Jak omikrofonować i nagłośnić... Fortepian cz. II

SKALA, REJESTRY BRZMIENIOWE

Do XVIII wieku fortepian miał skalę podobną do klawesynu, czyli F1-f3. Współczesny fortepian ma natomiast skalę siedmiooktawową, od A2 (27,5 Hz) do a4 (3,52 kHz), przy czym koncertowe fortepiany dysponują dodatkowymi trzema klawiszami do c5 (4.19 kHz). Klawisze ułożone są w dwóch szeregach – w dolnym w każdej oktawie jest po 7 klawiszy diatonicznych (białych), odpowiadających dźwiękom gamy C, zaś w górnym znajduje się po 5 wąskich klawiszy chromatycznych (czarnych), razem 85 lub 88 klawiszy.

Skala pianina nie różni się od fortepianowej, gdyż instrument ten używany jest przeważnie jako „zastępca” fortepianu.

Pełna skala fortepianu ma w zasadzie wyrównaną barwę brzmieniową. W orkiestrze dźwięki fortepianu wykorzystywane są rozmaicie: najniższe przypominają brzmienie dzwonów, średnica skali wykorzystywana bywa do figur akordowych i arpedżiowych na wzór harfy, wysoki rejestr jest przydatny do efektów dzwonkowych.

SPEKTRUM (WIDMO) FORTEPIANU

Trudno w przypadku fortepianu mówić o jakimś brzmieniu fortepianu, nie ma bowiem jednolitego, ciągłego pobudzenia – jak np. w przypadku skrzypiec, gdzie pociągnięcie smyczka można uznać za takie właśnie pobudzenie. Niemniej jako przybliżenie mogą być przyjęte quasi-stacjonarne warunki, przynajmniej w krótkim okresie czasu.

Klawisze ułożone są w dwóch szeregach – w dolnym w każdej oktawie jest po 7 klawiszy diatonicznych (białych, zaś w górnym znajduje się po 5 wąskich klawiszy chromatycznych (czarnych), razem 85 lub 88 klawiszy.

Spektrum fortepianu jest w dużej mierze zdeterminowane przez charakterystykę emisji płyty dźwiękowej, której najmocniejsze rezonanse wypadają w paśmie między 200 Hz a 1 kHz. W większych instrumentach pasmo tych rezonansów może nawet rozciągać się do 100 Hz, dodając dodatkowej pełni brzmienia najniższemu rejestrowi.

W szerokim zakresie dźwięków fortepianu w ich spektrum dominującą rolę odgrywają tony podstawowe. Tylko w dwóch najniższych oktawach maksimum osiągają wyższe harmoniczne – przeważnie pierwsza, ewentualnie druga – leżące w zakresie 100-250 Hz. Poniżej tych maksimów poziom składowych harmonicznych spada z nachyleniem 12 do 15 dB/oktawę, tak że np. ton podstawowy najniższego dźwięku fortepianu, czyli A2 (przypomnijmy, odpowiada to 27,5 Hz) jest o 20-25 dB słabszy od najmocniejszej składowej widma tego dźwięku.

Powyżej maksimów, np. w środkowych i wyższych rejestrach, obwiednia dźwięku większości fortepianów opada dość równomiernie. Średni spadek poziomu obwiedni poniżej 1.500 Hz wynosi mniej więcej 10 dB/oktawę, choć poszczególne składowe dźwięku – w zależności od umiejscowienia na skali częstotliwości, np. w pobliżu rezonansów lub pomiędzy nimi – mogą być podbite lub stłumione o kilka decybeli. Powyżej 1.500 Hz spektrum opada z nachyleniem około 15-20 dB/oktawę. Dla dźwięków w okolicy końca skali, czyli c5 (4.2 kHz) oznacza to, że ich widmo składa się tylko z maksymalnie 3 składowych (ton podstawowy i dwie harmoniczne), przy czym składowa oktawowa jest znacząco słabsza od tonu podstawowego, dlatego dźwięki te brzmią niemalże jak czysty sinus.

Podbarwienie dźwięku determinujące formanty jest dość rzadko spotykane w fortepianach i pojawia się tylko w nielicznych modelach w paśmie 500-2.000 Hz. W przeciwieństwie do fortepianów pianina mają tendencję do podbijania częstotliwości z zakresu 100-350 Hz. Wynika to z efektu rezonowania powietrza zamkniętego w obudowie pianina oraz, w zależności od ustawienia instrumentu w pomieszczeniu, podobnego efektu rezonowania warstwy powietrza pomiędzy ścianą a płytą rezonansową pianina. Powoduje to podkoloryzowanie dźwięków, niezależnie od tonu podstawowego. Jest to szczególnie słyszalne przy grze wielogłosowej.

Osobliwością spektrum niektórych modeli fortepianów, przynajmniej w pewnym ograniczonym zakresie dźwięków, jest fakt całkowitego lub częściowego wytłumienia niektórych składowych, wynikające z umieszczenia punktu, w który uderza młoteczek w pewnej „ułamkowej” części długości struny. Np. często możemy spotkać się z osłabieniem 7. harmonicznej – i składowych będących jej multiplikacją – właśnie z tego powodu, że punkt uderzania młoteczka zlokalizowany jest w 1/7 długości struny.

Kolejne dwa czynniki, które biorą udział w tworzeniu ogólnego tembru brzmienia fortepianu to nieharmonijność overtonów i składowe szumowe. Te drugie są istotne głównie w fazie ataku, aczkolwiek są też zauważalne w spektrum dźwięku. Ich częstotliwości odzwierciedlają rozkład rezonansów instrumentu. Z tego powodu największego wpływu składowych szumowych można spodziewać się w zakresie od około 300 do około 750 Hz. W wyższych rejestrach zakresu tonalnego mogą osiągnąć nawet do 6 dB tonu podstawowego składowych harmonicznych dźwięku. A skoro częstotliwości składowych szumowych leżą dużo poniżej tonów podstawowych, nie są maskowane przez harmoniczne dźwięku i przez to stają się wyraźnie słyszalne.

W przeciwieństwie do instrumentów o stacjonarnym pobudzeniu, overtony (wyższe harmoniczne) dźwięków fortepianu nie mają dokładnej lokalizacji wyższych harmonicznych, ale są „rozciągnięte”. Oznacza to ni mniej ni więcej, iż ich częstotliwości leżą nieco wyżej niż to by wynikało z prostego przemnożenia częstotliwości tonu podstawowego przez kolejne liczby całkowite. To „rozciągnięcie” overtonów jest szczególnie zauważane w wyższych rejestrach, ale można je również zarejestrować w zakresie średnich, a także niższych częstotliwości. Spowodowana tym nieharmoniczność wyższych składowych dźwięków fortepianu występuje również, w bardzo podobnym stylu, w przypadku pianin.

Na koniec jeszcze jeden czynnik wpływający na barwę fortepianu – chodzi o drgania podłużne strun, które mogą powodować unikalne koloryzowanie brzmienia najniższego rejestru. Przeważnie harmoniczne dźwięku spowodowane drganiem wzdłużnym struny – które są wybitnie nieharmoniczne – leżą pomiędzy 12. a 20. składową tonalną dźwięków. Znajdują się w rejonie, w którym wzmocnienie dźwięków przez płytę rezonansową jest bardzo skuteczne, a ponadto pokrywają się z pasmem największej czułości słuchu ludzkiego. Z tego powodu – wbrew pozorom – mają słyszalny wpływ na finalne brzmienie instrumentu w tym rejestrze.

DYNAMIKA

Pomimo tego, że zakres dynamiki fortepianu jest głównie zależny od uderzenia młoteczka (a więc uderzenia pianisty w klawisz), wpływ na niego ma również użycie pedałów oraz położenie pokrywy. Grając oburącz poziom mocy akustycznej emitowanej przez fortepian w fortissimo może sięgnąć nawet 104 dB. W dolnych rejestrach może być o 1-2 dB wyższy niż w górnych. Wartości te ulegają zwiększeniu, kiedy pokrywa jest otwarta. Z kolei użycie prawego pedału zwiększa poziom mocy akustycznej w niskim zakresie o 4 dB, zaś w wyższym o 3 dB. Zamknięcie pokrywy natomiast zmniejsza poziom mocy o 1-2 dB.

W pianissimo granie oburącz powoduje emisję dźwięku z poziomem mocy 88 dB, bez specjalnych różnic w różnych rejestrach. Użycie lewego pedału zmniejsza ją o około 1 dB, zamknięcie zaś pokrywy daje kolejne 2 dB spadku poziomu mocy. Granie pojedynczych nut w pianissimo to jeszcze większe zredukowanie mocy akustycznej, tak że możliwe jest uzyskanie nawet poziomu mocy poniżej 65 dB. Jeśli odniesiemy to do maksymalnej mocy jaką możemy uzyskać grając głośno oburącz to widać, że dynamika instrumentu w tej samej „konfiguracji” może przekroczyć 45 dB.

Filcowa powierzchnia młoteczka staje się coraz twardsza w kontakcie ze wzrastającą siłą ataku. W związku z tym impuls pobudzający wraz ze wzrastającą dynamiką gry staje się bogatszy, w sensie zawartości wyższych harmonicznych. Oznacza to, że zwiększając o 1 dB najmocniejsze składowe można zaobserwować zwiększenie poziomu harmonicznych w okolicy 3 kHz o 2 dB (w przypadku niektórych instrumentów nawet o 2,5 dB). W efekcie tego dźwięki fortepianu z podniesioną pokrywą zyskują zarówno na jasności, jak i przejrzystości. Z kolei po zamknięciu pokrywy najwyższe harmoniczne zostają zredukowane dwukrotnie bardziej, niż składowe o dużym udziale w tworzeniu dźwięku (o wysokim poziomie).

W kolejnym odcinku przyjrzymy się pokrótce jak wygląda struktura czasowa dźwięków „produkowanych” przez fortepian oraz nieco bardziej szczegółowo opowiemy o kierunkowości emisji dźwięku przez ten instrument.

W artykule wykorzystano materiały z książki Mieczysława Drobnera „Instrumentoznawstwo i akustyka” oraz Jürgena Meyera „Acoustics and the Performance of Music”.