ΦΥΣΙΚΗ ΑΚΟΥΣΤΙΚΗ ΚΛΑΡΙΝΟΥ

Καθηγητής: Ν. Διπλάρης                                                           

Α.Τ.Ε.Ι. Ιονίων Νήσων

Τμήμα Τεχνολογίας Ήχου και Μουσικών Οργάνων

ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΞΥΛΙΝΩΝ ΠΝΕΥΣΤΩΝ ΟΡΓΑΝΩΝ

Κάθε λειτουργικό σύστημα[1] (στην προκειμένη περίπτωση, το κλαρίνο) τροφοδοτείται από μία πηγή ενέργειας.
Για το κλαρίνο, η πηγή ενέργειας είναι η ροή του αέρα που φυσάει ο οργανοπαίχτης.
Για να παίξει το κλαρίνο, η ροή του αέρα που εισέρχεται σε αυτό πρέπει να είναι ελεγχόμενη, και γι’αυτόν τον σκοπό είναι απαραίτητο το καλάμι. Μόλις ‘χτυπήσει’ η ροή του αέρα την ελεύθερη άκρη του καλαμιού, αυτό τρέπεται σε γρήγορη ταλάντωση και λειτουργεί σαν βαλβίδα η οποία ανοιγοκλείνει την κοιλότητα του επιστομίου[2].
Η κοιλότητα θεωρείται οτι ‘κλείνει’ όταν το καλάμι, πάνω στην κίνησή του (η οποία μοιάζει με αυτή ενός ταλαντευόμενου χάρακα στην άκρη ενός τραπεζιού), ακουμπάει στιγμιαία την άκρη του λεπτού χείλους του επιστομίου. Τότε η κοιλότητα του επιστομίου απομονώνεται, στιγμιαία, από τον εξωτερικό αέρα και η επαφή καλάμι-χείλους επιστομίου θέτει το εξωτερικό όριο της στήλης του αέρα εντός του κλαρίνου. Επειδή η επαφή αυτή επαναλαμβάνεται πολλές φορές το δευτερόλεπτο, ο σωλήνας του κλαρίνου συμπεριφέρεται ακουστικά σαν να είναι κλειστός στο σημείο αυτό.
Ανάλογα με το είδος των ταλαντώσεων του καλαμιού, καθορίζονται εν μέρει η τονικότητα και το ηχόχρωμα της παραγόμενης νότας. Το γρήγορο ‘ανοιγοκλείσιμο’ της κοιλότητας του επιστομίου δημιουργεί διαδοχικές εναλλαγές υψηλής και χαμηλής πίεσης μέσα στον σωλήνα, οι οποίες μεταδίδονται κατά μήκος του χάρη στην ελαστικότητα του αέρα.
Η διάδωση εναλλαγών πίεσης είναι, με άλλα λόγια, η δημιουργία ηχητικών κυμάτων μέσα στο κλαρίνο, τα οποία μεταδίδονται στην ίδια ταχύτητα που διαδίδονται οι εναλλαγές πίεσης, και διανύουν επανειλλημένα μπρος-πίσω την απόσταση μεταξύ επιστομίου και καμπάνας. Η κίνηση αυτή των κυμάτων μεταξύ καμπάνας και επιστομίου δεν σημαίνει ότι τα ίδια τα μόρια του αέρα μέσα στον σωλήνα κινούνται και αυτά από επιστόμιο προς καμπάνα - δεν πραγματοποιείται μαζική μετακίνηση αέρα δηλ. δεν υπάρχει ρεύμα μέσα στον σωλήνα· τα μόρια του αέρα ‘πάλλονται’ – κινούνται πολύ γρήγορα πέρα-δώθε διατηρώντας μονίμως ένα σταθερό κεντρικό σημείο[3] όπως θα έκανε π.χ. μία χαρούμενη παρέα φίλων πιασμένη με τα χέρια στους ώμους πηγαίνοντας αριστερά-δεξιά στον ρυθμό του τραγουδιού (όλοι μαζί ταλαντεύονται ρυθμικά, αλλά ο καθένας παραμένει στην θέση του). Η ‘μετάδωση’ του κύματος είναι, στην ουσία, μία αλυσιδωτή κίνηση μορίων αέρα.
Γενικά, ο ήχος που βγάζουν όλα τα πνευστά όργανα είναι ενέργεια που μεταφέρεται από το όργανο στα αυτιά μας διαμέσου του αέρα με την μορφή κυμάτων και δεν είναι η ροή του ίδιου του αέρα από τα πνευμόνια του οργανοπαίχτη, προς το όργανο και από το όργανο προς τα αυτιά μας.
Ο αέρας που όντος φυσάνε οι οργανοπαίχτες πάνω στο επιστόμιο λειτουργεί μόνο σαν κινητήρια πηγή ενέργειας για το παλλόμενο καλάμι.
Κατά την εξάπλωση ηχητικών κυμάτων ,υπάρχει τριβή ανάμεσα σε διπλανά παλλόμενα μόρια αέρα, με αποτέλεσμα να χάνεται ενέργεια του κύματος και να μετατρέπεται σε θερμότητα.
Όσο μεγαλύτερη απόσταση διανύει το κύμα, τόσο περισσότερη ενέργεια χάνει, που σημαίνει ότι μειώνεται η ένταση του ήχου.
Για την ακρίβεια, ο ήχος χάνει 6dB ανά διπλασιασμό της απόστασης που έχει ήδη διανύσει[4].
Αυτή η σχέση έντασης-απόστασης αποκτά μεγαλύτερο νόημα εάν γνωρίζουμε την ταχύτητα διάδοσης ηχητικών κυμάτων διαμέσου του αέρα: κάτω από συνθήκες 20˚ Κελσίου και σε περιβάλλον εξωτερικού χώρου, τα ηχητικά κύματα εξαπλώνονται με μία ταχύτητα περίπου 343 μέτρων ανά δευτερόλεπτο - η γνωστή ταχύτητα του ήχου.
Όταν διαδίδονται ηχητικά κύματα χαμηλών συχνοτήτων σε ανοιχτό χώρο, η εξάπλωσή τους γίνεται με την μορφή ομόκεντρων κύκλων προς όλες τις κατευθύνσεις γύρω από την πηγή τους, και η ενέργεια που μεταφέρεται είναι περισσότερη απ’ ότι στις ψηλότερες συχνότητες, που σημαίνει ότι οι χαμηλοί ήχοι ακούγονται μέχρι πιο μακριά απ’τους ψηλούς.
Στις ψηλές συχνότητες, τα κύματα τείνουν να εξαπλώνονται προς μικρότερο εύρος κατευθύνσεων σε σχέση με τις χαμηλές, και η πορεία τους είναι ευαίσθητη σε τυχόντα ανακλαστικά και απορροφητικά εμπόδια.
Εάν σκεφτούμε το κλαρίνο σαν μηχανικό σύστημα, το παλλόμενο καλάμι τοποθετημένο πάνω στην επίπεδη επιφάνεια του επιστομίου είναι ο μηχανισμός εκκίνησης ταλάντωσης ολόκληρης της στήλης του αέρα η οποία αποτελείται από το σύνολο του όγκου αέρα της κοιλότητας του επιστομίου + του όγκου αέρα μέσα στον σωλήνα + του αέρα εσωκλειόμενου στις καμινάδες των τρυπών. Η στήλη του αέρα έχει τον ρόλο του αντηχείου[5] του συστήματος .
Το κλαρίνο είναι, κατ’ ουσίαν, ο συνδυασμός ενός μηχανισμού εκκίνησης με ένα αντηχείο(ο μηχανισμός εκκίνησης από μόνος του δεν αποτελεί μουσικό όργανο).
Το σχήμα του σωλήνα του κλαρίνου είναι κυλινδρικό κατα 2/3 του συνολικού του μήκους και θεωρείται κλειστός από την μία του άκρη, άρα ανήκει στην κατηγορία των κλειστών-ανοιχτών κυλινδρικών σωλήνων. Κατά συνέπεια, η πορεία των ηχητικών κυμάτων εντός του σωλήνα διέπεται από τους κανόνες φυσικής αυτής της κατηγορίας σωλήνων. Η ιδιαιτερότητα αυτών των σωλήνων, είναι ότι, θεωρητικά, παράγουν μόνο τις μονές συχνότητες της σειράς των αρμονικών.

1σύστημα’=μηχανισμός παραγωγής έργου (φυσική)
2 ‘κοιλότητα του επιστομίου’=ο κενός χώρος μέσα στο επιστόμιο που καταλαμβάνεται από αέρα
3 Εάν βλέπαμε τον παλμό των μορίων σε αργή κίνηση, θα βλέπαμε ένα μόριο να κινείται προς μία κατεύθυνση και να επιστρέφει στη θέση του, σπρώχνοντας το διπλανό μόριο το οποίο επίσης μετακινείται και επιστρέφει στην θέση του, σπρώχνοντας το παραδιπλανό μόριο...κ.ο.κ. το κύμα διαδίδεται από μόριο σε μόριο.
4 Εαν ας πούμε, ένα κύμα προχωράει χ εκατοστά κατά τη διάρκεια ψ δευτερολέπτων, μετά, όταν θα έχει προχωρήσει άλλα χ εκατοστά ακόμα, η έντασή του θα είναι μειωμένη κατά 6 dB.
5 ‘Αντηχείο’ (resonator) – μηχανική κατασκευή η οποία συντονίζεται σε ορισμένες συχνότητες. Στο κλαρίνο, και όλα τα πνευστά, το αντηχείο ‘εξαναγκάζεται’ να συντονιστεί στις συχνότητες του μηχανισμού εκκίνησης.