1630 De Chalumeau een historische uitdaging

De Chalumeau wordt algemeen beschouwd als de voorloper van de klarinet en dus ook van de saxofoon. Het oorspronkelijke instrument is een rietenbuis van ongeveer 21cm lengte met 6 toongaten aan de bovenkant en een zevende toongat voor de duim aan de onderzijde. Hij lijkt erg op de blokfluit, maar dan met een riet. Waarom is de chalumeau ontwikkeld tot de klarinet en later de sax en is de blokfluit nagenoeg ongewijzigd?  

De chalumeau is mogelijk al zeer oud. Waarschijnlijk was het in de middeleeuwen als bekend als volksinstrument en waarschijnlijk kwam het 1100 jaar voor onze jaartelling al voor op afbeeldingen in Egyptische graven. 

De reden dat de blokfluit nog vrijwel ongewijzigd en veel in gebruik is, heeft te maken het met toonbereik en de kwaliteit daarvan. Met een blokfluit is het relatief gemakkelijk alle tonen van een toonladder zuiver en relatief helder te spelen met vorkgrepen en half open toongaten en door het overblazen met een half open registerklep. Het overblazen is gemakkelijk en daardoor is het bereik van een blokfluit al snel twee octaven. Daarbij functioneert het half geopende gat voor de (linker)duim als een octaafklep.

Het bereik van de vroege blokfluit

De verwachting zou kunnen zijn dat het bereik van de chalumeau vergelijkbaar is met dat van de blokfluit. Maar niets is minder waar. De Chalumeau kan er moeilijk overblazen worden en het bereik is zodoende beperkt tot 

De chalumeau blijkt fysiek totaal anders te reageren dan de blokfluit. Om dat uit te leggen is een akoestische verhaal nodig.
Blaasinstrumenten gedragen zich als akoestische buizen. In akoestische buizen ontstaan golven als daarin een toon wordt geblazen. Het aantal golven in de buis bepaalt de toonhoogte. De lengte van de buis dwingt een bepaalde aantal golven in de buis af. Daarbij is het karakter van de uiteinden van de buis bepalend. Open buiseinden zijn altijd punten waarin de druk minimaal is. Die dwingen zogenaamde buiken af. Dat zijn plaatsen waar de beweging van de geluidsgolf minimaal is. Gesloten buiseinden zijn altijd punten waarbij de druk maximaal is. Die dwingen zogenaamde knopen af; de plaatsen waar de beweging van de luchtdeeltjes maximaal is. 

Een blokfluit gedraagt zich als een akoestische buis met twee open buiseinden.

Een chalumeau gedraagd zich als een akoestische buis met een gesloten buiseind aan de kant van het riet en een open buiseinde.

In de bovenstaande figuur is te zien wat er dan gebeurt bij het blazen van de natuurlijke toon die bij de buis past. In de chalumeau past de een kwart golf lengte en in de blokfluit een halve. Omdat de lengte van de golf omgekeerd evenredig is met de toonhoogte klinkt de chalumeau precies 2x zo laag als de blokfluit met dezelfde lengte.

Dat is op zich geen probleem, maar maakt de chalumeau juist interessant.

Interessant is wat er gebeurt met de boventonen. De klank van een instrument wordt sterk bepaald door de hogere harmonischen die tegelijk klinken met de basisfreqeuntie. Bij een open akoestische buis, zoals de blokfluit klinken alle hogere harmonischen gemakkelijk mee met de grondtoon. Dat komt omdat die allemaal passen in een akoestische buis met dezelfde lengte.

De blokfluit: alle harmonischen passen

In een akoestische buis zullen knopen en buiken ontstaan wanneer er een toon wordt geblazen. De plaats waar de beweging van de luchtdeeltjes minimaal is noemt men een buik. De plaats waar de beweging van de luchtdeeltjes maximaal is een knoop. Open buiseinden zijn altijd buiken, gesloten buiseinden knopen. Knopen en buiken wisselen elkaar op gelijke afstanden af. Een plaats in de buis waar een (voldoende groot) open gat zit is akoestisch een open uiteinde.

In de figuur hiernaast is dat afgebeeld voor ene open akoestische buis zoals de blokfluit. Te zien is dat de golfvormen van de 1e harmonische (de grondtoon) en die van de 2e en 3e prima passen in dezelfde buislengte en allemaal voldoen aan de voorwaarde van een buik aan de open uiteinden. Dit geldt ook voor alle overige harmonischen (4e 5e enz).

Het gevolg hiervan is ook dat een fluit gemakkelijk overblaast, waardoor zonder veel moeite een toon in een hoger octaaf (de 2e harmonische) en zelfs in een octaaf daarboven (de 3e harmonische) mogelijk is.

De chalumeau: alleen oneven harmonischen passen

In een half open akoestische buis zoals de chalumeau past met geen mogelijkheid een 2e of een 4e harmonische. Wel een 3e  of een 5e etc.. In de afbeelding hiernaast is dat afgebeeld.

Het gevolg is dat door overblazen van de chalumeau het niet mogelijk is een octaaf hoger te blazen. Het bereik van de chalumeau kon zonder kunstgrepen dus niet worden uitgebreid met een octaaf extra. 

Dit was een uitdaging voor instrumentbouwers. Hoe krijg je de bijzondere klank van de chalumeau over een groter bereik beschikbaar?

Samengevat:

• de Chalumeau heeft een opvallend lage toon, precies een octaaf lager dan verwacht.
• de Chalumeau is niet te overblazen naar de dubbele frequentie zoals de blokfluit