viernes, 14 de septiembre de 2012

¿Por qué se desafinan las guitarras?

La desafinación es una de las cuestiones vitales para los guitarristas, tanto amateur como profesionales. Comenzamos hoy una serie de artículos técnicos en los que espero compartir mis conocimientos en materias que considero bastante oscuras para la gran mayoría de los guitarristas. Incluso si tienes conocimientos creo que pueden suponer una ayuda extra o bien un inicio para debates técnicos en los foros. Siempre intentaré darle un tratamiento científico (aunque entendible) hasta donde pueda llegar. Creo que para muchos de vosotros pueden resultar un poco farragosos pero,cuando extraigamos conclusiones y práctica, serán un punto de partida inevitable. Una de mis intenciones con estos artículos es ser capaz de dar un poco de luz a esas materias oscuras e inexplicables. Mis conclusiones son siempre rebatibles por cualquiera y no son más que opiniones. NUNCA INTENTO HACER DOGMAS DE FE y no solo acepto las críticas sino que además las agradezco. Si existe entre los foreros algún físico, ingeniero industrial o similar creo que incluso podríamos aprender de sus opiniones. En mi opinión, la desafinación de las guitarras es la materia en la que existe mayor desconocimiento, mitos y teorías equivocadas. Hay también trucos que son verdaderos aunque no se sabe por qué razón exacta funcionan. Comencemos pues con la materia. ¿Porqué se desafinan las guitarras?...

  Entenderemos la desafinación como el hecho de dar una tensión determinada a cada cuerda (afinarla) y que al cabo de un rato de tocar, la tensión (o afinación) haya variado siendo necesario a accionar las clavijas. En el artículo que nos ocupa nos centraremos en guitarras tradicionales (sin puentes tipo “Floyd Rose”) y dejaremos los trémolos aparte. Pensemos por ejemplo en una Gibson Les Paul o Fender Telecaster por el momento.
La desafinación se produce por la fricción que hay en la cejuela y variaciones en la tensión en distintos puntos de la cuerda. Entendamos mejor estos conceptos. En el gráfico 1 podemos ver una guitarra (esquemática) vista de lado. La cuerda sale de la clavija de afinación, se apoya en la cejuela, sigue hasta el puente y se termina en el anclaje al cuerpo.
Gráfico 1

En el gráfico nº2 se han señalado tres partes de tensión de la cuerda, siendo A la que va desde la clavija hasta la cejuela, B la parte que va desde la cejuela al puente y C la que va desde el puente hasta el anclaje. 

Gráfico 2

La parte B de la cuerda es la que escuchamos al tocar la guitarra y la que intentamos afinar en una determinada nota con el afinador electrónico. La parte B de la cuerda es la más importante sin duda pero ¡no debemos olvidar las otras partes!..
La Parte C de la cuerda la omitiremos en la siguiente explicación para simplificar y porque suele ser menos importante en la realidad (omitimos trémolos como los Bigsby, donde sí que sería muy importante…..).
Centrémonos en la parte A y B por sí solas en el gráfico 3.


Gráfico 3


En el gráfico 3 se han omitido todos los elementos innecesarios para una mejor comprensión Solamente tenemos la cuerda (divivida en A y B) y la cejuela (el triángulo). La clavija y el puente se han omitido. Las partes A y B de la cuerda simulan una ligera torsión que en la realidad estaría causada por la gravedad, pero en la explicación sirve únicamente para que imaginemos mejor la tensión que tiene cada parte de la cuerda. En la realidad podemos tocar la parte A y B de la cuerda y extraer distintas notas la parte A muy aguda y la parte B la nota normal que da la cuerda. La variación en afinación se produce por la distinta longitud de la cuerda, la tensión es aproximadamente la misma a ambos lados. Cuando afinamos una guitarra giramos la clavija de afinación para tensar o destensar la cuerda. Nuestra intención es la de conseguir que el punto B tenga una tensión concreta, pero olvidamos que existen dos elementos más: la parte A de la cuerda y la cejuela, donde existe fricción, que altera los resultados. Al tensar la clavija de afinación se tensa la parte A de la cuerda, pero la parte B, por culpa de la fricción apenas se entera de ese cambio de tensión.

Gráfico 4 

El gráfico 4 nos muestra como la parte A está más tensa que al principio (porque está recta), pero la parte B está en la misma tensión que al principio. Esta situación seguro que la habéis vivido. Estáis afinando la guitarra, empezáis a girar la clavija pero la nota no quiere subir. La mayoría de vosotros habréis pensado que vuestras clavijas son malas, pero las pobres no tienen normalmente la culpa. La siguiente situación suele suceder así (ver gráfico 5): como hemos girado la clavija y la nota no ha subido ,giramos la clavija aún más para conseguir que la nota llegue donde deseamos.. Al hacer esto, la parte A de la cuerda se tensa en extremo para conseguir que la parte B se tense un poco más. Nuestra enemiga, la fricción, es la que produce este efecto. En el gráfico se puede observar que la parte B se ha tensado un poco respecto a la situación anterior. Pero la parte A tiene ahora una tensión excesiva.

Gráfico 5 

En el gráfico 5 se muestra la parte A con una tensión muchísimo más fuerte que en la parte B que por fín se ha tensado hasta donde queríamos al afinar. Hasta aquí el guitarrista feliz con su cuerda afinada. Comienza a tocar y, misteriosamente, al hacer un bending que en teoría debiera destensar la cuerda en todo caso sucede exactamente lo contrario. La cuerda se desafina misteriosamente hacia arriba. Parace incomprensible que haciendo un bending la cuerda se pueda tensar más de lo que estaba, desafía los principios de la lógica. La explicación es la siguiente. Para comprenderlo veamos el gráfico 6A y 6B.

Gráfico 6 
Al hacer el bending hemos llevado parte de la tensión extra que había en la parte A de la cuerda a la parte B (gráfico 6A), produciéndose una nueva situación de equilibrio de las tensiones entre A y B (gráfico 6B). La parte B está ahora más tensa que en la situación del gráfico 5. Esta nueva situación se llama ¡¡¡¡DESAFINACIÓN!!!
 En toda la explicación hemos estado hablando de una situación en la que, para llegar a la nota, tensábamos la cuerda a través de la clavija. Si para llegar a la nota hacemos lo contrario, destensar la cuerda el equilibrio será al revés, la parte B perderá tensión. Aquí, al hacer un bending, la cuerda se quedaría destensada....
Espero que hayamos comprendido el porqué se produce la desafinación. Ahora comprendamos los factores que afectan a la gran enemiga, la fricción en la cejuela.
 
La fricción en la cejuela se produce por diversos factores, siendo los más importantes:
1.- El ángulo de presión de la cuerda
2.- El dibujo que ejerza la cuerda sobre la cejuela
3.- La posible lubricación en los surcos
4.- El material de la cejuela. (Excluyo las de rodamientos por el momento)

 
1.- El ángulo de presión de la cejuela es uno de los factores más importantes. Cuanto mayor es el ángulo, mayor es la fricción. El ángulo de presión influye tanto en vertical como en horizontal. Respecto al ángulo vertical: toda guitarra necesita de un ángulo mínimo de presión, de lo contrario la cuerda no se apoyaría con fuerza en la cejuela y el sonido sería muy pobre. Las guitarras Fender suelen llevar una guía de cuerdas en las cuerdas 1ª y 2ª (en ocasiones también 3ª y4ª) para que las cuerdas se apoyen lo suficiente en la cejuela. Las guitarras Gibson llevan un ángulo en la pala para conseguir éste mínimo apoyo. Existe una dualidad entre calidad de sonido y estabilidad de afinación. Cada fabricante escoge el ángulo de presión según su criterio.
La otra forma de ángulo es la horizontal, que no tiene una finalidad práctica y es sólo consecuencia del diseño estético de la pala de la guitarra. En las guitarras Fender éste ángulo es 0, las cuerdas van directas hacia el poste de la clavija de afinación. Ver gráfico 7.

Gráfico 7
En las guitarras Gibson el ángulo es variable: entre casi 0 para las cuerdas 1ª y 6ª y bastante amplio para las cuerdas 3ª y 4ª que suelen ser por esto las que mayor problema de afinación dan (gráfico 8). 

Gráfico 8
El ángulo recto es sin duda ideal sin ninguna otra contraindicación. La estética de las palas es la causa de que se eligan diseños que hacen que la guitarra afine peor.
En mi opinión, los diseños de palas grandes (como la mayoría de guitarras de Jazz o algunas BC Rich) son mucho más problemáticos para conseguir una afinación estable. La parte científica es así, pero en la parte estética también me gustan las Benedetto, D' Angelico y las BC Rich Warlock con sus palas respectivas. La decisión final es vuestra…

2.- El dibujo que ejerce la cejuela lo establecen los surcos de la misma. La cuerda debe repartir el apoyo a lo largo de toda la cejuela. Si tallamos un surco con aristas (tanto en vertical como en horizontal) la fricción será mucho mayor.
En el gráfico 9 se explica la fricción vertical. La cuerda debe dirigirse hacia la clavija sin que se produzcan aristas dentro de la cejuela.

Gráfico 9
En el gráfico 10 se muestra la fricción horizontal en la cuerda 4ª de una Gibson Les Paul. Si se talla en recto (de las dos maneras posibles) la fricción será muy alta, mientras que si conseguimos una curvatura minimizaremos la fricción.
Hasta aquí bastante sencillo de explicar, pero una de las mayores dificultades del luthier es la de labrar un surco suave en ambas direcciones (vertical y horizontal). Parece fácil pero requiere de suma destreza conseguirlo con una lima. Existen métodos para suavizar los surcos después de usar la lima, pero la base la realiza la segunda. Siendo un poco presuntuoso diré que tallar los surcos es un arte…..
Gráfico 10
3.- Una vez hemos realizado el surco correctamente, los lubricantes ayudarán a minimizar la fricción. Entre los lubricantes más conocidos por los guitarristas están la mina de lapicero (un truco muy antiguo) y el teflón liquído y sus sucedáneos (como el nut grease, big bends, etc). Todos ellos ayudan a que la guitarra mantenga mejor la afinación.
4.- El material de la cejuela es sumamente importante. Existe un gran debate y oferta de materiales para las cejuelas. Mi experiencia y opinión puede ir un poco contracorriente y acepto opiniones contrarias. Respecto al material hay varios factores de importancia:

Dureza: Cuanto más duro es un material, más brillo ofrece al sonido, lo cual, suele ser preferible aunque depende de gustos.

Facilidad de trabajo: La facilidad de trabajo influye en la afinación. Cuanto más difícil de trabajar sea un material, mayores problemas nos dará para realizar esos surcos suaves y con formas voluptuosas que hacen que la cuerda deslice mejor. 

Coeficiente de fricción: Es un factor muy esgrimido pero que discutiré en profundidad más adelante.  Cuanto menor sea el coeficiente de fricción mejor será la estabilidad. Los fabricantes de grafito alegan una estructura molecular y bla bla bla ... seguro que es cierto, pero creo que hay más factores…
Estos son los materiales más habituales para hacer cejuelas. El material también influye en el sonido, cuanto más duro suena más brillante y viceversa. Excluyo el marfil por ser ilegal (prohibición que apoyo pese a todas sus buenas propiedades) así como las de rodamientos; hasta una breve conclusión al final del artículo. Estos son lo materiales habituales (de mayor a menor dureza)
- Bronce: El material más duro, se trabaja muy mal debido a su gran dureza. Puede preformarse en molde.
- Hueso de fémur de vaca: Material de extraordinaria dureza, se labra bien y no puede preformarse en molde.
- Micarta: Sintético empleado por Gibson, Martin y muchos otros fabricantes. Material de alta dureza, fácil labranza y posibilidad de ser preformado en molde.
- Plástico: dureza entre blanda y media, labranza complicada, no por su dureza sino porque tiende a atascar las limas de trabajo, aunque se pueden preformar en molde, lo cual simplifica el proceso y explica su extendido uso.
- Grafito y similares (Graphtech,Tusq etc): Material blando (al menos el empleado para hacer cejuelas), se labra con facilidad y puede preformarse.
- Delrin: Material ultrablando de incómoda labranza porque atasca las limas.
Toda esta teoría la he tenido muy en cuenta en mi carrera profesional, pero en la práctica, y según fui teniendo más destreza al labrar cejuelas fui viendo que el hueso me daba los mejores resultados en cuanto a estabilidad de afinación. Parecía que estaba desafiando los principios científicos. Me guio mucho por la intuición y me gusta pensar por qué suceden las cosas. De alguna manera me imaginaba qué sería más resbaladizo. Para hacerme una idea pensaba en unos zapatos de suela de metal (material de la cuerda) y yo andando sobre una plancha de hueso pulido, bronce pulido, plástico o grafito. De alguna manera me imaginé las cosas con cristal pulido o diamante, que son durísimos. Pensando en el suelo sin lubricar, el grafito me parecía resbaladizo, pero al pensar en cristal con grasa no dudaba de que debía ser más resbaladizo que ningún otro. Durante un tiempo dí por cierto este vago razonamiento y asumí que el hueso pulido con lubricante era lo mejor en materia de estabilidad de afinación. Cuando ya tenía la intención de publicar el artículo comencé a documentarme un poco más respecto al coeficiénte de fricción y encontré sorprendentes resultados (algunos en mi contra ).

Existen dos tipos de fricción, la fricción seca (sin lubricar) y la fricción lubricada. Mi sorpresa fue ver que los materiales sintéticos tenían una fricción muy baja en seco, pero que lubricados su coeficiente se quedaba prácticamente en lo mismo. Vamos a ver esta tabla:

Gráfico 12

En la tabla he incluido el diamante para llevar la dureza al mayor extremo, no porque sea factible hacer una cejuela de diamante. El material 1 sería la cejuela y el material 2 sería la cuerda (excepto la última casilla que es de puro estudio). Tras examinar la tabla, podemos comprobar como los materiales duros, en seco, tienen un coeficiente mucho mayor. Al lubricarlos mejoran enteros. La interpretación de la tabla que hago desafía un poco a los científicos. Para empezar, algunas de mis intuiciones eran ciertas, los materiales duros con lubricante resbalan mucho más, pese a ello el grafito sigue pareciendo mejor. Hasta aquí me debiera dar por rendido y volver al grafito… Todavía no, estoy en desacuerdo respecto a que el grafito no mejora nada con lubricación, mejora menos que el hueso, pero ¡algo mejora!. Existen otros datos que deben analizarse para explicar el porqué de mi insistencia. El grafito se presenta en muchas durezas, siendo el de las raquetas de extrema dureza y el de las cejuelas bastante más blando. Imagino que a mayor dureza menor coeficiente, luego la tabla debería ser reinterpretada tal vez. Asimismo, para hallar la fricción: a mayor superficie menor fricción. Si un material se termina de forma rugosa tendrá más fricción que si se termina de froma lisa / brillante. Ver gráfico 11.

Gráfico 11
En el gráfico 11 se puede ver en la parte superior una tabla gris que desliza sobre la blanca lisa, es evidente que la superficie es mayor y por eso hay menos fricción. En la figura inferior se ven las mismas tablas pero ahora la blanca tiene un acabado rugoso que reduce la superficie de apoyo y por tanto incrementa la  fricción.
Al tallar las cejuelas de grafito, por más que se pulan, el resultado no es demasiado brillante. En cambio el hueso puede pulirse hasta quedar con aspecto superbrillante. Un material bien pulido desliza mejor que uno rugoso por el principio de la superficie. ¿Está tal vez ahí la respuesta? De momento creo que sí, al menos para un pseudo-científico como yo.
Mi conclusión es la siguiente (puede ser contrariada por cualquiera) El hueso o el bronce bien tallados (bastante difícil) pulidos y lubricados mantienen mejor la afinación.
Los materiales sintéticos se labran mejor y perdonan más hacer los surcos mal, por eso son empleados en fábrica, sin lubricante afinan mejor, pero el lubricante no los mejora tanto como el hueso o el bronce.
He excluido las cejuelas de rodamientos para tratarlas en otro artículo aparte. Las cejuelas de rodamientos son excelentes para la estabilidad, pero sólo sirven para un radio en concreto de mástil (Fender LSR para 9.5 pulgadas) y suelen suponer una modificación irreversible además de sonar demasiado brillantes(el material de apoyo es acero). Por si fuese poco, no existe ningún modelo comercial para diseños de pala estilo Gibson / Grestch, etc, que serían las mayores beneficiadas. No estoy en contra de ellas y las monto con relativa frecuencia, pero reitero que su discusión será ya en otro artículo… Es muy importante una cosa; recuerda que muchas de mis conclusiones no son firmes y están abiertas a debate. Si tu luthier elige el grafito, micarta o lo que sea, no le marees con mi artículo, puesto que empleará el material que considere que le afina mejor y es su responsabilidad como la mía emplear este u otro material. Bastante difícil y mal pagado es hacer una cejuela como para que nos incordien con artículos de opinión como este…

Juan Brieva


5 comentarios:

  1. Me parece una discusión muy interesante y un artículo muy completo. En luthería tengo muy poca experiencia, apenas me guío por los apaños que he ido haciéndole a mi guitarra a lo largo de los años, pero como farmacéutico, de materiales, especialmente el hueso, sí que sé un poquito.
    Creo que efectivamente las diferencias que aprecias en el resultado final dependen mucho más de cómo se trabaja cada material que de su coeficiente de fricción.
    A priori el hueso es un material poroso, que sin duda, a igualdad de superficie, tendrá mayor coeficiente de fricción que el grafito o el bronce.

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  2. No obstante, creo que hay más factores a considerar. El bronce es una aleación metálica de bronce y estaño. La diferencia fundamental que encuentro frente al resto, aparte de la dureza, es que se trata de un material que puede considerarse "isótropo". Esto quiere decir que sus propiedades apenas varían en función de la dirección en que se examinen. El orígen de esta propiedad viene determinado por su estructura atómica, se trata de átomos unidos por enlaces metálicos que forman una estructura ordenada por igual en todas direcciones. Esto implica que es más probable que dos cejuelas de bronce, trabajadas exactamente de la misma manera, den lugar a resultados equivalentes.
    Por otro lado, el hueso y el grafito son materiales anisotrópicos, es decir, sus propiedades varían en función de la dirección en que se examinen, y por tanto, es clave considerar la dirección en que se trabajan. Obtener resultados equivalentes y reproducibles entre una cejuela y otra resultará muchísimo más complicado y es aquí donde resulta aún más importante la destreza del luthier, además de las propiedades individuales de cada material.
    El grafito está formado por láminas de grafeno solapadas entre sí. Cada lámina está formada por átomos de carbono dispuestos hexagonalmente y unidos por enlaces covalentes extremadamente fuertes. Sin embargo, la unión entre una lámina y otra es mucho más debil. Por eso es un material más manejable. Resulta sencillo pulirlo y trabajarlo, además es un material muy elástico y estable. No obstante, gracias a las láminas de grafeno, también puede ser extremadamente duro si se trabaja adecuadamente. A nivel acústico, probablemente sea el menos resonante de los 3, y el que menos aporta al sonido final. Resulta más frío y vacío ya que, debido a su elasticidad, tenderá a absorber las vibraciones de las cuerdas en lugar de resonar con ellas.
    En cuanto al hueso, está formado principalmente por hidroxiapatita, un material iónico. Esto le confiere una dureza excepcional, pero también se puede pulir con relativa facilidad, ya que los materiales iónicos, frecuentemente, se pueden pulverizar.
    Aunque su componente principal sea de tipo inorgánico, no podemos pasar por alto el resto de sus componentes. El hueso es un tejido que evoluciona a partir de la calcificación progresiva del cartílago. Contiene en su estructura proteínas como la elastina que le confieren elasticidad y resistencia a la ruptura. Otro aspecto que no podemos pasar por alto es su porosidad, mucho más elevada que el resto de materiales mencionados. Aunque el bronce probablemente sea más resonante en términos de "sustain" o de transmisión pura y dura, la porosidad del hueso le permite aportar mucha más riqueza al sonido en términos de resonancia.
    En términos de reproducibilidad, el hueso es quizá el material que me parece más difícil de trabajar. Su estructura y su calidad, dependerán enormemente de las condiciones del animal de orígen. El grado de calcificación, su porosidad o su dureza relativa son todas propiedades que pueden variar enormemente de un hueso a otro. En términos generales, diría que dos cejuelas procedentes del mismo hueso probablemente puedan llegar a ser equivalentes en cuanto al acabado final. Más allá de eso lo veo prácticamente imposible.
    Precisamente por todo lo expuesto, hablar solo del coeficiente de fricción, me parece quedarse corto, y al final resulta más fiable la experiencia y la intuición de un profesional que esté acostumbrado a trabajar los distintos materiales y pueda valorar, objetivamente, la calidad del resultado final.

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  3. Corrección, el bronce es una aleación metálica de cobre* y estaño.

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