Comprobación de la influencia acústica de la madera en el cuerpo de la guitarra eléctrica, dentro del arte/ciencia de la Luthería.
Fundamentación:
¿Qué es la madera? (Del sitio www.guitarraprofesional.com por “Andrés Tattoo”):
“La madera es la sustancia fibrosa y compleja de la que están formados el tronco y las ramas de un árbol. Es el resto que queda de un ser vivo y como tal es inimitable artificialmente; a lo largo del tiempo se ve afectada por el medio, llegando inclusive a desaparecer totalmente. Como todo ser vivo su elemento fundamental es la célula. La unión de estas forman los tejidos que a su vez forman la masa leñosa. Estas fibras leñosas están formadas por la superposición de vasos alargados y comunicados entre sí.
Cuando las células envejecen sufren una serie de transformaciones, a este proceso se le llama lignificación y consiste en que dichas células se enriquecen en lignina, minerales y sustancias antisépticas o protectoras endureciéndose considerablemente formando el duramen o madera perfecta. Este es uno de los procesos más influyentes en el sonido final de la guitarra. Dependiendo de la cantidad de minerales transportados a estas células, que poco a poco van sustituyendo el agua, y por consiguiente modificando el peso de la madera, se va a obtener uno u otro tono. Existe la creencia de que a mayor o menor peso es mejor o peor una guitarra, pero lo que en realidad determina este fenómeno son los minerales en ella depositados a lo largo de los años y del grosor de las fibras. Hay guitarras muy pesadas y muy ligeras que suenan estupendamente bien. Las maderas destinadas para la custom shop o guitarras de fabricación especial de las distintas firmas, han sido estudiadas considerando muy significativamente este detalle para la elección de las mejores maderas. De hecho, el proceso de crecimiento y los minerales que se encuentran en la tierra de donde el árbol toma los nutrientes son imprescindibles para hacer esta elección. En el tronco se pueden ver distintas capas, cada una con una función específica para su desarrollo:
El núcleo es la parte central del tronco, por lo general casi siempre está integrado al duramen, que es la parte más dura del tronco y donde la madera tiene las mejores características para su uso. La albura o madera joven, es aquella en donde el proceso de crecimiento ha cesado y madura para formar la parte que posteriormente constituirá el duramen. El cámbium o madera nueva, es la parte del tronco donde se va formando la nueva capa anual, incrementando el diámetro del mismo. Esta madera al terminar su ciclo pasará a formar parte de la albura iniciando el proceso descripto. El líber es una de las partes más importantes en la vida de un árbol ya que es el encargado de transportar alimentos y desechos del árbol a la tierra. Y por último, la corteza la cual es la piel del árbol que la protege del clima y cualquier agresión que pudiese tener el árbol como golpes, fuego, etc.
El ciclo de crecimiento está determinado por las estaciones anuales. Cada una deja su huella en el crecimiento en forma de anillos, completandose el ciclo cada cuatro estaciones o cada dos si hablamos de maderas tropicales. Agentes externos como la humedad, los nutrientes, el clima, la atmósfera y el área geográfica de crecimiento determinan la formación de los anillos. Dichos anillos se diferencian debido a que en las distintas estaciones ocurren cambios en la estructura y crecimiento del árbol. En invierno el crecimiento se detiene prácticamente, mientras que en verano se desarrolla más ampliamente. Cuanto más constantes sean los elementos climáticos mejor madera obtendremos. De hecho, las mejores maderas se obtienen en zonas cercanas al Ecuador (+ o - 30 grados hacia el norte o hacia el sur) o donde existe un clima poco variable a lo largo del año. En un bosque las maderas externas o que bordean al mismo presentan muy malas condiciones porque absorben de una manera más directa los cambios climáticos mientras que los árboles que crecen protegidos por esta barrera presentan maderas óptimas para su uso.
Fig.2
Como se puede observar en la figura anterior el crecimiento lento compacta más la madera que el crecimiento temprano. Esto trae como consecuencia un aumento en el peso de la madera. En las siguientes imágenes se puede observar que en una misma madera hay infinitas formas de desarrollo y por consiguiente infinidad de tonalidades en cada una.
Fig. 2c
Fig. 2d
Para comparar se presentan dos fotos microscópicas en las cuáles a simple vista se pueden observar maderas de estructuras diferentes que se utilizan en la construcción de guitarras. La primera figura corresponde a la caoba y la segunda al pino.
Fig. 2e
Propiedades físicas:
Las propiedades de la madera dependen del crecimiento, edad, contenido de humedad, clase de terreno y de las distintas partes del tronco. Aquí se resume, como he dicho, todo el secreto del resultado final. Desarrollaremos algunos conceptos de utilidad para comprender mejor este fenómeno, que no es más que un conjunto de circunstancias, que reunidas óptimamente dan un resultado estupendo a la hora de ejecutar un instrumento.
Humedad:
La madera contiene agua de constitución, inherente a su naturaleza orgánica, agua de saturación, que impregna las paredes de los elementos leñosos y agua libre, absorbida por capilaridad a través de los vasos y traqueidas. Como la madera es higroscópica absorbe o desprende humedad según el medio ambiente. El agua libre desaparece totalmente al cabo de un cierto tiempo, quedando, además, del agua de constitución, el agua de saturación correspondiente a la humedad de la atmósfera hasta conseguir un equilibrio, diciéndose que la madera está secada al aire. La humedad de la madera varía ampliamente, en la madera recién cortada oscila entre el 50 y 60 por ciento y por imbibición puede llegar hasta el 250 y 300 por ciento. La madera secada al aire contiene del 10 al 15 por ciento de su peso en agua y como las distintas mediciones físicas están afectadas por el tanto por ciento de humedad, se ha convenido en referir los diversos ensayos a una humedad media internacional del 15 por ciento. La humedad de las maderas se aprecia mediante los procedimientos de pesado; colorimétrico; por la conductividad eléctrica y empleando girómetros eléctricos. Las variaciones de humedad hacen que la madera se hinche o contraiga, variando su volumen y por consiguiente, su densidad.
Densidad:
La densidad real de las maderas es sensiblemente igual para todas las especies, aproximadamente 1,56. La densidad aparente varía no sólo de una especie a otra, sino aún en la misma según el grado de humedad, la cantidad de minerales absorbidos y el sitio de crecimiento del árbol. Para hallar la densidad media de un árbol hay que sacar muestras de varios sitios.
Como la densidad aparente comprende el volumen de los huecos y los macizos, cuanto mayor sea la densidad aparente de una madera, mayor será la superficie de sus elementos resistentes y menor la de sus poros. Las maderas se clasifican por su densidad aparente en: pesadas, si es mayor de 0.8; ligeras, si esta comprendida entre 0.5 y 0.7 y muy ligeras, las menores de 0.5. La densidad juega un papel importantísimo en la transmisión y resonancia del sonido en una madera. La densidad varía según la cantidad de agua y minerales contenida, luego de haberse producido su corte y al someterla al secado. Cuanto más densa es la madera, más dura esta será y por lo tanto nos dará un tono más agudo.
Las maderas más secas son las menos elásticas. La elasticidad es mayor en las maderas duras que en las blandas lo que permite clasificarlas para usos específicos.
Contracción e hinchamiento:
La madera cambia de volumen según la humedad que contiene. Cuando pierde agua, se contrae o merma, siendo dicha contracción mínima en la dirección axial o de las fibras no pasando del 0.8 por ciento; en dirección radial no pasando del 1 al 7.8 por ciento y en la tangencial de 5 a 11.5 por ciento. La contracción es mayor en la albura que en el duramen, originando tensiones por la desecación que agrietan y alabean la madera.
Dureza:
La dureza de la madera es la resistencia que opone al desgaste, rayado, clavado, entre otros factores, depende de su densidad, edad, estructura y si se trabaja en sentido de sus fibras o en el perpendicular. Cuanto más vieja y dura es, mayor la resistencia que opone. La madera de duramen tiene mayor resistencia que la de albura; la crecida lentamente obtiene una mayor resistencia que la madera que crece de prisa. Por su dureza se clasifican en: muy duras, como el ébano, serbal, encina y tejo; bastante duras como el roble, arce, fresno, álamo, acacia, cerezo, almendro; algo duras como el castaño, haya, nogal, peral, caoba, cedro; blanda como el abeto, alerce, pino, sauce y muy blandas como el tilo y el chopo.
Conductividad:
La madera seca es mala conductora del calor y la electricidad, no así cuando esta húmeda. La conductividad es mayor en el sentido longitudinal que en el radial o transversal y más en las maderas pesadas que en las ligeras o porosas, por lo cual se emplean como aisladores térmicos en los pavimentos y paredes.
Dilatación térmica:
El coeficiente de dilatación lineal de la madera es muy pequeño, pudiendo ser despreciado.
Duración:
La duración de la madera varía mucho según la clase y el medio. A la intemperie y sin impregnante dura: el roble cien años; el álamo sesenta a noventa años; el pino y el alerce cuarenta a ochenta años y el sauce treinta años. Se admite como duración media de la madera enterrada la de diez años. Como se puede observar, son muchos los factores que intervienen en el proceso de obtención del tablón final para la elaboración de una guitarra. En este proceso los factores externos son fundamentales e influyen directamente en el sonido final de nuestro instrumento.
Alec Nisbett, está considerado como uno de los mejores técnicos de sonido que existen, trabaja para la BBC y ha hecho aportes teóricos fundamentales sobre el tema, de él se tomarán algunos datos o conceptos básicos para entender el comportamiento del sonido.
-Frecuencia y longitud de onda:
Están estrechamente relacionadas, una fuente vibrando rápidamente, o sea a alta frecuencia, produce un sonido con una longitud de onda muy pequeña mientras que una vibrando lentamente, o sea a baja frecuencia, produce un sonido con una longitud de onda larga. La alta frecuencia produce un sonido "agudo" y la baja frecuencia un sonido "grave" .
-Efecto temperatura:
La velocidad de transmisión del sonido aumenta con la temperatura.
-Fase y suma de sonidos:
Fase se ha definido como cada una de las subdivisiones de una longitud de onda de un cono, los sonidos complejos y por tanto con formas de onda compleja, se forman por adición de muchas ondas simples (se suman las ondas que están "en fase" y se anulan las que están en "contrafase"). Este es el concepto que deberíamos tener más claro, a efectos de analizar porqué las madeas difieren en su sonido. Un trozo de madera, está formado por infinidad de sistemas (cada una de las células del árbol de donde hemos obtenido esta madera) que generan su propio "sonido", la suma de todos estos millones de sistemas, será el sonido resultante. Por ello, cada madera (e incluso cada trozo de un árbol), tiene "su sonido" el cuál es irrepetible.
-Energía:
La energía de una fuente de sonido depende de la amplitud de la vibración
-Acoplamiento:
Para convertir la energía almacenada en una fuente sonora vibratoria en energía acústica en el aire, las dos deberán estar "acopladas" eficientemente. En la guitarra, se da esta condición, puesto que la vibración de las cuerdas, se transmite por el puente hasta la madera, en donde "resonará" en función de la estructura que ésta tenga; por lo que "el sonido" de cada madera, se transmite a las cuerdas y estas a los PU. Este es el motivo de que nosotros podamos "percibir la madera de que está hecha una guitarra.
-Cavidades resonantes:
Dependiendo del tamaño de la abertura en una caja, el interior de la misma, "resuena" a una frecuencia determinada. La estructura de la madera, constituye un cúmulo de cámaras de Helmholtz. Dependiendo del tamaño del poro -no me refiero al poro que se ve, sino al del tamaño de las células, propias de ese tipo de madera- que tenga ésta, obtendremos un sonido u otro. Ahora podremos saber las razones, de que cada madera suene como lo hace. Este es el punto crucial de este estudio. A nivel molecular es donde está uno de los secretos de la madera para que suene de una u otra forma. Es importante no sólo lo dicho sino también la veta de la madera que como explicaré un poco más adelante influye enormemente en el sonido final.
En principio cualquier madera dura sin defectos ni nudos que afecten su fortaleza estructural sirve para la construcción de un instrumento. Pero, no es tan sencillo, si bien, hay algunas maderas que son tradicionalmente preferidas, como por ejemplo el maple (arce) para la construcción del mástil, nada impide utilizar cualquier tipo de madera dura.
Algunas características a tener en cuenta a la hora de escoger una madera:
Densidad: cuanto más densa la madera mayor será el sustain del instrumento debido a que la absorción de vibraciones será menor. Normalmente se trata de buscar un equilibrio entre el sustain deseado y la comodidad de un instrumento ya que cuanto más densa la madera más pesado será el instrumento.
Estabilidad: la madera en contacto con el medio ambiente sufre cambios dimensionales debido a la contracción o expansión térmica (dilatación) y por el intercambio de vapor de agua (humedad) con el medio ambiente que la hincha. Algunas maderas son más susceptibles al cambio que otras, por ejemplo el ébano, a pesar de ser una excelente elección para el diapasón ya que combina una alta densidad, buena dureza, excelente homogeneidad y soporta muy bien los trastes (además de su natural belleza e intensa suavidad y capacidad de pulido), es muy inestable sufriendo enormes y rápidos cambios dimensionales en contacto con el medio ambiente.
Resistencia o tenacidad: la resistencia es una combinación de flexibilidad y dureza, cuanto más tenaz sea la madera mejores serán sus características para soportar la tensión ejercida por las cuerdas y mayor el sustain obtenido en el instrumento.
Dureza: maderas más duras en el diapasón producen sonidos más brillantes y agudos, en contrapartida, maderas más blandas producen sonidos más graves y dulces.
Forma de corte: según la forma en que está cortada la madera su tenacidad varía notablemente. La máxima tenacidad en una pieza de madera en particular se encuentra cuando sus vetas están verticales respecto a la fuerza ejercida. Por esta causa en luthería se utilizan maderas cortadas de manera que sus vetas estén lo más vertical posible (cortada en cuartos o estilo holandés). Muchas veces es difícil conseguir maderas con este tipo de corte ya que normalmente los troncos son cortados en láminas paralelas por ser más rápido y no desperdiciarse madera; entonces sólo la lámina central tendrá las vetas verticales; sin embargo, algunas veces se encuentran piezas con las vetas muy horizontales las cuales pueden laminarse girando cada tabla de modo que la veta quede vertical. Por otra parte las tablas que se cortaron con la veta vertical no se doblan ni se deforman al secarse (cuando la madera sufre el mayor cambio dimensional) y son mucho más estables.”
Cuando se habla de la veta vertical se refiere al corte en cuartos u holandés que en nuestro país se conoce como longitudinal-radial. Dicho corte es importante por los motivos antes mencionados y porque las vibraciones sonoras se desplazan correctamente a lo largo de la veta mejorando la respuesta acústica.
“ Fig. 3
Deformación de la madera al secarse según su corte
Fig. 4
Fig. 5
A=corte plano B=corte en cuartos, más bien conocido como corte holandés. Este es el tipo de corte óptimo para obtener tablones de calidad para la elaboración de guitarras.
Vetas por milímetro: una mayor cantidad de vetas por milímetro significa un crecimiento más lento del árbol. Igualmente, una mayor cantidad de vetas por milímetro significa una mayor tenacidad.
Nudos, rajaduras o defectos: los nudos son aceptables en un instrumento con el sistema de construcción neckthroughbody (el mástil atraviesa el cuerpo, no es atornillado ni pegado) siempre que sean firmes. Los nudos, rajaduras y defectos son aceptables en el cuerpo y pueden aportar una belleza muy especial en algunos casos.
Otro aspecto para el sonido de nuestra guitarra es el acabado que le damos a la misma. Podemos tener una excelente madera en cuanto a calidad sonora pero con el acabado la podemos estropear no permitiendo que salga todo el potencial sonoro.”
El Luthier Alejandro Baccaglioni, de Alexander Guitars, afirma en su sitio de Internet: www.alexanderguitars.com que la elección de las maderas y su combinación, determinan el timbre y el espectro armónico, así como el rango tonal y acústico del instrumento. Dice además, que el sonido de la madera se puede analizar de varias maneras. Una de ellas consistiría en explicar las diferentes cualidades tímbricas de los distintos tipos de maderas en términos de dureza. Las maderas duras tienen un sonido más brillante, claro y articulado y más sensible al ataque de las cuerdas que la madera blanda. En cambio, las maderas blandas son más sensitivas, dejando escuchar notas dulces y el timbre del instrumento en las notas sostenidas. Una segunda forma, más simple, es clasificarla por el color: las maderas claras son de sonido más brillante y agudo que las oscuras.
Un tercer factor, es la relación peso/densidad: la madera liviana es de sonido más brillante que la pesada, pero esta relación no se refiere al ataque o sustain. Por eso, combinando cuidadosamente las maderas, es posible encontrar la calidad tonal deseada. Las diferentes formas, tipos de construcción y de configuraciones de maderas dan diferentes resultados.
El estacionado de las maderas es sumamente importante para asegurar la estabilidad dimensional y el correcto funcionamiento acústico. Como primera medida debe ser natural, o sea, no secada en hornos como la madera para la industria, ya que este proceso modifica el color natural de la madera y la hace más factible de presentar rajaduras. Lo más aconsejable es estacionar la madera de 4 a 5 años en forma natural.
Dice “Andrés Tattoo” sobre el estacionado de la madera: En este proceso de asentamiento, la madera que en apariencia puede estar seca, expulsa el agua que le sobra internamente para igualarse con la humedad ambiental, y que no se puede acelerar con procedimientos artificiales, ya que afecta a la estructura interna de la madera. Pueden pasar 20 años y todavía este porcentaje de humedad no se ha igualado ya que el proceso es extremadamente lento. De ahí la importancia de usar acabados que dejen "Respirar" a la madera y con el paso de los años se nota que va mejorando el sonido de los instrumentos.
Los buenos luthiers y las grandes compañías presumen de su depósito de maderas, ya que en él radica su éxito posterior. Las maderas que compran hoy van directamente al almacén con su fecha de adquisición y serán usadas en un futuro. Este es un proceso que encarece las guitarras, porque en diez años ese tablón que compramos hoy puede servir o no para hacer una guitarra y nuestra inversión va a la chimenea o en el mejor de los casos a una mesita de noche. Sin embargo, fábricas de guitarras eléctricas de gran reconocimiento como Gibson, se jactan de un utilizar un tiempo de secado de 6 meses como correcto.
Objetivo:
Comprobar cómo influyen en la acústica de la guitarra eléctrica las distintas maderas. Tomando como referencia las diferentes investigaciones de Luthiers quienes llegan a la conclusión de que la madera del cuerpo de la guitarra, del mástil y diapasón influyen en el sonido final de una guitarra eléctrica.
Mi trabajo se basará en la utilización de maderas autóctonas, por tradición la construcción se lleva a cabo con maderas extranjeras, en cambio se busca con este proyecto lograr una mejor valoración de las maderas argentinas a la vez que disminuír los costos finales al eliminar uno de los pasos en la cadena de construcción: la importación de maderas. Como se dijo, por tradición la gente cree que las maderas que comúnmente participan del proceso de manufacturación, como el Maple (Arce), Poplar (Álamo), Baswood (Tilo americano), Ash (Fresno), Mahogany (Caoba), Rosewood (Palisandro), etc., son las únicas posibles de usar, sin embargo, se piensa que todas pueden reemplazarse perfectamente. Uno de los inconvenientes que se interponen en nuestra investigación es que no hay en Argentina madereras que se dediquen a proporcionar la madera estacionada y cortada correctamente para el uso específico de la luthería, porque quizá no haya mercado dada la razón antes expuesta.
Características o tareas:
Dado que la variante es el cuerpo y la constante el mástil para comprobar la influencia de las distintas maderas en el sonido de la guitarra eléctrica realizaremos un mástil atornillable. Seguidamente, haremos cuerpos de diversas maderas, todos de las mismas medidas con una caladura para atornillar el mástil y con una cavidad para el micrófono o pastilla electromagnética. Sería ideal que todos los cuerpos tuvieran la misma cantidad de años de estacionamiento y el mismo corte, preferentemente longitudinal-radial. Para ser más exactos aún habría que hacer un análisis de la especie botánica, de la madera a utilizar y del lugar de origen, ya que un mismo árbol de la misma especie que crece en un clima distinto presenta diferencias que pueden modificar la respuesta acústica. Incluso no es igual la madera de la porción central del árbol que la de la copa o la raíz. La mejor porción es la del centro del tronco. Entonces se atornillará el mástil a uno de los cuerpos, se colocará el puente (que se usará en todos los cuerpos), las cuerdas e instalaremos la pastilla directamente a un mismo amplificador.
Lo más exacto sería hacer un análisis de las vibraciones con una computadora o con algún aparato de medición como un vibrógrafo. Otra opción sería emplear un jurado compuesto por varios músicos seleccionados de acuerdo a su capacidad auditiva quienes probarían la guitarra y expondrían un juicio sobre el sonido emitido por la misma.
Del sitio www.guitarraprofesional.com continúa “Andrés Tattoo”: podemos perfectamente analizar cualquier tipo de sonido y buscar de una forma bastante segura los puntos claves en una madera. Muchos equipos de medición electrónica han sido construidos a tal fin por el hombre. Cada uno se especializa en captar una determinada longitud de onda analizando sus características pero con la desventaja de que ninguno analiza simultáneamente una polifonía de tonos, ni desecha sonidos con tanta precisión y sutileza como el oído humano. Tenemos la mala costumbre de dejarle todo el trabajo a las máquinas e instrumentos creados por nosotros y no sabemos explotar el potencial que encerramos dentro de cada uno. ¿Por qué los antiguos luthiers hacían maravillas? Porque los únicos medios que disponían eran sus propios sentidos. Gusto, tacto, olfato, vista y oído, son las cinco mejores herramientas que poseemos. Después de devorar páginas y páginas sobre ajustes de amplificadores, guitarras etc. y etc., he llegado a la conclusión de que nos falta graduar el más importante de todos: el oído.
De esta manera iremos probando los distintos cuerpos, incluso cuerpos compuestos, es decir, realizados con dos piezas de maderas de variadas características. Por lo general se suelen combinar de modo que una de las maderas aporta algún elemento ausente en la otra por ejemplo, la caoba proyecta un sonido con tonos graves mientras que el arce le agrega sustain y brillo al sonido.
Otro aspecto de la investigación que no realizaremos aquí para no extendernos demasiado, sería probar los mismos cuerpos en diferentes períodos de secado o demostrar como influyen el mástil y el diapasón en el sonido. Una investigación similar también podría hacerse variando el objeto de estudio, en este caso la constante sería el cuerpo y la variable sería el mástil.
Sede de desarrollo:
Asociación Argentina de Luthiers, Buenos Aires.
Itinerario: Villa mugueta-Rosario, Rosario-Buenos Aires.
Contraprestación:
Se ofrece donar una de las guitarras construídas en el desarrollo de este proyecto a la institución educativa que la Secretaría de Cultura designe o realizar charlas y conferencias. También se puede asistir a exposiciones donde la gente pueda probar la guitarra o hacer un recital con la misma.
Director de la beca:
Luthier Gustavo Hoffman.
Currículum Vitae:
Apellido: Murphy
Nombre: Marcos
Fecha de nacimiento: 02/02/81
Número de documento: 28533132
Nacionalidad: argentino
Estado civil: soltero
Edad: 25
Teléfono: 03464 497107 - 03464 15440119
Mail: marcos_murphy@yahoo.com.ar
Domicilio: 25 de Mayo 646, Villa Mugueta, Santa Fe. C.P.: 2175
Educación:
*Universitario: Egresó como Luthier en el 2000 de la Facultad de Artes de la Universidad Nacional de Tucumán.
*Secundario:
Cursado en el Colegio Nacional Simón de Iriondo de Santa Fe. Título: Bachicher en Ciencias y Humanidades.
Otros:
*Curso de mantenimiento, reparación, actualización e instalación de computadoras.
*Curso de fotografía artística.
*Curso de perfeccionamiento en Contrabajo dictado por el doctor Milton Masciadri de la School of Music – University of Georgia, U.S.A.
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