morbida) a 5 (dura) in una scala non standard.
  • L'ancia ha la funzione di trasformare il flusso d'aria continuo proveniente dai polmoni dell'esecutore in un flusso oscillante idoneo ad essere accoppiato con il cilindro d'aria contenuto nel corpo risonante dello strumento.
  • La pressione che il suonatore deve mantenere all'interno della bocca per mantenere l'ancia in oscillazione è piuttosto elevata: circa 3 kPa sopra la pressione atmosferica, cioè tre volte maggiore che nel caso del flauto.

La sorgente delle oscillazioni

Bocchino Ancia e legatura Ancia in vibrazione
Cl bocchino med.jpg Cl ancia med.jpg Ancia clarinetto.gif


Il teorema di Bernoulli (cioè il principio di conservazione dell'energia meccanica nel moto dei fluidi) regola il funzionamento dell'ancia. Analogamente al caso dell'oboe possiamo individuare le fasi tipiche nel moto dell'ancia come segue:

  1. Il flusso d'aria entra nell'imboccatura passando tra l'ancia (flessibile) e il bocchino (rigido). Il flusso dell'aria aumenta la propria velocità quando percorre lo stretto passaggio, e, per il teorema di Bernoulli, la pressione del fluido all'interno del bocchino diminuisce.
  2. Conseguentemente l'ancia tende a flettersi verso l'interno del bocchino, fino ad otturare la feritoia di ingresso dell'aria.
  3. Interrotto il flusso la velocità dell'aria nel bocchino scende a zero, e si ristabilisce la pressione atmosferica. L'ancia può tornare verso la sua posizione di equilibrio, ma, a causa della sua elasticità la oltrepassa.
  4. Ora la feritoia è più larga che nella condizione iniziale, ma il flusso d'aria riprende facendo di nuovo scendere la pressione nel bocchino, e riportando il sistema nella condizione iniziale. Da questo momento in poi il moto si ripete ciclicamente.

Intonazione e risonanze

  • La canna del clarinetto deve essere considerata chiusa ad un estremo agli effetti dell'acustica. Questo risulta evidente quando si confronti l'estensione del clarinetto con quella del flauto. I due strumenti hanno all'incirca la stessa lunghezza, ma il registro del clarinetto si estende un'ottava sotto quello del flauto.
  • Ciò indica che la lunghezza d'onda delle note più gravi nel clarinetto è doppia di quelle del flauto. Nel flauto mezza lunghezza d'onda si trova all'interno dello strumento, mentre il clarinetto ne contiene solo un quarto.
  • La nota più grave che è possibile produrre su un clarinetto in Si♭ è Re3. Infatti, sapendo che la canna è lunga circa 60 cm, e che può al massimo contenere un quarto d'onda, si vede che la frequenza corrispondente a quest'onda è circa 146 Hz. La velocità del suono utilizzata, circa 350 m s-1, si riferisce ovviamente all'aria calda e umida contenuta nello strumento.


La formazione del timbro

  • La frequenza fondamentale dell'onda di pressione che viene iniettata nel tubo risonante è determinata dalla frequenza propria di oscillazione dell'ancia (vedi frequenze proprie della barra).
  • Tuttavia, l'ancia non è un oscillatore semplice, quindi il suo moto produce in realtà una forma d'onda non armonica. Esistono diversi regimi in cui è possibile forzare l'oscillazione dell'ancia, variando la pressione delle labbra sul bocchino e la pressione dell'aria all'interno della bocca. Si viene a modificare così la forma d'onda che essa produce, che, in condizioni standard hanno una forma approssimativa di "dente di sega". L'onda generata contiene quindi tutti gli armonici superiori della fondamentale (pari e dispari). Ce ne si può rendere conto facilmente ascoltando il suono dell'ancia quando l'imboccatura del clarinetto viene staccata dal tubo risonante.
  • Quando l'ancia viene accoppiata al corpo cilindrico del clarinetto, questo esalta le frequenze contenute nell'onda a dente di sega che corrispondono alle frequenze di risonanza del tubo e attenua le altre.
clarinetto flauto
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Si♭3 sul clarinetto

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Si♭3 sul flauto

Caratteristiche acustiche

  • Come già osservato, il clarinetto è acusticamente equivalente ad una canna tappata ad un'estremità e aperta all'altra. L'impedenza acustica è estremamente elevata dalla parte dell'ancia, e lo strumento opera in risonanza alle frequenze per cui si ha un massimo dell'impedenza.
  • Un'onda sonora che si riflette all'estremità dell'ancia lo fa mantenendo un ventre di pressione in prossimità dell'ancia, mentre un'onda che raggiunga l'estremità aperta si riflette mantenendo un nodo di pressione al bordo (pari alla pressione dell'aria esterna).
  • Il timbro dello strumento è determinato dall'effetto dalla chiusura ad un'estremità, ed assume un carattere meno chiaro del flauto, o dell'oboe, in quanto tutte le armoniche pari sono fortemente attenuate (o del tutto soppresse).

I fori possono essere utilizzati non solo per intonare note diverse, ma anche con funzione di registro, nello stesso modo del flauto.

  • La maggior parte della radiazione del clarinetto proviene dai fori di intonazione, che sono molto più piccoli delle lunghezza d'onda caratteristiche emesse nella banda tra 1000 e 4000 Hz. Di conseguenza il clarinetto si comporta per queste frequenze come una sorgente praticamente puntiforme, senza alcuna marcata direzionalità.
  • La campana conica alla bocca dello strumento trasmette piuttosto bene le alte frequenze, ma non le basse frequenze. La sua funzione quindi è quella di rendere lo spettro più omogeneo nelle situazioni in cui le alte frequenze sono attenuate dall'effetto passa-alto della sequenza dei fori aperti (si veda la discussione nel caso del flauto).
  • Come già osservato l'ancia possiede i suoi propri modi normali di vibrazione, e lo strumento opera quando queste frequenze corrispondono alle risonanze della colonna d'aria nel corpo dello strumento. L'effetto dell'ancia però può diventare predominante nell'esecuzione di particolari effetti, quale il glissando reso famoso dalle battute iniziali della Rapsodia in Blu di G. Gershwin.
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Il suono dell'ancia

Come abbiamo fatto anche per l'oboe, prima di tutto abbiamo staccato l'imboccatura dello strumento, e registrato i campioni sonori seguenti, in cui il suono dell'ancia montata sul bocchino non è filtrato dalle risonanze della canna.

Il suono corrisponde ad un'onda approssimativamente a forma triangolare di frequenza propria pari a 1105 Hz. La frequenza può essere abbassata dall'esecutore fino a circa 930 Hz variando la pressione dell'aria nella bocca, e variando la costante elastica della parte vibrante dell'ancia variando la posizione delle labbra in avanti o all'indietro rispetto al bocchino.

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Timbro e registri

Il clarinetto è uno strumento estremamente versatile dal punto di vista timbrico. Nel paragrafo particolarità musicali si trova una breve carrellata sull'utilizzo in musica delle qualità dello strumento. In questo paragrafo invece, abbiamo cercato di isolare le singole caratteristiche e di analizzarne la qualità sonora in modo indipendente dal contesto musicale.

Dall'esame della prima campione balza all'occhio la caratteristica del clarinetto di possedere una canna aperta ad un'estremità e chiusa all'altra. Questa caratteristica si traduce, dal punti di vista acustico, nella forte soppressione delle armoniche di ordine pari. Osservando il sonogramma di un Sib3 a 466 Hz si noterà che le armoniche pari non sono del tutto assenti, come accadrebbe nel caso ideale, ma sono assai meno intense delle armoniche dispari. Nell'osservare il sonogramma si ricordi che esso è tracciato in scala logaritmica. La differenza di potenza tra la prima e la seconda armonica nel Sib3, per esempio, è di circa 20 dB, corrispondenti ad un fattore 100 in scala lineare.

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CL_SIb

Vediamo ora cosa accade suonando il Sib ad ottave diverse. Osservando il sonogramma si deduce che, nelle ottave acute, le armoniche pari prendono proporzionalmente più forza, e questo già determina una flessione timbrica dello strumento nel passaggio dal registro grave a quello acuto. Per evidenziare il cambiamento qui a lato riportiamo lo spettro mediato nel tempo della prima e della seconda nota in ottava (Sib2 e Sib3) suonate nell'esempio che segue, avendone riscalato le frequenze in modo che siano sovrapposte, e avendo riscalato l'ampiezza complessiva in modo che le ampiezze delle fondamentali siano uguali. La frequenza base è 232 Hz. Ciò che si vede tra zero e il primo picco è solamente rumore.

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L'estensione dello strumento va oltre le tre ottave indicate nell'esempio precedente, e subisce continui cambiamenti. Ecco gli estremi dei tre registri in cui lo strumento può suonare. (Si veda anche tra le particolarità musicali).

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Suoni armonici

Come accade anche per altri strumenti (oboe, violino, tromba, ecc.) è possibile per l'esecutore suonare singoli armonici, anziché l'intero spettro dello strumento. Ciò si verifica quando, in virtù della particolare natura dell'eccitazione, e delle condizioni al contorno imposte dallo strumentista, si selezione un particolare modo normale di oscillazione della colonna d'aria. Un modo per ottenere gli armonici consiste nell'imporre un nodo di pressione in un particolare punto. aprendo un foro corrispondente alla alla posizione voluta. negli esempi che seguono l'esecutore passa dalla nota base rispettivamente al terzo (una quinta sopra), e al quinto armonico (un'ottava e una terza maggiore sopra).

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Suoni Doppi

In questo esempio sono prodotti suoni doppi in due modi differenti. Nel primo caso si osserva, a partire da un Do3 a 267 Hz, l'apparire transitorio di un La4 a 871 Hz, che poi lascia il posto al quarto armonico del primo Do, un Mi5 a 1286 Hz.

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Nel secondo caso invece lo spettro è dominato da due armoniche pure a 342 Hz (Fa3), e a 526 Hz (Do4).

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Effetti

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Particolarità musicali

Introduzione

Il clarinetto è uno degli strumenti timbricamente più versatili, producendo un suono pieno e caldo nel registro grave (detto chalumeau), penetrante e financo stridente nella tessitura più acuta (chiamata clarino).

La versatilità timbrica

Data la caratteristica forma d’onda praticamente priva di armoniche pari, il timbro risulta talvolta un po’ “legnoso” e bene si presta a situazioni di carattere “pastorale” (come l’omonima 6ª Sinfonia di L. van Beethoven che, soprattutto nel V movimento, abbonda di incisi melodici affidati al clarinetto) ma anche di semplice ed intensa espressività (come nell’Andante del Concerto per clarinetto ed orchestra di W. A. Mozart, reso celebre dal film La mia Africa) o di sconsolata rassegnazione (come nel primo Lied del ciclo Lieder eines fahrenden Gesellen di G. Mahler) fino ad assumere una connotazione fortemente nostalgica e persino struggente (vedi la famosa scena della lettera da Traviata di G. Verdi, dove un malinconico solo di clarinetto guida la penna della protagonista mentre scrive all’innamorato una sofferta lettera di addio).

Nuove tendenze: l’articolazione jazzistica

Queste sono solo alcune delle innumerevoli sfumature timbriche (e quindi caratteriali) che lo strumento può offrirci, approfittando soprattutto della notevole differenza di colore dei due registri caratteristici sopracitati. Allo stesso modo, anche se in un ambito linguistico affatto diverso, anche il jazz si è appropriato dello strumento facendone il fulcro solista delle big band: il suono risulta spesso molto soffiato, quasi sporco (ma non per questo meno espressivo) nella tessitura medio-grave e stridente, quasi “urlato” in quella sovracuta, spingendo agli estremi le caratteristiche timbriche più peculiari del clarinetto. Proponiamo qui un esempio abbastanza eccezionale, e cioè un solo dell’attore e regista Woody Allen, grande appassionato di blues nonché valido clarinettista, che si è cimentato di recente in una lunga tournée con la sua New Orleans Jazz Band.

Le invenzioni più recenti

Les murs de Jean.png Naturalmente l’estrema versatilità dello strumento non poteva non suscitare l’interesse da parte delle avanguardie musicali, che hanno sviluppato una ricerca soprattutto di natura timbrica ed articolativa. Nel III brano di Les murs de Jean per sette strumenti, Luca Antignani affida al clarinetto un lungo solo che “cade”, alla fine di ogni frase musicale, su un bicordo di facile realizzazione (andando contro la tradizione eminentemente monodica). Nel suo Germogli di vetro II per clarinetto e pianoforte, Paolo Boggio inventa per il clarinetto un particolarissimo glissato discendente che simula una sorta di urlo feroce, di grido disperato, mentre Lachenmann, in Dal niente (Interieur III) esplora un po’ tutte le capacità articolative dello strumento, dal soffio al suono, dallo staccato al pizzicato fino al “bacio” dell’ancia, e Sciarrino, nella composizione Let me die before I wake, si concentra una volta di più sulla zona liminale tra silenzio e suono, insistendo a lungo sui tremoli di armonici.

Osservazioni

  • Clarinetto e saxofono: nonostante il corpo del saxofono sia quasi sempre sempre costruito in metallo, e non in legno, il saxofono fa parte della famiglia dei legni, perché questa classificazione si riferisce al meccanismo di produzione del suono, e non tanto al materiale con cui gli strumenti sono costruiti. Negli ottoni la vibrazione primaria è sempre prodotta dall'oscillazione delle labbra dell'esecutore, mentre nei legni dall'oscillazione del flusso d'aria che si infrange contro una parte dello strumento.
  • Il saxofono, come il clarinetto è uno strumento ad ancia semplice. Tuttavia la larghezza del tubo dalla parte dell'ancia è relativamente grande. Questo diminuisce l'impedenza acustica, e quindi riduce l'accoppiamento tra ancia e colonna d'aria rispetto al caso del clarinetto. Il risultato netto è che l'oscillazione dell'ancia raggiunge il regime stazionario più in fretta che nel clarinetto, determinando un attacco del suono più netto.
  • Negli strumenti reali il nodo di pressione all'estremità aperta non corrisponde esattamente con l'estremità della canna, ma cade un poco oltre. La canna reale quindi si comporta come una canna ideale di lunghezza un po' diversa: una "lunghezza efficace". Questo effetto, tuttavia dipende dalla lunghezza complessiva della canna, e si presenta anche per tutti i fori dello strumento. Se il clarinetto fosse perfettamente cilindrico, quindi, non potrebbe essere intonato in tutti i registri. La tecnica costruttiva si è evoluta per compensare questa variabilità attraverso piccole variazioni della sezione dello strumento nella sua lunghezza.

Approfondimenti e collegamenti

  • Ti invitiamo a leggere la fondamentale pagina Suono e risonanza nella quale troverai enunciati i principi generali del funzionamento di uno strumento musicale. Tale lettura ti aiuterà a meglio apprezzare le peculiarità dello strumento descritto in questa pagina.
  • Nel nostro laboratorio virtuale potrai sperimentare la formazione delle onde riflesse e la loro dipendenza dalla forma della canna e dalla posizione dei fori dello strumento. Alla pagina esperimenti sui tubi sonori sono illustrate alcune esperienze guidate.

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