PARTES E CONSTITUINTES DA GUITARRA CLÁSSICA
Os principais componentes de uma guitarra são as seis cordas, o corpo ou caixa de ressonância e o braço. A figura abaixo mostra as partes e constituintes comuns a todas as guitarras clássicas.
O braço da guitarra é composto basicamente de uma barra maciça e rígida de madeira colada ao corpo. A madeira utilizada normalmente é de um tipo diferente da utilizada no corpo. Madeiras de grande resistência à tracção são preferíveis, sendo uma das mais utilizadas, o mogno. É responsável pela fixação de uma das extremidades das cordas. Fazem parte do braço: a cabeça, a pestana, a escala, os trastes, o cravelhame e alguns elementos decorativos.
O corpo tem as funções de caixa de ressonância e de fixação das cordas, sendo constituído por quatro partes: o tampo, o orifício sonoro ou boca, as costas e as ilhargas. Cada madeira é escolhida devido às suas características físicas, tais como flexibilidade, resistência à tracção e absorção de humidade. As características combinadas de cada madeira permitem construir instrumentos com a sonoridade desejada, bem como garantem que o instrumento terá afinação e timbre estáveis em condições diferentes de temperatura, humidade e tensão das cordas.
O tampo é a principal parte do corpo da guitarra clássica. Como as cordas são fixadas ao tampo, quando elas vibram, todo o tampo vibra solidariamente. Este efeito é responsável pela maior parte da amplificação acústica. Como deve agir como uma membrana, o tampo deve ser construído de uma lâmina fina (em geral menos espessa que o fundo e laterais) de uma madeira altamente flexível, mas ainda assim resistente o suficiente para suportar a tracção ocasionada pelas cordas. Os melhores instrumentos são obtidos de árvores com 200 anos, no mínimo, que possuem veios praticamente paralelos. Assim como o fundo, o tampo é obtido de uma única chapa dividida em duas metades unidas ao meio e colado aos suportes em "L". No ponto de junção entre as faixas e o tampo, um friso é colado como elemento decorativo e também como reforço estrutural do conjunto.
Na parte interna do tampo, uma complexa estrutura de barras ou ripas de madeira é construída para "disciplinar" a vibração do tampo. Chamada de barras harmónicas, esta estrutura é fundamental para ajudar o tampo, possibilitando-lhe o máximo de amplitude de vibração possível sem alterar a qualidade de som pretendida. Em geral o número de barras e o desenho utilizado é característico de cada luthier ou de cada modelo.
Aproximadamente no centro do tampo, uma abertura, a boca serve para permitir a passagem do ar em vibração. Em geral, um mosaico decora e protege as bordas das aberturas. Esta decoração é chamada de rosácea. O desenho utilizado é característico de cada luthier.
Abaixo da boca é colado o cavalete, usado para fixar as cordas ao corpo. O cavalete possui furos para a fixação das cordas e sobre ele é montado o pente, uma barra de osso ou plástico que serve para apoiar e distanciar as cordas do corpo e da escala.
FUNCIONAMENTO DA GUITARRA
A guitarra é tocada puxando as cordas para um lado e soltando-as em seguida, originando o seu movimento vibratório. Embora a amplitude de vibração seja grande, o som radiado é pouco, devido à pequena área da secção transversal das cordas. No entanto elas excitam o cavalete e o tampo, que transfere, por sua vez, energia às ilhargas, às cordas e ao ar que se encontra no interior da caixa de ressonância.
A baixas frequências, o tampo transfere energia para as costas através das ilhargas e do ar no interior; o cavalete actua neste caso como uma parte do tampo.
A altas frequências, a maior parte do som é radiado pelo tampo e as propriedades mecânicas do cavalete tornam-se importantes.
Deste modo o corpo da guitarra funciona como um amplificador do reduzido som das cordas.
Aspectos qualitativos do som da guitarra
Existe sempre uma certa subjectividade na avaliação inerente à qualidade de instrumentos musicais. Em muitos casos porém também deve ser especificado o tipo de música que mais se adequa à guitarra, ou mesmo a sala ou ambiente em que será ouvido. Assim é mais fácil entender-se o que se quer nesse instrumento. Por exemplo uma guitarra com som muito brilhante e intenso pode ser considerado áspero e até mau, se a finalidade for para ser tocado numa sala pequena.
Na tentativa de obter critérios mensuráveis e objectivos para a avaliação, foram realizadas por Jurgen Meyer, no Physikalisch-Technische Bundesanstalt, na Alemanha, extensivas audições a diversas guitarras por uma determinada quantidade músicos experientes, para tentar correlacionar a qualidade das guitarras com as suas curvas de resposta em frequência (testes estes que serão apresentados e explicados mais à frente).
Após a obtenção das curvas de resposta em frequência chegou-se ao seguinte critério de qualidade:
1. A 1ª ressonância deve encontrar-se a uma distância de mais de 25 cents da frequência da nota musical mais próxima;
2. O mesmo deve acontecer com a 2ª ressonância, mas como esta é mais amortecida que a primeira, um desvio de 20 cents é suficiente;
3. As ressonâncias mais baixas devem ser tão amortecidas quanto possível, pois o seu amortecimento é naturalmente pequeno, desequilibrando o registo grave;
4. O nível de pico da 2ª ressonância, quanto mais alto, mais vantajoso será;
5. O nível de pico da 3ª ressonância (entre os 390 e 440Hz) deve ter o mesmo comportamento da anterior;
6. Ao contrário das duas ressonâncias mais baixas, a 3ª deve ser o menos amortecida possível.
Outras considerações, mais empíricas, serão referidas, aquando da avaliação dos tampos efectuados.
Existem outros critérios, adicionais, como a divisão da resposta de frequência em bandas de terços de oitava, determinado depois um valor médio da amplitude cada secção. No entanto obrigariam a um estudo mais aprofundado e a sua influência no som efectivamente radiado, não é tão fácil de explicar.
TAMPO DE GUITARRA EM MATERIAIS COMPÓSITOS
Está provado que o tampo tem uma influência primordial na qualidade do som produzido por uma guitarra e que o carbono pode ajudar a melhorar ainda mais essa mesma qualidade.
Para conferir essa evidência adquirimos duas guitarras exactamente iguais, e a uma delas substituímos o tampo superior em madeira por um com 10 camadas de fibra de carbono pré-impregnado e curado por saco de vácuo em autoclave.
Fig.1 Camadas de fibra de carbono utilizadas no tampo
Neste ensaio isolamos a variável “tampo” pelo que toda a estrutura interior de barras harmónicas, cavalete e ilhargas foi mantida. Os resultados foram bastante satisfatórios, e conseguimos um som mais límpido nas frequências média-agudas, conforme se esperava. O tampo é responsável por essa gama de frequências enquanto a caixa da guitarra é responsável pelas frequências mais graves.
Fig.2 Infusão assistida por vácuo em autoclave
Neste momento, segundo novos estudos, concluímos já que necessitamos de evoluir no sentido da diminuição da densidade do material do tampo, pelo que o nosso trabalho passará agora por validar analiticamente e recorrendo a métodos de simulação algumas opções recorrendo a compósitos sanwich com um core de baixa densidade. Tentaremos igualmente analisar a possibilidade de abandonar a inclusão de barras harmónicas, avaliando a influência destas no binómio qualidade do som vs resistência mecânica.
Fig.3 guitarra com o tampo em fibra de carbono
Modos de vibração do tampo
Apresentamos aqui imagens dos principais modos vibratórios de um tampo de uma guitarra em madeira.
1º modo 2º modo 3º modo 4º modo
5º modo 6º modo 7º modo
A malha de elementos finitos utilizada é do tipo standard, de ordem geométrica quadrática, forma cúbica e o elemento tem 10mm de aresta. O software de elementos finitos utilizado foi o ABAQUS.
Ensaios vibratórios
No Laboratório de Vibrações da FEUP, foram feitas medições das frequências naturais a ambas as guitarras, sob a orientação do Prof. Dias Rodrigues. O procedimento baseou-se em obter por meio de um acelerómetro a resposta em frequência (FRF), após impacto com um martelo munido de um transdutor de força.