Jak omikrofonować i nagłośnić... Blachy cz. I

Oczywiście nie będziemy mówić o tym, jak nagłośnić np. arkusz blachy ocynkowanej, ale zaprezentujemy metody i sposoby omikrofonowania instrumentów dętych blaszanych, czyli – między innymi – trąbki, puzonu, waltorni i tuby.

DLACZEGO INSTRUMENTY DĘTE GRAJĄ

Aby choć z grubsza zrozumieć, w jaki sposób instrumenty dęte (zarówno „nasze” blaszane, jak i drewniane, którymi zajmiemy się w jednym z kolejnych numerów) wytwarzają dźwięk, musimy poświęcić parę zdań piszczałkom. One to bowiem są podstawą każdego „dęciaka” i wszystkie te instrumenty – w ogólnym rozrachunku – działają na tej samej zasadzie.

Każda piszczałka (a więc każdy instrument dęty) wytwarza dźwięk na zasadzie drgania słupa powietrza. Pod pojęciem „słup powietrza” rozumiemy pewną ilość powietrza znajdującego się w przestrzeni ograniczonej stałym korpusem i zdolną do wykonywania drgań podłużnych. Korpus instrumentów dętych, w którym drga słup powietrza, ma z reguły kształt wydłużony, tzn. jego długość jest znacznie większa niż szerokość. Takie właśnie korpusy nazywamy piszczałkami.

Drgania zainicjowane (w różny sposób) na jednym końcu piszczałki wywołują falę dźwiękową, przesuwając się w powietrzu wypełniającym piszczałkę ku przeciwległemu jej końcowi – tam fala ulega odbiciu, po czym fala pierwotna i odbita tworzą wypadkową falę stojącą. W zależności od tego, czy na przeciwległym końcu (w stosunku do miejsca wywołania drgań) piszczałka jest otwarta, czy zamknięta, proces powstawania dźwięków w piszczałce będzie miał różny przebieg.

Podarujmy sobie opis, jak przemieszcza się fala dźwiękowa w piszczałce jednego i drugiego typu i jaki jest w nich rozkład fal stojących (gdzie wypada strzałka, a gdzie węzeł fali). Ważną informacją jest, że oprócz fali podstawowej – o jednym węźle – w zależności od wielu czynników w piszczałce mogą powstawać również fale stojące o innych długościach (2, 3 4 i więcej strzałkach – patrz ilustracja 1 i 2).

Długości fal dźwiękowych wywołanych w ten sposób będą stanowiły kolejno – w piszczałce otwartej 1/2, 1/3, 1/4 itd., zaś w piszczałce zamkniętej 1/3, 1/5, 1/7 itd. część długości fali podstawowej. W pierwszym więc przypadku (piszczałka otwarta) fale będą tworzyć pełny szereg harmoniczny, a tony im odpowiadające połączą się we współton. Zanim powiemy sobie, jak wygląda to w przypadku piszczałki zamkniętej, kilka słów o tym, co to jest ten

SZEREG HARMONICZNY

i co to jest współton. Zacznijmy od tego drugiego. Współton – inaczej wieloton harmoniczny – jest dźwiękiem złożonym z ogranicznego szeregu tonów zwanych w takim przypadku tonami składowymi, tonami harmonicznymi lub alikwotami. Tony składowe współtonu zestawione są w ten sposób, że ich częstotliwości stanowią wielokrotność częstotliwości tonu podstawowego (najniższego) – częstotliwości te tworzą zatem szereg o stosunku liczbowym 1:2:3:4:5:6 itd. Szereg taki nazywamy pełnym szeregiem harmonicznym.

Przykładowo pełny szereg harmoniczny tonu podstawowego 100 Hz będzie składał się z następujących kolejnych składników: 100 Hz (ton podstawowy), 200 Hz (2 x 100 Hz), 300 Hz (3 x 100 Hz), 400 Hz (4 x 100 Hz), 500 Hz (5 x 100 Hz) itd.

Możemy też spotkać się z niepełnym szeregiem harmonicznym, tzn. takim, w którym kolejne elementy stanowią wielokrotność częstotliwości tonu podstawowego w innym stosunku liczbowym niż w szeregu harmonicznym, np. 1:3:5:7 itd. Taki właśnie niepełny szereg harmoniczny, złożony (jak w powyższym przykładzie) z elementów o nieparzystych numerach porządkowych, daje w sumie fale dźwiękowe, jakie jest w stanie wytworzyć piszczałka zamknięta. Widmo takiego współtonu będzie miało dość specyficzny wygląd, tzn. będzie pozbawione składowych parzystych. Ponadto inną interesującą cechą piszczałek zamkniętych i otwartych jest to, że ton podstawowy piszczałki zamknietej jest o oktawę niższy od tonu podstawowego piszczałki otwartej o tej samej długości.

Wróćmy do naszego drgającego słupa powietrza. Żeby jednak on zaczął drgać, musimy najpierw

WZBUDZIĆ DRGANIA

słupa powietrza. Możemy tego dokonać na dwa sposoby – albo stosując piszczałkę wargową, albo stroikową. W piszczałkach wargowych, zwanych też szczelinowymi, dźwięk powstaje w wyniku tarcia strumienia powietrza o ostry brzeg, stanowiący część korpusu piszczałki (tzw. wargę). Piszczałki tego typu spotykamy w organach, instrumentem wargowym jest też flet prosty i poprzeczny – ten drugi to jedyny przedstawiciel piszczałek wargowych w orkiestrze symfonicznej.

Nas jednak bardziej interesować będzie drugi typ piszczałek, czyli piszczałki stroikowe. W piszczałkach stroikowych dźwięk powstaje przez okresowe uderzanie przerywanego strumienia powietrza o powietrze zawarte w piszczałce. Przerwy w prądzie powietrza wywołane są drganiem ciał sprężystych, zwanych stroikami. Stroikami mogą być zarówno elastyczne płytki trzcinowe – i takie stroiki spotykamy w instrumentach dętych drewnianych – jak i napięte do stanu sprężystości części organizmu ludzkiego znajdujące się w drogach oddechowych, a mianowicie wargi lub struny głosowe.

Stroiki trzcinowe mogą być pojedyncze lub podwójne. Pojedyncze – stosowane w klarnetach, obojach czy saksofonach – składają się z jednej trzcinki, w przybliżeniu prostokątnej, której grubsza nasada przytwierdzona jest do korpusu piszczałki, zaś cienki drugi koniec drga swobodnie ponad prostokątnym otworem wlotowym (ilustracja 3a). Między stroikiem a krawędzią piszczałki znajduje się szczelina, która pod wpływem wdmuchiwanego powietrza początkowo rozszerza się, dopóki sprężystość stroika nie zrównoważy siły prądu powietrza. Dzięki tej sprężystości następuje zamknięcie szczeliny, a działanie prądu powietrza zaczyna się od początku.

Nieco inaczej zbudowany jest stroik podwójny – używany w takich instrumentach jak obój, rożek angielski czy fagot – składający się z dwóch płytek trzcinowych o kształcie wydłużonego trapezu, które węższymi, grubszymi nasadami przetwierdzone są do metalowej rurki w taki sposób, że powierzchnia płytek staje się w tej części zbliżona do powierzchni bocznej walca (ilustracja 3b). Drugie końce płytek są swobodnie drgające (również lekko wygięte), pomiędzy nimi zaś w stanie równowagi pozostaje owalna szczelina. Jak w przypadku stroika pojedynczego, strumień powietrza rozszerza je do momentu, kiedy sprężystość płytek nie zrównoważy siły prądu powietrza.

Impulsy prądu powietrza przepuszczane przez stroik wytwarzają fale kolejnych zagęszczeń i rozrzedzeń wzdłuż słupa powietrza. Fale te, mające różne częstotliwości i tworzące razem charakterystyczny szum, odbijają się nastepnie od wylotu lub ścianki piszczałki i wytwarzają falę stojącą, będącą źródłem dźwięku. Wszystkie równocześnie wzmocnione tony tworzą razem pełny lub niepełny szereg harmoniczny.

ZMIANA DŁUGOŚCI PISZCZAŁKI

Wysokość dźwięku wydawanego przez piszczałkę zależy przede wszystkim od jej długości. Stąd na przestrzeni wieków pojawiały się różne metody umożliwiające operowanie dźwiękami w obrębie określonej skali, które sprowadzały się do zmiany długości drgającego słupa powietrza. Jeśli żadne z tych rozwiązań nie jest stosowane, wówczas albo operujemy zespołem piszczałek o różnych długościach (np. fletnia Pana, organy), albo też instrument ogranicza się do jednego szeregu harmonicznego (np. trąbka sygnałowa), którego dźwięki, poza pierwszym, uzyskuje się przez przedęcie.

Urządzenia, które pozwalają na szybkie i dokładne zmiany długości piszczałki, są trojakiego rodzaju:

– otwory przewiercone w bocznych ściankach piszczałki, zamykane i otwierane palcami bądź bezpośrednio (flet prosty), bądź za pośrednictwem klap i dźwigni. W tym rozwiązaniu przez wprowadzanie wyrównania ciśnienia z otaczającą atmosferą czynny (otwarty) otwór w bocznej ściance skraca aktywną część słupa powietrza i unieruchamia tym samym część piszczałki od otworu do wylotu, podwyższając odpowiednio dźwięk instrumentu,

– wentyle sprężynowe, które po przyciśnięciu włączają do piszczałki dodatkowe kanały przedłużające aktywną część słupa powietrza, obniżając tym samym dźwięk. Stosowane są dwa rodzaje wentyli: obrotowe (ilustracja 4), włączające dodatkowe kanały przez przekręcenie części obrotowej o 90 stopni, oraz tłoczkowe (zwane też pistonami lub perinetami – ilustracja 5), które włączają dodatkowe kanały przez przesuwanie wewnątrz cylindra specjalnie skonstruowanego tłoka,

– suwaki przedłużające piszczałkę w sposób ciągły (puzon). Suwak taki jest zgiętą w kształcie litery U rurą, nałożoną obydwoma ramionami na końcówki rur wewnętrznych i przesuwaną po tych rurach. W miarę przesuwania suwaka zwiększa się łączna długość piszczałki i obniża się dźwięk.

Zanim jeszcze przejdziemy do omawiania konkretnych instrumentów dętych blaszanych i sposobów ich omikrofonowania (ale to już w kolejnym numerze), jeszcze

MAŁY RYS HISTORYCZNY

dotyczący tychże instrumentów.

Instrumenty dęte blaszane wywodzą się zasadniczo z dwóch rodzajów instrumentów używanych w dawnych czasach. Pierwszą grupę stanową

ROGI

będące protoplastami waltorni.

Już człowiek pierwotny używał odłamanych rogów zwierząt kopytnych jako swego rodzaju instrumentów muzycznych. Na ich wzór robiono też podobne instrumenty z wydrążonych kości, zębów, drzewa, a następnie kutego metalu i blachy – po wprowadzeniu tego ostatniego materiału rozpoczął się właściwy rozwój instrumentów dętych, zwanych ogólnie blaszanymi.

W średniowieczu pojawiają się w Europie – jako trofea z wypraw wojennych do Afryki – rogi wykonane z kłów słoniowych, tzw. olifanty, stanowiące później część obowiązkowego ekwipunku rycerskiego. Natomiast przez pasterzy i żołnierzy najemnych używane były bądź drewniane rogi wojskowe, bądź małe metalowe rogi sygnałowe o formie półkolistej i wyraźnie hiperbolicznym profilu. W XIV wieku rogi sygnałowe zwiększają swoją długość, a kształt ich zmienia się na ślimakowaty. W ten sposób powstały rogi myśliwskie, nazwany – od nazwiska ich twórcy, Dampiere’a – rogami dampierowskimi.

Rogi dampierowskie, udoskonalając się, wykształciły dwa rodzaje instrumentów: mały róg pocztowy (patrz stare logo Poczty Polskiej), używane w XVI i XVII wieku przez pocztylionów, oraz większy, używany w orkiestrach róg leśny, czyli naturalną waltornię (z niem. Waldhorn).

Waltornie naturalne (bez wentyli – ilustracja 6) dysponowały w zasadzie 11 dźwiękami z szeregu harmonicznego naturalnego. Aby rozszerzyć ten zakres, wykorzystywano sposób zatykania wylotu instrumentu złożonymi w rurkę palcami prawej ręki, co tworzy pewne przedłużenie drgającego słupa powietrza, obniżając w ten sposób dźwięk. Początkowo stosowano tylko, używane do dziś dnia, częściowe zatykanie czary dźwiękowej, uzyskując – obok stłumienia barwy dźwięku – obniżenie go o pół tonu. Dźwięki otwarte i zakryte dawały razem w najwyższej oktawie pełną skalę chromatyczną. Następnie poznano również sposoby obniżania dźwięku o cały ton, względnie podwyższania go o pół tonu, wypełniając w ten sposób pozostałe luki w skali chromatycznej.

Ilustracja 6

Aby jednak uzyskać zmiany wysokości dźwięku bez równoczesnej zmiany barwy, zaczęto stosować krótkie, zwinięte w kółeczko rurki, zwane krąglikami, jako łączniki między korpusem a ustnikiem (ilustracja 7). Obniżały one zasadniczy strój instrumentu o żądany interwał. Wadą rogów krąglakowych był dość długi czas potrzebny na zmianę krąglików, co uniemożliwiało szybką modulację.

Ilustracja 7

Modyfikacją krąglików stały się tzw. inwencje, czyli krótkie rurki zgięte w kształt litery U i nakładane nie przy ustniku, ale w środkowej części rury (ilustracja 8). Wsuwanie i wyciąganie inwencji (podobnie jak suwaka w puzonie) umożliwiało szybszą zmianę stroju niż przy zastosowaniu krąglików. Niezależnie od tego możliwa była całkowita wymiana krótszych i dłuższych inwencji na wzór krąglików. Dziś system inwencji stosowany jest dla umożliwienia drobnej korekty stroju waltorni.

Ilustracja 8

Zanim waltornie inwencyjne zdążyły się rozpowszechnić, zostały wyparte przez chromatyczne waltornie wentylowe. Wynalezione w 1813 roku przez Blühmela we Wrocławiu wentyle przyniosły całkowity przewrót w technice dętych instrumentów blaszanych. Początkowo stosowano dwa wentyle – obniżające dźwięki harmoniczne o cały ton i pół tonu (razem o tercję małą) – lecz już kilka lat później zastosowano trzeci, półtoratonowy wentyl (trzy wentyle razem obniżają dźwięki o kwartę zwiększoną). Z uwagi na zastosowanie prawej ręki do uzyskiwania dźwięków zakrytych wszystkie wentyle waltorni były i są budowane dla palców lewej ręki.

Tak powstały waltornie, a skąd się wzięły

TRĄBKI I PUZONY?

Jak waltornie ze zwierzęcego rogu, tak trąbki i puzony wywodzą się z kości i rur bambusowych.

Ilustracja 9

Były to z natury instrumenty proste – grecki salpinx, rzymska tuba (ilustracja 9) i bucina (ilustracja 10).

Ilustracja 10

Od czasu pojawienia się w Europie instrumenty tego typu wykonywane już były z metalu i składały się z prostej rury, małego ustnika i lejkowatej czary. Mniejsze instrumenty tego typu nosiły nazwę trąba lub trąbka (tromba, trompette), przy czym obok formy prostej zaczęła również pojawiać się forma zygzakowa w kształcie litery S, następnie także płasko zwinięta, kształtem przypominająca korpus dzisiejszej trąbki. W XVIII wieku zaczęto wprowadzać w trąbkach opisane wyżej urządzenia techniczne, chromatyzujące ich skalę – krągliki i inwencje. Do dziś stosowanym w Anglii rodzajem trąbki inwencyjnej jest trąbka suwakowa (slide-trumpet), w formie zbliżona do trąbki, lecz w technice gry do puzonu (ilustracja 11).

Ilustracja 11

Od początku XIX wieku wprowadzono w trąbkach wentyle – początkowo dwa, a następnie trzy – dla palców prawej ręki. Trąbki wentylowe wyparły całkowicie trąbki naturalne, z wyjątkiem trąbek sygnałowych, używanych do dziś w wojsku czy harcerstwie. Dzięki wprowadzeniu wentyli trąbka skróciła się o połowę pierwotnej długości.

Puzony wyodrębniły się z rodziny trąbek około XIII wieku jako trąbki większych rozmiarów (trombone). Ich nazwa wzięła się z przekształcenia łacińskiej nazwa bucina – poprzez busune – w niemiecką Posaune i polski puzon. Puzon powstał z zygzakowato-esowej formy trąbki przez zastosowanie do niej mechaniki inwencyjnej.

Puzon dysponuje pełną skalą chromatyczną dzięki suwakowi wydłużającemu słup powietrza o sześć kolejnych odcinków półtonów. Aczkolwiek w okresie powszechnego wprowadzania wentyli rozpoczęto także budowanie puzonów wentylowych (ilustracja 12), używanych dziś czasem w orkiestrach dętych.

Ilustracja 12

 

POCHODZENIE INNYCH INSTRUMENTÓW DĘTYCH

Już we wczesnym średniowieczu spotkać można było instrument o nazwie cynk. Był to pochodzący z Persji instrument typu róg, z przewierconymi na bocznej ściance sześcioma otworami – na wzór instrumentów drewnianych. Instrumenty różniły się materiałem, z którego zostały wykonane (kość słoniowa, drewno, metal), kształtem (proste lub wygięte) i wielkością (od sopranowej po basową), lecz wspólną cechą pozostawał zawsze lejkowaty ustnik i wynikający stąd rodzaj zadęcia (ilustracja 13).

Udoskonalenia instrumentów drewnianych przeniesiono również na cynki – w ten sposób powstały rogi klapowe w wielkości altowej i tenorowej, zaś w wielkości basowej i kontrabasowej zbudowano we Francji w roku 1817 tzw. ofiklejdę, odgrywającą rolę najniżej brzmiącego instrumentu blaszanego do czasu wprowadzenia tuby.

Udoskonaleniem w kierunku chromatyzacji uległ również róg pocztowy, przekształcając się około 1820 roku w tzw. kornet (ilustracja 14). Był to instrument szerzej menzurowany niż trąbka, spełniający ważną rolę jako najwyżej brzmiący instrument blaszany. Po wprowadzeniu wentyli zarówno do trąbki, jak i kornetu, i związanym z tym podwyższeniem stroju trąbek o oktawę, kornet stał się jedynie odmianą trąbki, używaną w orkiestrach dętych.

Ilustracja 14

Podobnym przeobrażeniom technicznym poddał Adolf Sax stare rogi myśliwskie o szerokiej menzurze (zwane wówczas buglehornami) oraz ofiklejdy. W ten sposób powstała duża rodzina instrumentów szeroko menzurowanych, od nazwiska swego konstruktora nazwanych sakshornami (ilustracja 15). Wyższe instrumenty tej rodziny, tzw. skrzydłówki, menzurowane są w ten sposób, że można z nich wydobyć dźwięki harmoniczne od 2. do 8. Niższe instrumenty nazwane są tubami, a jeszcze szersza ich menzura umożliwia wydobycie również pierwszego dźwięku szeregu harmonicznego.

Ilustracja 15

Wszystkie sakshorny mają praworęczny mechanizm trzywentylowy, natomiast tuby mają dodatkowo czwarty wentyl (kwartowy). Sakshorny wszystkich wielkości używane są wyłącznie w orkiestrach dętych, natomiast w orkiestrze symfonicznej zastosowanie znalazła jedynie tuba basowa.

To tyle nieco przydługawego, ale myślę, że dość ciekawego, wprowadzenia teoretyczno-historycznego. Po wakacjach zajmiemy się już konkretami dotyczącymi sposobów omikrofonowania i nagłaśniania/nagrywania instrumentów dętych blaszanych.

Piotr Sadłoń