costruzione e analisi sonora dell`organo ad acqua di leonardo

COSTRUZIONE E ANALISI SONORA DELL'ORGANO AD ACQUA
DI LEONARDO
Paolo Guidorzi, Alessandro Cocchi
DIENCA, Università di Bologna, Viale Risorgimento 2. 40136 Bologna
1. Introduzione
L'acqua come elemento energetico per il funzionamento di macchine sonore è
presente fin dall'antichità, in progetti di Vitruvio, Hero da Alessandria e altri. Ma queste
macchine, nella maggioranza dei casi, utilizzano l'energia dell'acqua per ottenere aria
compressa che metta in movimento aria all'interno di canne vibranti. Leonardo da Vinci,
invece, progettò un organo le cui melodie sono ottenute direttamente dal suono
dell'acqua in caduta libera. Nel presente lavoro si studiano le caratteristiche sonore di un
organo ad acqua progettato seguendo strettamente le indicazioni di Leonardo, e costruito
in occasione della mostra dal titolo "Leonardo, Machiavelli e Borgia: arte, storia e
scienza in Romagna", al Castel Sismondo di Rimini nel 2003.
2. Indicazioni di Leonardo
Leonardo, presente in Romagna nei primi anni del sedicesimo, secolo rimase colpito
dai melodiosi suoni prodotti dalle cannelle d'acqua della fontana di Rimini (chiamata
oggi fontana della “Pigna”).
Figura 1 – La fontana della “Pigna”
Lui stesso scrisse sul suo taccuino da viaggio “Fassi un’armonia colle diverse
cadute d’acqua, come vedesti ala fonte di Rimini, come vedesti addì 8 d’agosto 1502”.
La piacevole armonia gli suggerisce di progettare un organo le cui note sono generate
dal suono dell'acqua che cade in vasi di diversa grandezza: “D’una caduta d’un’acqua
di fonte se ne facci un’armonia, che componga una piva co’ molte consonanze e boci”
(Codice Madrid II, f 55 r). Accompagnano lo scritto alcuni schizzi che consentono di
comprendere la struttura del sistema ed un piccolo ritaglio di pentagramma che indica
un esempio di melodia; qui in particolare si legge ”Qui si fa una rota di canne a uso di
tabella con un circular musicale…..”.
Figura 2 – Gli appunti originali di Leonardo
Nel codice L, f 63 r, si legge poi “poiché il vaso di minor bocca ara nella sua
percussione molto più grave e più bassa voce colla sua bocca strecta che essendo
larga” , frase un po’ sibillina e che non ha trovato riscontro nella realizzazione: analoga
osservazione si può fare in relazione al materiale con cui realizzare le canne, per il quale
Leonardo scrive “fermeremo i nostri vasi di terra, di poi il corso dell’acqua ch’escce
de’ vasi mova una rota dentata nell’albero suo. Li quali denti apran le canne
dell’acqua che cade ne’ vasi, di mano in mano, secondo il lor bisogno, come fa la mano
sopra li tasti dell’organo. E ancor sia adattata che ssi possa sonar con mano”.
Il progetto di Leonardo prevede quindi una macchina dotata di diversi “vasi”, atti
alla produzione delle note musicali grazie alla caduta di acqua, e di un meccanismo che
produca la melodia attivando in successione le singole note. Il progetto originale
prevede la possibilità di suonare l'organo anche manualmente. Non si ha notizia se
Leonardo sia veramente riuscito a realizzare lo strumento.
3. Realizzazione dello strumento
La macchina è stata realizzata attenendosi il più possibile al progetto originale di
Leonardo, grazie a una collaborazione tra il Direttore dei Musei Civici di Rimini, Arch.
Pier Luigi Foschi, il Prof. Carlo Pedretti, docente dell’Università della California, Los
Angeles, e direttore del Centro Internazionale Hammer, profondo conoscitore dell'opera
di Leonardo, il Prof. Lorenzo Bianconi, del Dipartimento di Musica e spettacolo
dell'Università di Bologna, e l'equipe del Prof. Cocchi, del Dipartimento di Ingegneria
Energetica, Nucleare e del Controllo Ambientale dell'Università di Bologna.
In una fase preliminare e' stata individuata la dimensione dei “vasi” in modo da
ottenere le 8 note fondamentali di un'ottava, in questo caso ricostruiti con canne di rame,
dopo aver verificato sperimentalmente l’ininfluenza del materiale, dovuta probabilmente
al fatto che il suono “sporco” emesso dalla canna non consente di apprezzare l’influenza
del materiale.
Fin dal 1700, furono trovate alcune leggi che descrivono l'intonazione delle note
prodotte da aria vibrante in canne. In particolare la frequenza fondamentale risulta
inversamente proporzionale alla lunghezza della canna e non dipende dalla forma della
sezione. Inoltre la frequenza fondamentale non dipende dal materiale con cui la canna è
costruita. Il comportamento dei tubi reali tende in parte a discostarsi da queste leggi, a
causa di diversi fattori secondari. Per questo, nella realizzazione del modello, è stata
individuata la possibilità di “accordare” le canne.
Figura 3 – Vista frontale dell'organo ad acqua
La macchina consiste di una parte frontale in cui sono presenti, nella parte superiore,
8 cannelle dalle quali può uscire un sottile getto d'acqua. L'apertura dei rubinetti sulle
singole cannelle è comandata dal meccanismo posto nel retro. L'acqua che esce dalle
cannelle cade per gravità all'interno di tubi di diversa altezza, le vere e proprie canne,
ognuno dei quali è adibito alla produzione di una determinata nota. Tutte le canne hanno
lo stesso diametro, di circa 8 cm, e sono immerse nella parte inferiore a pelo d'acqua in
una vasca di raccolta e ricircolo.
Per ogni canna, la distanza tra l'apertura superiore e il pelo d'acqua inferiore
determina la frequenza fondamentale della nota generata dall'acqua in caduta libera.
L'accordatura fine delle singole canne si ottiene variando la parte immersa del tubo.
Figura 4 – Vista posteriore dell'organo ad acqua
L'acqua che alimenta le cannelle si trova in una vasca di raccolta posta
superiormente. Il meccanismo che comanda l'apertura e la chiusura dei singoli rubinetti
consite in un rullo di legno sul quale sono presenti dei cubetti di legno, che
rappresentano la melodia impostata. Con la rotazione del rullo, i cubetti azionano, in
corrispondenza delle note della melodia, delle leve collegate con i vari rubinetti.
L'acqua è portata nel contenitore superiore grazie a una pompa comandata
elettricamente. Una turbina è azionata da un getto d'acqua, in caduta libera da un tubo
proveniente dal contenitore superiore. La turbina è collegata al rullo mediante alcuni
ingranaggi, che permettono di ottenere la giusta velocità di rotazione e una sufficiente
forza per il movimento del meccanismo. L'acqua che fa girare la turbina è poi raccolta in
una vasca posta sotto al rullo. Anche il contenitore anteriore, nel quale sono immerse le
canne, è collegato con la vasca di raccolta posteriore.
Tutte la parti meccaniche in movimento (turbina, rullo e ingranaggi) sono costruite
in legno, mentre le parti idrauliche (tubi, cannelle, canne e vasche) sono di rame.
La macchina è stata “programmata” per suonare le prime 15 battute, voci di tenore e
basso, della composizione dal titolo “Adieu Mes Amours” di Josquin Desprez,
compositore fiammingo (1450-1521) contemporaneo di Leonardo, scelta per l’occasione
dal Prof. Bianconi.
Figura 5 – La turbina e alcuni degli ingranaggi che permettono la rotazione del rullo
4. Misure
Sono state analizzate le note musicali ottenute dalla caduta dell'acqua dalle cannelle
superiori nelle canne. In ogni canna la caduta dell'acqua produce una nota musicale la
cui intonazione è chiaramente percepibile. Analizzando gli spettri delle note ottenute, si
notano invece alcune differenze tra le varie canne.
Figura 6 – Spettro della canna FA (359 Hz)
Figura 7 – Spettro della canna RE (armoniche a 193, 585 e 962 Hz)
Alcune canne producono una sola frequenza fondamentale e alcune armoniche di
ampiezza trascurabile, mentre altre canne producono diverse armoniche di ampiezza
non trascurabile.
Sono state sperimentate diverse “accordature” dello strumento. Si presentano qui i
valori delle frequenze di risonanza delle varie canne (fondamentali e armoniche, quando
presenti) e di altezza della corrispondente colonna d'aria, per un'accordatura in FA
maggiore.
Tabella 1 – Valori delle frequenze di risonanza delle canne
Figura 8 – Altezza delle canne e frequenze fondamentali
5. Conclusioni
Le misure sulle note emesse dalle canne dell'organo ad acqua evidenziano spettri
sonori non molto definiti, come quelli che si potrebbero misurare in strumenti a fiato o
ad arco. Questa è probabilmente la ragione per la quale oggi non esiste una categoria di
strumenti “ad acqua”. I suoni e le melodie prodotte risultano comunque piacevoli e
molto naturali, confermando l'intuizione musicale e poetica di Leonardo.
6. Bibliografia
John G. Landis, Music in Ancient Greece and Rome, Ed. Routledge, London and New
York 1999
AA.VV., Leonardo da Vinci y la Musica, Min. Educacion Cultura y Deporte, Zaragoza,
2003