Fisarmonica: un capolavoro di ingegneria (1 ͣ parte)

Con questo pezzo, tratto dal webinar tenuto per “Nuovo C.D.M.I. incontra” nello scorso 13 febbraio dal titolo “Fisarmonica, un capolavoro di ingegneria”, si dà inizio alla pubblicazione di una serie di articoli su questo tema estremamente complesso ed interessante.

Voglio mettere subito in chiaro qual è il mio rapporto con la fisarmonica che, per quanto mi riguarda, non è solo e soltanto un meraviglioso arnese della musica – come avrebbe detto il M° Salvatore Di Gesualdo – che mi ha accompagnato praticamente per quasi tutto il corso della mia vita, ma, anche e soprattutto, un capolavoro e un “concentrato” di ingegneria.

Diciamo che, a mio modo di vedere, ribaltando il punto di vista comune, la fisarmonica è un vero prodigio d’ingegneria donato all’arte. Se non credete a quanto ho appena affermato, vi elenco le materie che è necessario conoscere per poter affrontare in modo scientifico – nel senso galileano del termine – lo studio della fisarmonica:

·    Analisi Matematica
·    Fisica generale
·    Fisica acustica
·    Dinamica strutturale
·    Resistenza dei materiali
·    Meccanica applicata
·    Chimica applicata
·    Scienza dei materiali
·    Fluidodinamica
·    Tecnologia Meccanica
·    Sistemi di produzione
·    Biomeccanica ecc.

Tutte le materie che vi ho appena elencato fanno parte del bagaglio di conoscenze di un ingegnere meccanico in quanto comunemente insegnate nei corsi universitari. Insomma, il legame tra ingegneria e fisarmonica è più stretto di quanto si potrebbe pensare. Credo che – soprattutto a livello professionale – sia giunto il momento che chi suona, insegna e, soprattutto, produce lo strumento, ne debba conoscere almeno le leggi fisiche che ne regolano il funzionamento e i processi tecnologici che stanno alla base della sua costruzione.

Quando, agli inizi degli anni duemila, e, cioè, poco dopo la nascita di mio figlio Lorenzo, ho ripreso l’attività musicale, nella speranza che si appassionasse alla musica e alla fisarmonica in particolare, a causa del poco tempo a disposizione ho pensato di concentrarmi sullo strumento soprattutto dal punto di vista ingegneristico, cercando, ovviamente, di non tralasciare l’aspetto musicale. Questa mia scelta si è rivelata indovinata in quanto, man mano che procedevo nei miei studi, mi sono accorto che, nonostante la fisarmonica sia uno strumento – come detto – con un alto grado di ingegnerizzazione, per quanto di mia conoscenza non risulta che sia mai stata effettuata un’analisi teorica approfondita e, soprattutto, di alto valore tecnico scientifico della stessa. Poiché, come dice il proverbio, “la fame vien mangiando”, a un certo punto, ho pensato di scrivere alcuni fascicoli nei quali ho affrontato diverse problematiche relative al funzionamento della fisarmonica e, soprattutto, delle voci.

In particolare:

·    nel primo fascicolo ho analizzato le caratteristiche fisiche, meccaniche e tecnologiche dei materiali impiegati nella costruzione delle voci e la loro influenza sulla risposta in frequenza delle stesse; ho analizzato, inoltre, gli aspetti tecnologici concernenti la produzione dei semilavorati impiegati per la loro realizzazione e per quelli della fisarmonica in generale;
·    nel secondo fascicolo – e credo che sia in assoluto la prima volta – ho voluto indagare, seppur teoricamente, sul funzionamento delle voci applicando i principi e le leggi della fluidodinamica;
·    nel terzo fascicolo, in fase di ultimazione, ho elencato i risultati degli studi teorici da me condotti, relativi al calcolo delle frequenze proprie di vibrazione delle voci; risultati ottenuti sia impiegando il metodo classico della dinamica strutturale, sia utilizzando i programmi di calcolo F.E.M. (Finit Element Method).

Tutti i fascicoli sono corredati di una serie di appendici all’interno delle quali si richiamano nozioni di tipo matematico, fisico, acustico e/o tecnologico; nozioni che servono ad una migliore comprensione degli argomenti trattati nei vari capitoli. In tal modo si risparmia al lettore/studioso la fatica di dover ricorrere alla consultazione di testi, siano essi cartacei e non.

Gli strumenti musicali in generale, soprattutto quelli di maggiore complessità tecnica come organo, pianoforte e fisarmonica, hanno subìto, nel corso degli ultimi centocinquanta/duecento anni, una lenta ma continua evoluzione, che, in alcuni casi, ha dato origine a strumenti appartenenti sì alla stessa famiglia, ma tecnicamente e tecnologicamente assai differenti tra di loro. A conferma di ciò è sufficiente pensare, ad esempio, al pianoforte, che, da acustico, si è trasformato in elettronico e/o digitale, o all’organo che, da meccanico, si è trasformato prima in pneumatico, poi in elettromeccanico e, infine, anch’esso in elettronico/digitale. Non poteva sfuggire a questa “sorte” la fisarmonica; anzi, in questo caso la sua evoluzione è stata molto più complessa rispetto agli esempi citati in precedenza tanto che, se da una parte ha dato anch’essa origine a strumenti elettronici e/o digitali, dall’altra ha elaborato una serie multiforme di strumenti acustici, in alcuni casi assai differenti tra di loro sia per caratteristiche tecniche che funzionali.
Mi preme sottolineare che non voglio assolutamente ripercorrere – in questa sede – la storia del nostro strumento anche perché, non essendo un musicologo, non ne avrei la necessaria competenza; d’altra parte, ripercorrere la storia – tout court – della fisarmonica non è nemmeno lo scopo e l’obiettivo di questo articolo; ritengo, tuttavia, che sia importante analizzarne, seppur per sommi capi, l’evoluzione tecnica in modo da comprendere quale sia l’attuale stato dell’arte.
Come detto, l’evoluzione della fisarmonica acustica, cioè dello strumento nel quale il suono è prodotto dalla vibrazione di ance libere ad interruzione, è stata piuttosto complessa e frutto, soprattutto, dell’intraprendenza delle aziende produttrici, sia che esse fossero ubicate in Italia oppure all’estero (Germania, Russia, ecc.). In particolare, per quanto riguarda l’Italia, non si può fare a meno di citare i distretti produttivi di Castelfidardo, Stradella e Vercelli. È per merito e opera soprattutto degli artigiani che operavano in questi poli che, nel corso degli anni, sono state messe a punto le varie migliorie tecniche sullo strumento; migliorie che hanno avuto per oggetto sia la parte fonica, sia quella meccanica. Per quanto riguarda la parte fonica, l’evoluzione si è concentrata sulle dimensioni degli strumenti, sulle casse, i mantici… Per la meccanica, l’attenzione dei vari artigiani si è indirizzata, prendendo come riferimento la tastiera/bottoniera destra, sul miglioramento dei leveraggi in modo da avere un movimento dei tasti che fosse, al contempo, silenzioso e preciso, mentre, per la tastiera sinistra, nel poter eseguire anche note singole tramite l’adozione della cosiddetta meccanica a bassi sciolti, sia con che senza convertitore. L’evoluzione, che non si è mai fermata e che, per fortuna, continua ancora oggi (recentemente è stata messa a punto la prima fisarmonica con tastiera/bottoniera sinistra a trasmissione elettronica), ha portato alla costruzione di strumenti acustici di notevole fattura, tanto da poter gareggiare alla pari con i sopracitati “grandi classici” (pianoforte, organo, ecc.).

Ciò premesso, vediamo, quindi, di iniziare a parlare della fisarmonica come capolavoro di ingegneria e cioè esaminandola non con gli occhi dell’artigiano costruttore e/o del musicista/fisarmonicista, ma attraverso le conoscenze tecnico scientifiche dell’ingegnere (meccanico).

La fisarmonica – per l’ingegnere appassionato di musica o, meglio, esso stesso fisarmonicista (come il sottoscritto) – è uno strumento musicale molto interessante sia dal punto di visita scientifico, sia dal punto di vista tecnico e anche da quello costruttivo e produttivo, e offre all’ingegnere la possibilità di poter effettuare studi e approfondimenti riguardanti branche differenti della scienza e della tecnica come la meccanica, la fluidodinamica, l’acustica, la tecnologia, l’ergonomia…

Una delle caratteristiche fondamentali della fisarmonica è quello di essere uno strumento “dinamico” nel senso più ampio del termine, dato che una parte dello strumento, quella sinistra, si muove rispetto alla destra “fissa”. Per quanto riguarda l’aspetto “dinamico”, applicando i princìpi fondamentali della biomeccanica, nota la distribuzione delle masse, è interessante studiare quale sia l’influenza che il movimento dell’insieme cassa sinistra/mantice ha sulla “manovrabilità” complessiva dello strumento; in pratica, si tratta di  determinare le forze, che, in funzione dell’apertura/chiusura del mantice e/o della postura del suonatore, si scaricano sul complesso costituito da mano, polso, avambraccio, spalla, ecc. e, complessivamente, sull’intero corpo dell’esecutore attraverso le varie cinghie.

Anche da un punto di vista fluidodinamico la fisarmonica consente di elaborare tutta una serie di indagini teoriche riguardanti il generatore del suono, o meglio l’oscillatore, in quanto, trattandosi di uno strumento ad ance libere, si possono applicare ad esso i princìpi generali della fluidodinamica; princìpi che sono alla base del funzionamento stesso dell’ancia libera. I suddetti concetti si possono applicare anche globalmente a tutta la fisarmonica, o, meglio, al flusso di aria che alimenta, di volta in volta, le varie voci e che è generato dalla differenza di pressione che si crea – per il principio di continuità della massa – tra interno ed esterno dello strumento in virtù dell’apertura e/o chiusura del mantice stesso. Il mantice è, inoltre, l’elemento di collegamento tra la parte sinistra – mobile – e la parte destra – fissa; in altre parole, questi non è altro che un giunto elastico (a soffietto), torsionalmente rigido. Grazie alle sue caratteristiche tecnico costruttive, il mantice conferisce alla fisarmonica una delle sue qualità fondamentali e cioè quella di poter variare/modulare l’intensità del suono entro un intervallo molto ampio.

Altro aspetto assai interessante dal punto di vista tecnico-scientifico è quello che riguarda la conversione dell’energia meccanica, o meglio del lavoro meccanico, in energia sonora; infatti, il lavoro meccanico fatto dall’esecutore tramite il movimento di apertura e chiusura del mantice viene trasformato, in un primo momento, in energia cinetica e di pressione del flusso di aria che alimenta di volta in volta le varie ance; in un secondo momento, dalla conversione di quest’ultima in energia meccanica da parte delle ance stesse e, infine, dalla conversione dell’energia meccanica posseduta dalle ance in energia sonora dell’aria che circonda lo strumento.

Altra materia di studio – soprattutto sotto il profilo meccanico, tecnologico e acustico – è quella che riguarda i tre elementi/componenti principali della fisarmonica e cioè la cassa destra, quella sinistra e il mantice. In realtà, si potrebbe pensare – riferendosi alla parte destra e sinistra – a due differenti strumenti accoppiati in uno. Quanto affermato, anche se può sembrare un po’ azzardato, è, tuttavia, a mio parere, giustificato da una serie di elementi quali:

1)  le differenti forma, dimensioni e massa della cassa sinistra rispetto a quella destra
2)  il differente posizionamento delle tastiere
3)  le differenti foggia, dimensioni e caratteristiche meccaniche delle tastiere
4)  i differenti meccanismi contenuti al loro interno
5)  il differente posizionamento dei registri e dei somieri
6)  i differenti processi tecnico produttivi delle due parti in oggetto

L’analisi e lo studio della cassa sinistra e destra della fisarmonica consentono, in un’ottica ingegneristica, degli spunti interessanti sia per ciò che riguarda gli aspetti meccanici (leveraggi, meccanismi combinatori, ecc.), sia per la parte più propriamente acustica (analisi in frequenza delle voci, delle casse, ecc.) e sia, infine, per ciò che concerne l’aspetto tecnologico e produttivo (materiali impiegati, tecnologie e processi di fabbricazione, ecc.). Applicando i princìpi che sono propri dell’ingegneria è, ad esempio, possibile effettuare lo studio cineto-statico dei meccanismi che comandano l’alzata delle valvole che fanno capo alle varie ance/voci. Lo studio di questi meccanismi è essenziale se si vuole ottenere un funzionamento ottimale dello strumento dato che il moto della valvola ha ripercussioni determinanti sul flusso di aria che alimenta, attraverso i somieri, le varie ance; è, perciò, di particolare importanza individuare le leggi che legano l’alzata della valvola alla corsa del tasto/bottone, determinandone velocità e accelerazioni in funzione della posizione, ecc.

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