Cs. Kádár Péter - XXI. századi diszkónika, 172. Belezzük ki a zongorát!

Az elmúlt évtizedekben a számítógépes méréstechnika segítségével fölgyorsultak azok a kutatások, amelyek az akusztikus hangszerek hangkeltésének, hangzása kialakulásának, fenntartásának, a hang elhalásának módját igyekeznek kideríteni. Azokat a fizikai – és esetleg egyéb – jelenségeket, amelyek következtében úgy szól a hangszer, ahogy szól. Ennek az az egyik oka, hogy az elektronikus szintetizátorok lényegesen szebben muzsikálnak, ha a hang létrejöttét, lefolyását fizikai paraméterek alapján utánozzák, mint ha magát a hangot.


Érdemes hát kicsit jobban megismerni a zongora szerkezetét is, azt, hogy melyik részének mi a funkciója, és főként, hogy egy-egy szerkezeti elem hogyan befolyásolja a zongora hangját. Képzeld el úgy a zongorát, mint egy elektronikus berendezést, amelynek első láncszeme a muzsikus ujja, az utolsó pedig az a tér, amiben a hangszer megszólal.
Az alábbi képen Cristoforinak, a zongora feltalálójának 1720-ban készült hangszerét látod, alatta pedig meghallgathatod a hangját, összehasonlítva egy mai zongoráéval.

kaz02

 

A zongora 6-12 ezer alkatrészt tartalmaz, sematikus felépítését mutatja az alábbi két ábra:

kaz03

kaz04

A zongora teste, kerete magában foglalja a hangzótestet és a mechanikát, s egyben védi a hangszert a káros külső hatásoktól. A testben találjuk a húrozatot és a rezonáns lapot.

A magas hangoknál a húrok párhuzamosak a billentyűzettel. A mély húrok balról jobbra, keresztben helyezkednek el. Valamennyi húr acélból készült, a basszus húrok rézzel vannak befonva a megfelelő húrtömeg elérése végett. A húrhossz nem pontosan fordítva arányos a hangmagassággal, a túl rövid (10-12 cm-nél rövidebb) húrnak nem is volna hangereje. „Elvben” a legmélyebb húrnak 9 méteresnek kéne lennie, de a feszítés csökkentésével és a húr tömegének növelésével ez 2 m-re rövidíthető. A nagyobb feszítőerő merevít, nő a nem felharmonikus hangok száma.

A vasöntvény a húrok feszítő erejét viseli, enélkül összeroppanna a zongora teste. A zongora lelke a rezonáns lap, amely a zongorahang erejét, szépségét adja. A zongora – általában lucfenyőből készült – rezonáns lapjánál fontos a szálsűrűség és a csomómentesség. A rezonáns lap aljára ragasztják a merevítő bordákat. A húrokat két híd – stég – közé feszítik. Az egyik hidat a kerethez, a másikat a rezonáns laphoz rögzítik. A rezonáns lapot íveltre hajlítják, hogy a húrok jobban adják át a rezgéseket.

kaz05

A zongora hídjai alapvetően egy oszcillátor (húr) és erősítő (rezonáns lap) közötti kapcsolatként vagy adóként működnek, és a húr rezgéseit közvetítik a rezonáns lapra. Ezek a rezgések ezután mozgásba helyezik a teljes rezonáns lapot, ami nagy területe miatt erősíti a hangot. A zongora híd funkciója hasonló a mikrofonhoz. Az egyetlen valódi különbség az, hogy a mikrofon az átvitel során az akusztikai energiát elektromos energiává alakítja át. A funkció alapvetően ugyanaz, vagyis a hangforrás és az erősítő közötti szakadék áthidalása. A híd egy adott húr energiáját az egész rezonáns lap területén oszlatja szét, és az egész területet rezgésbe helyezi. Ha a húrokat közvetlenül hidak nélkül kapcsolták volna a rezonáns laphoz, akkor kis területen túl sok energia lenne. Az eredmény egy nagyon hangos, de túl rövid hang lenne.

kaz06

A hangoló szögek a tőkében találhatók. A zongorát hangoló kulccsal masszírozzák a kívánt hangmagasságra.

kaz07

A mechanikához tartozik a billentyűzet és a kalapácsszerkezet, tehát a zongora mozgó alkatrészeiből, emelőkből, kalapácsokból, tompítókból álló egysége, amely a billentyű lenyomásakor a húrokhoz közvetíti az ujjak energiáját. A billentyűk kiegyensúlyozott kétkarú emelők, amely úgy billegnek, mint egy mérleghinta. A fehér hangok billentyűt régebben elefántcsonttal borították, de évtizedek óta védettek az elefántok, ezért azóta műanyag (celluloid) a burkolatuk. A fekete billentyűket ébenfával vagy más feketére színezett keményfával, esetleg műanyaggal fedik.

kaz08

A bécsi mechanika egyszerűbb, a billentyű és a kalapács kapcsolata közvetlen. A kalapács a billentyűzettel szemben helyezkedik el, a billentyű hátsó részére támaszkodik. Ismétlő képessége korlátozott, ma már ritkább szerkezet.

Az angol mechanikában a kalapács a billentyűktől független kalapácsszerkezethez kapcsolódik. Megbízhatóbb és tartósabb a bécsi mechanikánál, ez okozza a tetemes árkülönbözetet a két típus között. Ismétlő készsége igen nagy, nem kell megvárni, amíg a kalapács visszatér a nyugalmi helyzetbe. Hangja teltebb, árnyalóképesebb, nagyobb dinamikával lehet játszani, ezért művészi játékra alkalmasabb. Minden szónál többet mond az alábbi videó:

A kalapács keménysége közvetlenül befolyásolja a hangerőt, a hangszínt és a hangszer általános hangminőségét. Amikor a billentyűt megnyomja a muzsikus, egy kis zörej keletkezik, a húr megütésekor pedig pattanás hallható.

A következő példa azt illusztrálja, hogy milyen eltérést okoznak a különböző keménységű kalapácsok.

A legkönnyebb kalapács kellemes hangot ad, ami talán egy kicsit túl puha (sötét); a középső kalapács jelentősen világosabb és hangosabb hangot ad; és a legnehezebb kalapács még világosabb, de kissé keményebb hangot ad, amely túlzottan sok zajkomponenst tartalmaz. A kalapácsok viszonylagos keménysége a hangtartományon belül változó, hogy egyenlő erőkifejtés esetén a zongorának hangmagasságtól független, egyenletes hangereje legyen.

kaz09

Minél nagyobbat üt a billentyűre az előadó, annál nagyobb lesz a kalapács sebessége, és minél nagyobb ez a sebesség, annál nagyobbat üt a húron a kalapács, tehát annál jobban kitér a húr, és annál hangosabban szólal meg a hang. Az élet azonban nem ilyen szép, az összefüggés nem lineáris. A billentés (nagyon nehéz) feladata a hangulatnak megfelelő hangerő - hangszín beállítása, gördülékeny továbbvitele hangról hangra az elért ütési sebesség mellett.

A zongora húrjainak rezgését a rezonáns lap erősíti föl. Természetesen ennek sem egyenletes a frekvencia- és amplitúdómenete, ráadásul helyfüggő is.

A rezonáns lap nemcsak erősít és sugároz, hanem akusztikusan csatolja is egymáshoz a húrokat. Segít abban, hogy ne csak az éppen megütött húrok szólaljanak meg, hanem azok is kicsit, amelyek a megütött húrok frekvenciájára rezgésbe jöhet, pl. oktáv távolságra van. A rezonáns lap viselkedését a húrok és a vasöntvény is befolyásolja.

A zongora lakkozásának az a szerepe, hogy a hőmérséklet és a páratartalom elhangoló hatását csökkentse. A zongora ára tehát a jelentős mennyiségű víz (20-30 liter) árát is tartalmazza, a fa nedvességtartalma miatt.

A zongora akkor lett igazán hangos, amikor a húrok súlyát és a húrokat feszítő erőt megnövelték. Hogy a hangszer össze ne roppanjon, a korábbi, fából készült keretet először részben, később teljes egészében vasöntvényre cserélték. Cristofori zongijában még csak 70 newton volt a húrfeszítő erő, a mai zongorákban akár 300 000 newton is lehet. A keretnek elég erősnek kell lennie ahhoz, hogy ne szakadjon el a húrok terhelése alatt, és legyen elég merev ahhoz, hogy jó hangolási stabilitást biztosítson. A vasöntvénynek nem szabad észrevehetően vibrálnia.

A zongora húrjának rezgése sem egyszerű. Az nyilvánvaló, hiszen látjuk a húr kitéréséből, hogy a rezgés terjedésének irányára merőlegesen, transzverzálisan rezeg, de azt nem, hogy a rezgés irányával egyező módon, tehát longitudinálisan is teszi ezt. (A transzverzális és longitudinális rezgésekről a sorozat 12. részében olvashatsz.) Az első longitudinális rezgés a tranzverzálisnak a 3. oktávjában észlelhető. A következő két példa azt mutatja meg, hogy mi történik, ha a hosszirányú rezgések változnak, miközben a transzverzálisok azonosak.


A zongora mit sem ér zongorista nélkül. Ezért vizsgálták meg azt is, mi történik, amikor a művész érintkezésbe lép a hangszerrel. A fizikusok régebben azt állították, hogy mivel a billentyű és a kalapács közötti mechanikai érintkezés megszakad, mielőtt a kalapács megüti a húrt, a zongorista csak a kalapács végsebességét és ezáltal csak hangosságot, és semmit sem befolyásolhat. A zongoristák viszont régóta tudják, hogy a megszólaló hangokban fontos árnyalatok mutatkoznak a különböző típusú billentések alkalmazásával, és hogy ez része a művészi kifejezésnek. Hogy ez mennyire így van, azt hallgatóként is tudjuk. Ma már azt is tudjuk, hogy egészen apró mikromozgások okozzák az eltérést, mert a billentyű-kalapács kapcsolat nem nulla idő alatt szakad meg. A kalapács-húr egymásra hatás is nagyon fincsi részhangokat képes előidézni, mivel nemcsak a kalapács üti meg a húrt, hanem a húr is löködi a kalapácsot. Azt is tapasztalhatjuk, hogy egészen másképp szól a zongora valamelyik hangja, ha a billentyűt egy profi muzsikus, vagy ha egy laikus nyomja meg. Profi esetében sokkal dúsabb a hangzás.

Még ennél is nagyobb a különbség, ha nagyon halk (pianissimo, pp) vagy nagyon hangos (fortissimo, ff) hangot szólaltatunk meg, ami azt bizonyítja, hogy a kalapács végsebessége nemcsak a hangosságot, hanem a hangszínt, a spektrumot is befolyásolja. Mivel a kalapácsot filc borítja, a húr megütésekor ez a filc összenyomódik, a húr visszapofázik, tehát megüti a kalapácsot is, mielőtt az visszazuhanna, ebből is adódnak rendezetlen mozgások és zörejek. A filc nyomódásának mértéke a megütés erősségétől függ, de nem egyenesen arányosan függ tőle.

kaz10

A zongora hangjára legjellemzőbb jelenség – és ebben a formában csakis a zongoráéra – az un. kettős időállandójú lecsengés. Ez azt jelenti, hogy miután a kalapács eltávolodott a húrtól, a húr szabadon rezeg, és először gyorsan, másodpercenként 18 dB/s-mal, majd lassan, kb. 3dB/s-mal csökken a rezgés amplitúdója. Az első szakasz a közvetlen hang, a második a különféle rezonanciák sebességcsillapító mutatványa.

kaz11

Egy teljes időfolyamot látunk a következő ábrán. Ez is azt mutatja, hogy a zongorának a húr megütésekor nemcsak egész számú felhangjai vannak, hanem rengeteg a zajösszetevő is. A 600 és 2 500 Hz közötti hangjelenségek kis kattanásként hallhatók.

kaz12

A hang felépülését tekintve is van némi eltérés attól függően, hogy az előadóművész szaggatottan (staccato) vagy folyamatosan (legato) játszik-e.

kaz13

Míg a legato alatt a kalapács egyenletesen gyorsul föl, a kalapács staccato mozgása ingadozásokkal jellemezhető. Azonban a kalapács mozgásának nagy sebessége a keretre és a rezonáns lapra is erős-impulzus formájában kerül tovább úgy, hogy még a kalapács ütközése előtt hallható zajt termel ezeken. Ez is azt bizonyítja, hogy igenis, van jelentősége a billentés és a játék módjának.

Noha léteznek pedál nélküli zongorák is, a pedáloknak – a gyakorlottabb zongoristák számára – fontos hangzásmódosító hatásuk van. Beethoven egyik zongorája például 5 pedállal henceghetett.

kaz14

A mai koncertzongorák általában megelégszenek három pedállal – mint az autók.

kaz15

A jobb pedál a nagypedál, fortepedál, zengető pedál. Lenyomásakor a hangfogók, a tompítósor felemelkedik a húrozatról. Ezzel nemcsak a már megütött hangok továbbzengését teszi lehetővé, hanem a rezonanciák következtében azok megerősödését is. Tehát megengedi, hogy a hang természetes felhangjai is megszólaljanak a rokon húrokon. Mindez addig tart, amíg a jobb pedál felengedésével a tompítást helyre nem állítjuk. Elsősorban a hangok összekötéséhez használják ott, ahol a legatót másként nem lehet megvalósítani, illetve, teltebbé teszik a hangzást.

A bal pedál a pianopedál, tolópedál, una corda. A pedál lenyomásakor a billentyűzet és a mechanika oldalirányban, jobb felé elmozdul, így a kalapács a filc puhább részével üti meg a húrt, amely az ütések által még nincs megkeményedve, bejáratva. Emiatt halkabb hang jön létre, egyúttal a hangszín is megváltozik, akár hangosan, akár halkan játszik a zongorista.

A középső pedál a prolongációs vagy hanghosszabbító pedál. Lenyomása csak a már megszólaltatott hangokat hosszabbítja meg, csak azokat a tompítókat tartja felemelve, amelyek a pedál lenyomása előtt már a levegőben voltak.

A Fazioli F 308 típusú zongorának négy pedálja van. A negyedik pedállal hangszínváltozás nélkül lehet nagyon halk, pianissimo hangokat csiholni a hangszerből.

kaz16

A zongorának fontos része a hangszer fedele is.

kaz17

Négyféle módon használják a hangszert.

kaz18

A jobboldali képen a fedél teljesen le van csukva. Ez elég ócska hangot eredményez, inkább akkor használják, ha a muzsikus gyakorol vagy komponál. A mellette levő képen a fedelet félig, kb. 10º-os szögben kinyitják. Ez olyankor előnyös, amikor a zongora inkább kísérő hangszer, vagy valamilyen együttes része, és nem akar túltengeni. A harmadik esetben a zongora fedelét nagyra, 37,5º nyitják ki; ez a „normál” állapot. Az ábra a zongora tranzienseit mutatja nyitott tetővel a tető előtt és a tető mögött.

kaz19

A fedél irányít; a hang túlnyomó részét a közönség felé löki, a maradékot meg vissza a hangszerbe. A kicsire és a nagyra nyitott fedél között hangzásban az a különbség, hogy a kicsié fojtottabb és kopogósabb, és mintha egy lézersugár célozná a hallgatót, a nagyra nyitottból meg mintha egy hang- szökőkút ömlene. A negyedik esetben a zongora fedelét leveszik a hangszerről. Főként akkor használják, ha több zongora is játszik egyszerre, hogy jól hallják egymást a zenészek. Persze, kontrol-ládákat is lehetne használni. Aha…

kaz20