Lakat Zoltán: A fuvola akusztikája új szemmel

Parlando Zenepedagógiai folyóirat, 2017. 4. szám

  • Miért alacsonyak a mély hangok?
  • Miért magasak a harmadik oktáv hangjai?
  • Miért szólnak nehezebben a mély hangok?
  • Miért kell sokat intonálni a fuvolával?
  • Mi az a „hosszkorekció” és hogyan működik?

Ilyen kérdéseken töprengtem a harkányi termálvízben ücsörögve. Ezeket a problémákat megbeszéltem Horváth Tamás mérnök tanítványommal is. Ettől kezdve közösen gondolkodtunk azon, hogyan lehetne javítani a fuvola hangzásán.

A közös gondolkodásból közös munka lett. Tamás számítógépes programmal készítette az alkatrészek terveit és egy esztergályossal elkészíttettük a próba példányokat. Az újítások kipróbálása miatt sokat gyakoroltam és sok-sok órán keresztül használtam a hangoló gépet is. A több éves közös munkából találmány lett, amit a Nemzeti Szellemi Tulajdon Hivatala 2017. április 28-án hozott nyilvánosságra „Reform fuvolafej” címmel.

Miért kell megreformálni Theobald Böhm 170 évvel ezelőtt létrehozott nagyszerű találmányát?

Az eltelt idő alatt nagyot változott a világ. A modern ipar, a computer technika és azóta kialakult akusztika tudománya új ismereteket, új anyagokat, új lehetőségeket teremtett.

Az akusztikus mérnökök korunkban vizsgálódásaik alkalmával úgy találták, hogy a csőben kialakuló állóhullámok a fuvolacső végén „kidudorodnak”. Így adják át rezgésüket a hangszertestet körülvevő levegőnek. Két mérnök, Norris és Levine egymástól függetlenül meg is határozták a hangok túlnyúlását. Azt találták, hogy a magas hangok kisebb, a mélyebb hangok pedig nagyobb mértékben „lógnak ki” a fuvolából.

Azt is tudják az akusztikus mérnökök, hogy a harántfuvola olyan aerofon hangszer, mely mindkét végén nyitott csőként viselkedik.

Én úgy gondolom, hogyha az állóhullámoknak szükségük van a túlnyúlásra a cső alsó végén, akkor ugyanúgy szükségük van erre a fuvola felső végén is!

Igen, de a fuvola felső vége le van zárva korona- és hangolódugóval!

Ennek ellenére biztosítani kell a hanghullámoknak itt is annyi helyet a túlnyúlásra, mint a cső alsó végén. Ezért a hangolódugónak a máig használt formáját meg kell változtatni! Az eddig használt egyenes felület nem felel meg minden hanghullámnak, hiszen láttuk az alsó csővégen, hogy a magasabb hangok kicsit, a mélyebb hangok nagyobb mértékben nyúlnak ki.

Így csak egy süllyesztett felületű, háromdimenziós hangolódugó tudja ellátni az eddigi feladatát és biztosítani azt a helyet minden hanghullámnak, amire szüksége van! A hanghullámok „túlnyúlásai” között többszörös mértékű különbségek is vannak, de ez csak néhány millimétert jelent a gyakorlatban.

Ezért van lehetőség arra, hogy háromdimenziós hangolódugó beépítésével dúsabb, szebb hangzást érjünk el!

Természetesen nem mindegy, milyen formájú ez a süllyesztett felület. Az elmúlt 40 évben több szabadalom született háromdimenziós hangolódugókról. Az angol, francia, amerikai, japán terveket az újdonságkutatás eredményeként ismertük meg. A legfiatalabb a 2001-ben született japán szabadalom. Lett volna idő, hogy elterjedjen, de a többi szabadalomhoz hasonlóan egyiket se ismerte meg a világ, egyiket sem gyártják.

Miért? Mert rosszabb eredményt adnak, mint az egyenes hangoló felület.

Mi is sokféle formát kipróbáltunk. A kísérletek során végig hangológéppel ellenőriztem a hangmagasságokat, így csak olyan hangoló dugókat adtunk ki tesztelésre, amik a hagyományos dugónál jobb eredményt mutattak.

A fejlesztés során felhasználtuk a modern ipar által előállított szilikon gumit, acélt, titánt, cirkóniumot stb. A hangszerépítésben régóta bevált anyagokat mi sem nélkülözhettük. Így készítettünk hangolódugót sárgaréz, ezüst, arany, ébenfa, grenadilfa, cocobolo fa és csont anyagból is. A tervezésnél számítógépes program volt segítségünkre, a gyártás során pedig számítógép vezérlésű (CNC) esztergákat is használtunk. A bonyolult alkatrészeknél igénybe vettük a 3D nyomtatást is.

Olyan rendszert alakítottunk ki, amely alkalmas a 170 éves Böhm fuvola gyökeres reformjára.

A találmányunk a hagyományostól nagyon eltérő négy szegmensű fuvolafej.

Az új tulajdonságokat a játékosok érzik, a közönség hallja és a műszerek pedig mérik.

Találmányunk pozitív tulajdonságait nem csak a tesztelőink írták le, hanem a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem hivatalos hangelemzése is igazolja a mérhető különbségeket.

Az újítás egységei

  1. Hangolódugó
  2. Koronadugó
  3. Korrekciós betét, nehezék
  4. Extra méretű fuvolafej

Hangolódugó

Speciális – háromdimenziós – kúpos felületű újítás.

  • Leglényegesebb része az újításunknak a hangolódugónk felülete. Ez a felület a hagyományos sík geometriájú homlokfelülettel szemben, profilos, háromdimenziós kialakítású. Létrehoztunk kis és nagykúpos, speciális felületű hangolódugókat.
  • A hangfrekvencia kialakulásáért a hangolófelület a felelős. A hangszín kialakításáért a hangolódugó anyaga, míg a hangerőért a hangolódugó anyagminősége, mennyisége és a felülete is felelős. Létrehoztunk egy és több anyagkomponensű hangolódugót is. A hangolódugó anyagválasztéka igen széles körű. A fémötvözeteken kívül felhasználtunk különböző faanyagokat és csontanyagokat is.
  • Az új hangoló- és koronadugóval ellátott fuvola, érezhetően tisztább hangminőséggel szól, mint az eredeti! A hangja ugyanannyi levegő befújásával erőteljesebb, dinamikusabb, tisztább, hajlékonyabb. Könnyebb lett a mély hangokat hangosan és a magas hangokat halkan játszani! A hangok intonációs lehetősége ugyanúgy megmaradt, de sokkal kevesebbet kell intonálni a tiszta hangok megszólaltatásához.
  • A nagy hangkötések és a nagy hangugrások is sokkal könnyebben szólalnak meg. Az általunk létrehozott hangolódugó a hagyományoshoz képest, nagyon markáns, jelentős változás a játékosok számára. A profi hangszeres játék felgyorsulhat, virtuózabbá válhat! A létrehozott hangolódugó választékkal – a kezdő fuvolásoktól a művészekig – mindenki igénye szerint megtalálja a számára megfelelőt.

Koronadugó

Az általunk tervezett koronadugónál már nincs szükség a csavartengelyt befogadó menetes hüvelyre. Az új cső jellegű koronadugóval sokkal jobban hallható a fuvola hang a játékos bal füle számára is. A fuvola így, már nem csak jobbra és előre sugároz hangot, hanem balra is. Nagy előnye, hogy a zenekarban játszó fuvolások számára könnyebb kontrolt ad a hang felett még tuttiban is.

Korrekciós betét, nehezék

  • A korrekciós betétet a hangolódugó és koronadugó közé helyezzük.
  • A korrekciós betéttel a fuvola anyagminőségétől függően, valamint a játékos igénye szerint a különböző anyagok kombinációjával eltérő hatásokat lehet elérni a fuvola hangban. Ehhez akár többféle, fémötvözetet is felhasználhatunk. A korrekciós betét a fuvolahang gyenge pontjait javíthatja, korrigálhatja. Ezen kívül – igény szerint – kicsit testesebb, vagy könnyedebb, esetenként színesebb hangminőséget (melegebb, vagy hidegebb hangszínt) érhetünk el.

Extra méretű fuvolafej

  • A fuvolafejből kikerülő parafadugó miatt, már semmi nem köti össze a hangoló- és a koronadugót. Így már nem kötelező a fuvolafejet a hagyományos méretben gyártani, lehet annál hosszabb is.
  • A hosszabb cső nagyobb rezonátor üreget ad, ami tovább segíti a hangkamrában képződött fuvola hangot. Az extra méretű fuvolafej több formában készülhet.
  • Az extra méretű fuvolafejet az eredeti fuvolafejre (gyors megoldásként) toldásként helyezhetjük fel. Vastag vagy vékony falú cső formájában. A toldás bármely fuvolához alkalmazható.
  • Az extra méretű fuvolafej úgy is készülhet, hogy a szokásosnál hosszabb méretben készítjük el a fuvolafejet.
  • Újításunkban, a rezonátorüreg – a nyitott jellegű koronadugóval – egyfajta erősítőként működik. Mi megnöveltük a fuvolafej hosszát, így a rezonátorüreg megnövekedésével a rezonáns erősítő hatás is megnőtt.
  • Az extra méretű fuvolafej előnyös hatását a fenti újításokkal együtt lehet teljesen kihasználni.

Találmányunkkal minden Böhm-fuvolát át lehet építeni. A négy megújított szegmens külön-külön is felhasználható, így tanuló fuvolákban elég csak – a legfontosabb alkatrészt – a hangolódugót beépíteni. Átméretezés után, az új alkatrészeket le lehet gyártani bármely méretű fuvolához a piccolótól a basszus fuvoláig terjedően.

Az újításunk segítségével, a fuvola dúsabb, szebb, színesebb, sokoldalúbb hangzást kap. A nóvumok beépítése után a fuvolajátékos gyakorlatilag egy jobb minőségű, rezonánsabb hangszert tart a kezében, amivel még a hangszeres játék is könnyebbé válik. Egy tesztelő fuvolaművészt idézve: „Kevesebbet kell a fuvolával dolgozni és még szebb is a hangja!”

A Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem hivatalos hangelemzése kimutatta, hogy minden új hangolódugóval gyorsabban indulnak a hangok, 3–6 dB-lel nagyobb hangerő érhető el és nagyobb a játszott hangok felhangtartalma, ettől dúsabban szól a fuvola.

A teszteléshez egy Yamaha 511 típusú, zárt billentyűs, C-lábas, 800 ezrelékes tisztaságú ezüstből készült fuvolát és egy Trevor James Cantabile 925 ezrelékes ezüst fejű fuvolát használtunk fel.

(eredeti cikk)