A hangnyílás szerepéről

Az akusztika világában számos esetben vannak melléfogások főként, amikor egy hangszer hangnyílásának szerepe szóba kerül. Sokszor hallani: ott jön ki a hang, vagy azon keresztül csatolódik a húrrezgés az üreggel. Ez utóbbi még egy magyar nyelvű hangszer akusztikai könyvben is olvasható. Mindkét feltevés hibás, még akkor is, ha tartalmaznak némi rész igazságot


Az akusztika világában számos esetben vannak melléfogások főként, amikor egy hangszer hangnyílásának szerepe szóba kerül. Sokszor hallani: ott jön ki a hang, vagy azon keresztül csatolódik a húrrezgés az üreggel. Ez utóbbi még egy magyar nyelvű hangszer akusztikai könyvben is olvasható. Mindkét feltevés hibás, még akkor is, ha tartalmaznak némi rész igazságot. A hangnyíláson valóban jönnek ki hanghullámok, csakhogy ez csupán egy kis részét képezi a hangszer spektrumának és hangerejének. A hanghullámok nagyobb részét maga a rezonáns tető sugározza, és ez képezi az hangzás nagyobbik részét. Ehhez járul a hátlap rezgése, mely hátra is sugárzódik, és persze egy kis része a hangnyíláson át jut ki a hangszertestből. Mindezen rezgésekhez hozzáadódik az üreg saját rezgése, valamint a káva rezgése is és így egy nagyon összetett akusztikus rendszer alakul ki, mely minden irányban másféle frekvencia tartományban sugároz más intenzitással. Ha a hangszer sugárzó elemei közül bármelyik nem vesz részt a hangzásban, akkor a hangszer hangja szegényebb lesz. Erre jó példa az Ovation gitárok szegényebb hangja, ahol a műanyagból készült test nem vesz részt számottevően a hangszín gazdagításában.


A hangnyílásnak elsődlegesen az a szerepe, hogy a hangszertest rezgéseiből eredő légmozgásnak szabad utat biztosítson. Képzeljük csak el, hogy egy vékony falú rugalmas teljesen zárt tartályt egyik oldalán benyomjuk. Ekkor a levegő összesűrűsödik benne, így a bevitt energia a levegő összenyomására fordítódik. Ha pedig a tartály oldalát a ellenkező irányba deformáljuk, akkor a levegő ritkulását idézzük elő, ami megint csak energia vesztéssel jár. Az ilyen test nem jó rezonátor, mert a zárt térben a levegő állandó nyomásra törekszik és a bevitt energia a légnyomást vagy vákuumot előidézésére fordítódik. Ha azonban a testet felnyitjuk, és szabad utat hagyunk a benne lévő levegő mozgásának, akkor a bevitt energia már nem a zárt tér levegőjének összesűrítésében nyelődik el, hanem a rezonánáló felületének szabad mozgásában hasznosul. Egy gitár vagy lant teste éppen ilyen tartálynak fogható fel, ahol a rezonáns tető mozog le fel, sűrítve és ritkítva a testben lévő levegőt. Mivel azonban a rezgés során ez a sűrítés, ritkulás nem egy zárt térben történik, hanem nyitott térben, így a rezgés tovább fennmaradhat és a bevitt energia hanghullámok formájában hasznosul.


Amint a hangszer üreges testnyílással rendelkezik, onnantól fizikailag egy Helmholtz rezonátorral van dolgunk. Az üreges testek rezonáns viselkedését Herman von Helmholtz foglalta össze elméletében az 1850 években. A Helmholtz rezonátor elve üreges szabályos szögletes vagy forgástestek esetén jó közelítéssel használható összefüggéseket ad. Egy vonós vagy pengetős hangszer összetett formájú üregére már kevésbé ad pontos számítást, de a jelenség ugyanúgy fennáll.

Minden testnek van egy tipikus rezonáns frekvenciája. Ha elfújunk egy üvegpalack szája felett, akkor a palack a reá jellemző frekvencián elkezd rezonálni. Csak ezen az egy frekvencián és nem máson. A hangszer esetében is létezik egy jellemző rezonáns frekvencia, azonban a hangszertest több frekvencián is rendelkezik rezonáns frekvenciával. Minél több helyen oszlanak el a frekvencia csomópontok, annál kiegyenlítettebben szól a hangszer, azaz a hangtartományában a játszott hangok egyenletes hangerővel és tónussal szólalnak meg. A hangszer spektrumában mindig van egy pont, ahol a rezonancia a legintenzívebb és ez az, ami a legjobban elszínezi a hangszer hangját, ezért arra kell törekedni, hogy több rezonáns frekvencia legyen és lehetőleg egyenletes eloszlásban és ne legyen egyik sem kiugróan erős. Hangszerkészítők gyakran próbálgatják az elkészült hangszertestet úgy, hogy beleénekelnek. Amikor a hangszertest átveszi az énekhang rezonanciáját, azt nagyon kierősíti. Sokszor azt gondolják, hogy ez mennyire jó, pedig nem feltétlenül, mert a beleénekléssel csupán egy-két rezonanciapontra lelnek rá, többnyire a legerősebbre, amit valójában csillapítaniuk kellene a további finomhangolással. A jó hangszertest több rezonáns frekvencián is rezonál nemcsak egyen és a rezonanciáik között csak minimális különbség van. Amennyiben sikerül egyenletes eloszlású rezonancia pontokat kialakítani, akkor egy jó minőségű kiegyenlített hangú hangszertestet kapunk. A hangszerépítésben ez a legnehezebb feladat. Az anyagok inkonzisztensek, azaz nem lehet kiszámítani pontosan a rezonáns viselkedésüket. Ezért szükséges más támpont is, hogy lehessen valamelyest előre kalkulálni a várható eredményt.  Ezért összefüggést kellett találni a hangszer geometriája és akusztikai jellemzői között. Lassan kiderült, hogy nagyon egyértelmű összefüggések vannak a rezonátortest felülete, űrtartalma és kialakítása között. A megfigyelések azt bizonyították, hogy hangnyílás felülete és az üreg térfogata együtt határozzák meg egy adott üregre jellemző rezonancia frekvenciáját. Erre már több száz éve rájöttek a hangszerkészítők, azonban az akusztikai összefüggések pontos ismeretének hiányában tapasztalati úton, empirikus módszerrel, kísérletezéssel és próbálgatásokkal jutottak el a megfelelő testformához, és a hangnyílások méretéhez. Ezután egymástól másolták le a jól sikerült hangszerek méreteit és ez ma is így van még. Így a legtöbb esetben feledésbe merült a rezonáns frekvenciával való gondos törődés és ez azt eredményezte, hogy sok lett a középszerű hangszer és csak a legigényesebb és megfelelő tudással bíró hangszerkészítők tudtak és tudnak ma is az átlagot jóval meghaladó minőségű hangszert készíteni.

A tapasztalat azt mutatta, hogy minél kisebb egy hangszer testén a hangnyílás, annál mélyebbre esik a rezonáns frekvenciája, azaz a basszusok erősebbek, teltebbek lesznek, miközben a hangerő lecsökken. Minél nagyobb a felületű a hangnyílás, annál inkább a magas tartományban lesz a rezonáns frekvencia, a hangerő pedig növekedik egy határig.

A gitárkészítésben elég nagy a szabadság, mert a készítőt nem köti annyira béklyóba a hagyomány, mint például a hegedűkészítőt. Ezért a hegedű esetében áttörő fejlődés már nem remélhető, azonban nem így a gitárral, ahol az utóbbi évtizedekben nagyon jelentős újítások kerültek napvilágra és sok újszerű, nagyon jó hangszer jelent meg, köszönhetően a nyitottabb szemléletnek. Persze nem szabad elfeledni, hogy a hangszer fejlődésének legnagyobb akadálya maga a gitáros és csupán a második helyen áll a hangszerkészítő. Senki sem szívesen tér el a bevált úttól még akkor sem, ha az sokkal kecsegtet.


A hangszer test formája hosszú idő alatt alakult a jelenlegire és geometriai méreteit tekintve ugyancsak tapasztalati úton jutottak el ahhoz, hogy egy gitár milyen mély testtel rendelkezzék. Vannak keskenyebb gitárok, amik áthatóan szólnak, nagy hangerővel, néha megcsúfolva a nagyobb testű gitárokat. A test vastagságával a magas tartomány intenzitását lehet beállítani a basszushoz képest. A vastagabb hangszerek pedig a mély tartományban erősebbek, és a magasban halkabbak. Ily módon függnek össze a méretek.


Van egy a hangszertervezésben jól használható összefüggés, miszerint egy nem szabályos test rezonáns frekvenciája jó közelítéssel kiszámítható mindössze két adatból:


Rezonáns frekvencia  =  , ahol az A a hangnyílás felülete, a V az üreg térfogata.


Ezen egyszerű összefüggések mentén a tapasztalt gitárkészítő hangszerenként egyedileg tudja hangolni a gitár test üregének rezonanciáit. Természetesen léteznek sokkal bonyolultabb és részletesebb képletek is, ahol számos egyéb paraméter is részt vesz a kalkulációban, azonban még azokkal is csak közelítő értékek nyerhetők, ugyanis az építésnél használt fa anyagok minősége sohasem konzisztens (egyenletes) akusztikai szempontból.


A tapasztalt gitárkészítő egészen pontosan be tudja hangolni a gitár testét és arra törekszik, hogy a fő rezonancia pont lehetőleg két hang közé essék. Például a gitáron legtöbbször az A hangra, vagy annak közelébe esik a rezonancia pont. A hangszerkészítő igyekszik úgy  lejjebb vinni a rezonancia pontot, hogy lehetőleg az A és az Asz hang közé essék, így a jól behangolt gitár lényegesen kiegyenlítettebben fog szólni. Azon a hangszeren amelyen erre nem figyel a készítője, azon szerencse kérdése, hogy kiegyenlített lesz-e a hangszer vagy sem.


A hangnyílás formája és helye


A gyakorlatban a hangnyílás formája nem esik oly súllyal a latba, hogy attól hallhatóan megváltozna a hangszer hangja. Az elhelyezkedése csupán annyiban befolyásolja a hangzást, amennyiben a nyílás helyzete megváltoztatja a rezonáns tető statikáját és rezgési csomópontjait. A hangnyílás áthelyezésével a Chladny csomópontok helye megváltozik. Emlékeztetőül megmutatnám, hogy hol helyezkednek el a Chladny rezgési csomópontok egy gitár testén, a különböző frekvenciákon. Ezt a mérési kísérletet egy olyan gitártesten végezték, hol a hangnyílás a megszokott helyén van.





A tornavoz


Antonio Torres felismerte a rezonáns frekvenciák sajátosságait és azt is, hogy egyszerű eszközökkel meg lehet változtatni egy elkészült hangszer rezonáns frekvenciáját. Ez a tornavoznak nevezett eszköz egy a hangnyílásba helyezhető fémből vagy fából készült henger, ami lefelé nyúlik a hangszertest belsejébe. A működési elv az üreg belső felületének növekedéséből adódó mély frekvenciás erősítés. Ugyan azon elv, amit a kisméretű, de nagyon mélyen szóló stúdió monitoroknál is alkalmaznak. A dobozon belül mintegy labirintust alakítanak ki a belső felület megnövelésére. Ezzel a módszerrel az üreg fizikai térfogata ugyan nem változik és ezzel a hangnyílás felületének aránya sem, de az üreg belső felületének növekedésével  a mély tartományú hanghullámok is ki tudnak alakulni, így lehet a mély rezonanciákat lejjebb vinni, erősíteni, gazdagítani,  miközben a rezonancia pontok  is más eloszlásban, más pontokon  jelentkeznek. Persze ennek ára a hangszer hangerejének csökkenése.


Az alábbi képen látható a tornavoz elhelyezkedése a gitár teteje alatt. Régen ez bronzból is készült jócskán megnövelve a hangszer súlyát, ma azonban a karbon és kevlár korában már pihekönnyű kiegészítők javíthatnak a gitár tónusán.




A hangnyílások elhelyezése a legváltozatosabb lehet a gitáron. Az alábbi kép egy Ovation gitár hangnyílásait ábrázolja. Ezen a gitáron igyekeztek minél nagyobb felületet megtartani a tetőn a rezgések számára, így a test válla fölött kaptak helyet az elaprózott hangnyílások, amik felületüket tekintve kb. akkora felületűek, mintha egyetlen kör alakú hangnyílás lenne. A lyukakat díszítés rejti, így adva jellegzetes karaktert az Ovation Adamas sorozatú gitárjainak.



Hasonló megoldást láthatunk a következő képen, ahol stilizált, lángnyelvekre vagy levelekre emlékeztető nyílások egyben díszítik is a gitárt.



A következő kép már radikálisabb megoldást mutat. Itt a hangnyílások a hangszer kávára kerültek. Szokatlansága ellenére mindenképpen intelligens megoldás, ugyanis az a felismerés tükröződik benne, hogy a hangnyíláson át kijövő hanghullámok többnyire a mélyebb tartományt képviselik, és azok minden irányban terjednek, tehát nem kell aggódni, hogy a gitár majd basszusban szegényen fog szólni.



Az alábbi k kép egy olyan rezonátorgitárt mutat, ahol a hangnyílás a test hátán van körkörösen sugár alakban elhelyezett kis lyukak formájában.




A következő kép ugyancsak érdekes. A hangnyílások két oldalt a gitár test derekán vannak, azon a ponton, ahol a hangszer egyébként is a legerősebb, így az elhelyezkedés nem befolyásolja jelentékenyen a hangszer statikáját.




Egy másik megoldás a két oldalra elosztott hangnyílás. Ez a törekvés is a sugárzó felület növelését célozza.



Van egy nagyon ötletes megoldás, ami különös módon nem terjedt el. A logika azt diktálná, hogy a rezonáns frekvencia helyét maga a gitáros szabályozza a hangszeren a hangnyílás eltakarásával a felületének csökkentése vagy növelése által. Erre egy kis elhúzható zsaluszerű megoldás született. Hátránya az lehet, hogy ha nem pontos az illeszkedés, akkor könnyen zörgést, zajokat okozhat, legnagyobb előnye az, hogy pontosan két hang közé lehet beállítani a rezonáns frekvenciát.



A hangnyílás kifejezetten hátrány azok számára, akik színpadon nagy hangerőt akarnak elérni az akusztikus gitár számára így a mikrofonos erősítés kizárt, sőt sok esetben már a pickup sem megfelelő. Ezért kitalálták, hogy egy fedő segítségével letakarják a hangnyílást és akkor kisebb az esélye a gerjedésnek. Ez valóban egyszerű megoldás, de elveszik a gitárhang igazi gazdagsága és dinamikája. No, de valamit valamiért! A hangi világ természetéhez tartozik az állandó egyensúly. Ha valamibe beavatkozunk, annak hatása máshol is meg fog jelenni, a rendszer mindig egyensúlyra törekszik.



A lantoknál jól ismert megoldás a rozettás, díszes hangnyílás. Mivel a lantok sokhúrosak és vannak basszus húrjaik is, így fontos, hogy a lanttest üregének rezonáns frekvenciája a gitárénál jóval mélyebben legyen. Ezt egyszerűen azzal érik el, hogy a hangnyílás felülete kicsiny. Ezt a megoldást átvették a gitárra is, azonban ez sem terjedt el, mert ha valami megváltozik a gitár megszokott kinézetében, már nem veszik meg az emberek. Van egy cég, amely mindenféle díszes rozettát kínál szabványos hangnyílású gitárokba és ezzel lejjebb lehet hangolni a testet. Ilyen rozetta látható az alábbi képen.



A hangnyílás immár a dekoráció fő területe is lett, így végtelen változatosságát tapasztalhatjuk a hangnyílásoknak. Az alábbi 2 kép is erről tanúskodik.



 


Ha már a hangnyílások dekorációs szerepéről van szó, meg kell említeni azt is, hogy a hangnyílás körüli terület, a legegyszerűbb körkörös gyűrűktől kezdve a legösszetettebb ornamentikáig terjed. Íme, egy példa:



Végül valaki a fejébe vette, hogy a hangnyílást arra használja fel, hogy egy aktív hangszórót épít bele, és a hangnyílás kerületén kapnak helyet a kezelőszervek. Fából vaskarika! Ezzel a gitár teljesen elektromos lett, jó nehéz a tápegységtől és a hangszórótól.









A hangnyílásokkal kapcsolatban kevés kifejezetten ezzel foglalkozó anyag van, így remélem, hogy ez az írás segített valamelyest tisztábban látni szerepével funkciójával kapcsolatban.







Szabó Sándor


2013-07-29 22:19:16