Kompenzációs rendszer

.

- a tiszta, teljes kromatikus hangsorért -

A rézfúvós hangszerek megegyeznek abban, hogy alapjában véve mindegyikük egy darab cső, melyet a játékos, ajkainak rezgetésével szólaltat meg.  Ahhoz, hogy ne csak a cső alaphangja és azok felhangjai legyenek megszólaltathatóak, a rézfúvós hangszereket szelepekkel - illetve gyorsan mozgatható hangolóval (harsona) - látták el, melyek segítségével már alkalmassá váltak a kromatikus játékra.

A szelepek működése azon a rendkívül egyszerű fizikai tényen alapszik, mely szerint, ha növeljük a cső – és ez által a rezgő test – hosszúságát, mélyebb hangot tudunk megszólaltatni. Ezért aztán minden szelephez kapcsolódik egy-egy toldalékcső.  Ha a dugattyút lenyomjuk, a levegő keresztül halad ezen a toldalék csövön, megnövelve ezzel a hangszer hosszát, ami által mélyebb hangot kapunk.  A szelepekhez tartozó hangoló csövek hossza különböző, így mindegyik szelep eltérő mértékben növeli a hangszer hosszúságát, ezáltal a hang mélységét is.  A 2. dugattyú fél hanggal, míg az 1. egy egésszel mélyíti az alaphangot.  A 3. három fél hanggal, azaz egy kis terccel, végül a 4. dugattyú öt fél hanggal, vagyis egy tiszta kvarttal mélyebb megszólaltatást tesz lehetővé.

Akusztikai vizsgálatok kimutatták, hogy ha fél hanggal mélyebben akarunk játszani, hozzávetőlegesen 6%-al kell megnövelnünk a légoszlop hosszát. (5.8823529411 %)

Az egyszerű matematikai levezetés kedvéért vegyünk alapul egy 100 cm csőhosszúságú hangszert.  Ez valamivel kevesebb, mint fele az euphonium csőhosszúságának.  (1. ábra)

1. ábra

Ha lenyomjuk a 2. szelepet, a cső hosszát 6 cm-rel növeljük (6% X 100) és a hangolás fél hanggal mélyebb lesz.   A teljes csőhosszúságunk most már 106 cm.  (2. ábra)

2. ábra

Ha újabb fél hanggal mélyebbet szeretnénk elérni, akkor hangszerünket további 6.36 cm-rel kell meghosszabbítanunk, (6% X 106) amely így már 112.36 cm lesz.  (3. ábra)

3. ábra

További 6.74 cm hozzáadásával (6% X 112.36) még egy fél hanggal lejjebb szállíthatjuk a hangolást.  Ekkor a cső teljes hossza 119.1 cm.  (4. ábra)

4. ábra

Ahogyan azt a fenti adatokból leolvashatjuk, a 100 cm csőhosszúságú hangszerünk hosszát dugattyúk alkalmazásával a következőképpen növelhetjük:

1. szelep: + 12.36 %    2. szelep: + 6 %    3. szelep: + 19.1 %

Amíg külön-külön használjuk a dugattyúk bármelyikét, azok pontosan a tiszta intonációhoz szükséges hosszúsággal növelik meg a hangszer hosszát.  A problémák akkor merülnek fel, ha két, esetleg három szelepet használunk egyszerre. Nézzünk erre is egy egyszerű példát.

A 3. dugattyú alsó helyzetében a cső hossza 119.1 cm.  Szeretnénk egy nagy szekunddal mélyebb hangot játszani, amihez további 14.7 cm-rel kellene megnövelnünk a hosszúságot.  Lenyomjuk hát az 1. dugattyút is, ám ezzel a lépéssel csak 12.36 plusz cm-t kapunk a szükséges 14.7 helyett.  Láthatjuk tehát, hogy az 1 + 3 fogáskombinációval a kívántnál magasabb intonációt érünk el.  A 2 + 3 is kissé magas, míg az 1 + 2 + 3 kombináció már negyed hanggal magasabb a hat félhangos lépésnél.  A trombitánál ezt a problémát áthidalták a 3. szelep gyorsan mozgatható hangoló csövével, de az euphonium és a tuba esetében ez sokkal nehezebben lenne megvalósítható.

Még komolyabb a probléma a 4 szelepes hangszerek esetében. A 4. szelep arra a célra szolgál, hogy öt félhanggal leszállítsa a hangolást, vagyis pontosan 33.8 százalékkal hosszabbítja meg a csövet, ezzel kiváltja a hamis 1 + 3 kombinációt.  Még a 2. és 4. dugattyú együttes használata is megfelelő helyettesítése az 1 + 2 + 3 fogáskombinációnak.  Azonban az ennél mélyebb hangoknál már súlyosabb gondok lépnek fel.  Példának okáért, a 4. szelep használatával a cső 133.8 cm hosszú.  Egy egész hangos lépésért további 16.5 cm-re volna szükségünk, de az 1. szelep használatával csak 12.36 cm -t kapunk, a 2. szelep további hozzáadásával viszont már 18.36 cm a plusz hossznövekedés.  Az első esetben az intonáció nagyon magas, míg a második esetben kissé alacsony.  Ahhoz, hogy a nyitott 4. szeleppel játszott hangot további 6 félhanggal (bő kvart) mélyíthessük, további 55.9 cm-re lenne szükségünk.  Sajnos azonban az 1., 2. és 3. szelep együttes alkalmazásával csak 37.46 cm-t kapunk, amellyel egy kicsit kevesebb, mint 5 félhanggal (nem egészen tiszta kvart) vagyunk csak mélyebben a nyitott 4. szeleppel megszólaltatott hangnál.  Emiatt a nem kompenzált euphonium nem képes a kontra H (hangzó) megszólaltatására, és a nagy C, Db, D, Eb, E hangok sem teljesen tiszták, de az intonációs problémákat itt még a felsőbb oktávtól eltérő, különféle fogáskombinációkkal elfogadhatóvá lehet tenni.

Ha egy euphonium játékos - vagy tubás - szeretné a mélyebb regiszterekben is használni a teljes kromatikus skálát, akkor számára a kompenzációs rendszerű hangszer a legjobb választás.

De mi is az a kompenzációs rendszer valójában?  Miben különbözik a „hagyományos” 4 szelepes hangszerektől?

A „British-style” kompenzált euphoniumot David Blaikley fejlesztette ki 1874-ben. Ennél a rendszernél a 4. dugattyú hangoló csöve visszavezeti a levegőt az első három szelephez, így ha az ezek bármelyikével kombináljuk, a levegő automatikusan egy plusz kitérőt tesz, és az extra kompenzációs toldalékokon áthaladva folytatja útját, hozzáadva ezzel a hangoszlophoz azt a szükséges plusz hosszúságot, amely a tiszta intonációhoz szükséges.

Vizsgáljuk meg a következő négy ábrán látottakat, hogy könnyebben megérthessük a rendszer működésének lényegét.

Az ötödik ábrán az első szelep nyitva van, így a levegő átáramlik a hangoló toldatán is.  Itt még nem történik semmi különös, ebben a helyzetben ez egy „sima” 3 dugattyús hangszernél is így alakulna.

5. ábra

A hatodik ábrán a negyedik szelep van nyitva, a levegő így a négyes gép hangoló toldatán keresztül hagyja el a hangszert.  Még ebben a szituációban sincs különbség a kompenzált ill. a nem kompenzált hangszer intonációjában.

6. ábra

Az igazi különbséget a hetedik ábrán figyelhetjük meg.  Itt az első és a negyedik szelep van nyitva.  A levegő áthalad az első és a negyedik szelep hangoló toldatán, amely visszavezeti az első dugattyúhoz, ahol keresztül megy annak kompenzációs toldatán is, mielőtt a tölcsér felé venné az irányt.  Ebben a fogáskombinációban már hallható az intonációs különbség a kompenzált ill. nem kompenzált hangszer között.  A légoszlop hossza a kompenzációs toldat miatt itt hosszabb, ezáltal tisztán játszható az adott hang.

7. ábra

A nyolcadik ábrán az összes szelep nyitva van, így a levegő keresztülmegy minden hangoló toldaton és kompenzációs járaton.  Ennél a fogáskombinációnál a kétféle hangszer intonációja között már több mint fél hang a különbség.  A korábbi matematikai számításainknál már szót ejtettünk arról, hogy a 4. szelep használata mellett további 55.9 cm-re lenne szükségünk, hogy egy bő kvartot léphessünk lefelé, de az 1 + 2 + 3 kombináció csak 37.46 cm-rel tud segíteni.  Nos a kompenzációs toldatok pont ezt a hiányzó 18.44 cm-t teszik hozzá a hosszhoz, természetesen a hangoló toldatok egymáshoz viszonyított hosszának arányában.

8. ábra

A 9.ábrán az „üres” fogástól lefelé haladva az első öt fogáskombinációhoz (2;   1;   3;   2+3;   4) nem járul kompenzálás, mivel az intonáció megfelelő. Azonban a következő hat kombinációban (2+4;   1+4;   3+4;   2+3+4;   1+3+4;   1+2+3+4) már szükség van a kompenzációra, máskülönben ezek a hangok, ahogyan haladunk lefelé, úgy válnának egyre használhatatlanabbá.

9.ábra

E rendszer segítségével már játszható a kontra h, így a teljes kromatikus hangsor, a mély regiszterben is.  A kompenzált hangszerek további előnye, hogy az alsóbb oktávokban is használhatjuk a jól megszokott fogáskombinációinkat.

Érdemes megfigyelni, hogy a kompenzált valamint a nem kompenzált hangszeren hogyan alakulnak a fogáskombinációk a kis, illetve a nagy oktávban.  Vegyük alapul a kis desz hangot, amelyet 2 + 3-as fogással szólaltatunk meg.  A nagy Desz-hez a kompenzált hangszeren elég csak hozzávenni a 4. dugattyút, míg a nem kompenzált változaton hozzávetőlegesen ugyanez a hang az 1 + 3 + 4-es fogással játszható.

A nagy oktávban már észrevehetjük a különbséget a vizsgált hangszer között.  A fogáskombinációk eltérnek a felsőbb oktávban használandótól, mindamellett e hangok intonációja nem tökéletesen tiszta, továbbá - mint azt már korábban említettük - a kontra H nem szólaltatható meg a nem kompenzált euphoniumon.

Ha tubás szemszögből vizsgáljuk a kérdést, akkor láthatjuk, hogy van néhány kiemelkedően jó, nem kompenzált hangszer is a piacon, amelyek többsége 5-6 szelepet alkalmaz, hogy elég alternatívát kínálhasson a teljes kromatikus hangsor tiszta megszólaltatására.  Azokkal a hangszerekkel szemben a kompenzációs rendszer egyik előnye épp az egyszerűsége.

A 4. dugattyú elhelyezése

Míg számos hangszergyártó közvetlenül a harmadik dugattyú mellé építi be a negyediket, addig más készítők, pl. a Besson, Hilsbrunner, Sterling – Perantucci, középmagasságban, a hangszer jobb oldalán helyezik el. (10. ábra) E változaton a bal kéz mutatóujja működteti a 4. szelepet, melynek megváltozott elhelyezése nem csupán a jobb kéz kisujjának relatív gyengeségével magyarázható, de összefüggésben van a kompenzációs rendszerrel is.

10.ábra

Az euphonium alapjában véve kónikus hangszer, ami azt jelenti, hogy a csövének furata majdnem folytonosan bővül a fúvókától egészen a tölcsérig. Fontos kivétel ez alól az első, második és harmadik dugattyú, melyeknek belsejében a cső átmérője állandó. Azonban a negyedik szelep különálló elhelyezése lehetővé teszi a harmadik és negyedik dugattyút összekapcsoló cső furatának fokozatos bővítését, amíg az megközelíti a negyedik dugattyút, majd azon áthaladva visszakanyarodik az első három szelep felé.

Például a Sterling - Perantucci euphonium esetében a cső átmérője (furata) a második dugattyúnál mérve 0.592” (inch).  Ugyanitt a kompenzációs toldatnál már 0.630” a belső átmérő, amely a negyedik szelephez visszavezető csőszakaszon eléri a 0.670 inchet.

A furat folyamatos szélesedésének biztosítása ezen a csőszakaszon, kedvezően befolyásolja a hangszer hangtulajdonságait.