powstawanie dźwięku w piszczałkach języczkowych

Piszczałki języczkowe pod względem akustycznym klasyfikowane są jako idiofony gdyż źródłem dźwięku jest w nich drgający metalowy języczek.

przepływ powietrza w piszczałce języczkowej

Języczek (stroik) jest więc w tego typu piszczałce elementem drgającym (wibratorem). Generatorem, czyli elementem wywołującym drgania języczka (wibratora), jest strumień powietrza. Sprężone powietrze tłoczone jest do nogi piszczałki, a z niej wydostaje się na zewnątrz poprzez otwór w rynience. Otwór ten zakryty jest metalowym językiem, który pod wpływem "przeciskającego się" strumienia powietrza zaczyna drgać z określoną częstotliwością (częstotliwość drgań może być zmieniana w pewnym zakresie poprzez strojenie).
Języczek zamocowany jest jednym końcem w głowicy (patrz budowa piszczałek języczkowych), drugi koniec - niezamocowany - może swobodnie drgać odbijając się od brzegów otworu w rynience (języczek kryjący) lub przelatując przez ten otwór w jedną i w drugą stronę (języczek przelotowy).
Drgania tak zamontowanego języczka nie są drganiami prostymi, składają się bowiem na ogół z całego szeregu drgań odpowiadających kolejnym tonom szeregu harmonicznego. Podstawowym drganiem, jest to, które schematycznie zaprezentowano na poniższym rysunku jako pierwsze z lewej.

sposoby drgania języczka

Powstaje tutaj fala stojąca (podobnie jak w słupie powietrza ograniczonym przez korpus piszczałki wargowej). Węzeł powstaje w miejscu zamocowania języka (ten koniec pozostaje nieruchomy), drugi koniec języka drga natomiast z maksymalną amplitudą (tutaj tworzy się strzałka).
Ten najprostszy sposób drgania języczka związany jest z powstawaniem tonu podstawowego. W rzeczywistości ruch języczka jest na ogół o wiele bardziej skomplikowany i jest on sumą wielu drgań o różnych częstotliwościach. Częstotliwość podstawowa związana jest z drganiem opisanym powyżej. Wszystkie kolejne tony składowe (tony harmoniczne) wynikają z pojawienia się w fali stojącej kolejnych węzłów i strzałek (ilustracja powyżej). Każde kolejne drganie (z odpowiednio większą liczbą strzałek i węzłów; w prawej części powyższej ilustracji przedstawiono sposoby drgań języczka odpowiadające trzem kolejnym tonom harmonicznym) związane jest z generowaniem następnego tonu harmonicznego. Wszystkie te drgania składowe nakładają się na siebie, dając w sumie jedno złożone drganie słyszalne przez ucho ludzkie jako dźwięk o charakterystycznej barwie.
Właśnie ilość i natężenie alikwotów występujących w dźwięku wydawanym przez drgający język decyduje o charakterystycznej jego barwie. Barwa ta (a zatem i zawartość wyższych harmonicznych) zależy od materiału, z którego wykonany jest języczek, od wymiarów języka (długości, grubości i szerokości) oraz wzajemnych zależności między nimi (menzury); o czynnikach tych będzie mowa poniżej.

Wysokość dźwięku wydawanego przez języczek regulowana jest przez skracanie bądź wydłużanie jego drgającej części. Czynność tę (strojenie) umożliwia zamontowanie w piszczałce drutu do strojenia, który można przesuwać w górę lub w dół, zmieniając w ten sposób czynną długość języczka bez rozbierania piszczałki. Animacja obok w uproszczeniu przedstawia proces strojenia piszczałki języczkowej. Przedstawiono tutaj w zwolnionym tempie zmiany częstotliwości drgań języczka w zależności od zmiany położenia drutu dociskającego języczek. Jak widać zademonstrowano tutaj tylko najprostsze drganie języczka tzn. drganie związane z tonem podstawowym - węzeł w punkcie dociśnięcia języka drutem i strzałka na wolnym końcu języczka.
Oprócz samej długości języka, na wysokość wydawanego przezeń dźwięku (częstotliwość drgań) wpływ ma również grubość języka (grubszy języczek drga z większą częstotliwością). Rozważając wpływ wymiarów języczka na wysokość wydawanego dźwięku wkraczamy w przywołany już powyżej temat menzury języczka. Tak wysokość jak i barwa dźwięku piszczałki języczkowej mają bezpośredni związek z tą menzurą, a więc z zależnościami między poszczególnymi wymiarami języka (długością, szerokością i grubością). Należy tutaj również wspomnieć o rezonatorze (korpusie) - elemencie piszczałki, który także odgrywa bardzo ważną rolę w procesie kształtowania odpowiedniego dźwięku w piszczałce języczkowej (oczywiście do prawidłowego funkcjonowania piszczałki potrzebne są wszystkie jej elementy składowe, ale ich budowa i rozmiary w dużym stopniu wynikają np. z rodzaju i wielkości zastosowanego języka).

Upraszczając nieco problem menzur języków, można sformułować kilka ogólnych reguł określających zależności między poszczególnymi wymiarami języczka a właściwościami generowanego przezeń dźwięku.
Podstawową z nich (wspomnianą już powyżej, a wykorzystywaną przy strojeniu piszczałek języczkowych) jest reguła wiążąca długość języka z częstotliwością jego drgań, a więc z wysokością generowanego dźwięku. Im dłuższy język tym niższy dźwięk (mniejsza częstotliwość drgań) i na odwrót: krótszy język - wyższy dźwięk (większa częstotliwość).
Na wysokość dźwięku ma wpływ również grubość języczka. Biorąc dwa języki o tej samej długości ale wykonane z materiału o różnej grubości stwierdzimy, że z większą częstotliwością drga języczek grubszy, języczek cieńszy natomiast drga "wolniej" generując tym samym niższy dźwięk. Grubość języka nie pozostaje również bez wpływu na barwę dźwięku: języczek grubszy wydaje silniejszy i jaśniejszy dźwięk niż języczek cieńszy.(BO) Barwa dźwięku zależy również od szerokości języka; szerszy języczek wydaje dźwięk bogatszy w alikwoty niż język wąski.(BO)

Drugim, obok języczka, elementem decydującym o brzmieniu piszczałki języczkowej jest jej rezonator, czyli korpus. Rezonatory nie są elementami niezbędnymi do wydawania dźwięku przez piszczałki, czego najlepszym dowodem są piszczałki niektórych głosów regałowych praktycznie pozbawionych rezonatorów. Dźwięk takich piszczałek jest bardzo charakterystyczny w swej surowości ("niewykończeniu"); jest on oczywiście również słabszy od dźwięku wydawanego przez piszczałki z tubami.(BO) Często jednak piszczałki głosów regałowych wyposażone są w korpusy (tuby) służące regulacji natężenia i barwy dźwięku. Przybierają one niejednokrotnie bardzo wymyślne kształty, co jest związane z koniecznością odpowiedniego ukształtowania dźwięku wydawanego przez piszczałki.

piszczałki głosów regałowych - Rys. 'Słownik terminologiczny zabytków'

Korpusy piszczałek regałowych nie mają charakteru rezonatorów współdziałających w ustalaniu wysokości wydawanych przez nie dźwięków.(GnO)
Inaczej sprawa wygląda w piszczałkach tzw. trąbkowych (trompetowych), w których tuba rezonansowa jest dostrajana do wysokości dźwięku wydawanego przez języczek. Dostrajanie korpusu (rezonatora) do odpowiedniej częstotliwości odbywa się poprzez jego skracanie bądź wydłużanie, w czym pomocne są różnego rodzaju dostroiki (konstrukcja dostroików piszczałek wargowych i języczkowych jest bardzo podobna; omówiono ją na stronach dotyczących budowy piszczałek).
Na ogół tubę rezonansową dostraja się do tonu podstawowego wydawanego przez języczek. Takie rozwiązanie zapewnia powstanie silnego i pełnego dźwięku.(BO) Ale spotyka się również piszczałki z korpusami kilka razy krótszymi bądź dłuższymi od korpusów wzmacniających ton podstawowy.

Pierwsza grupa: piszczałki ze skróconymi korpusami... i nie chodzi tutaj o rozbieżność między oznaczeniem stopażu rejestru a rzeczywistą długością korpusów piszczałek (w praktyce tuby są krótsze niż wynikałoby to z oznaczenia wielkości głosu w stopach; długość tuby zależy również od jej grubości i kształtu (BO)). Piszczałki ze skróconymi rezonatorami wydają dźwięki o specyficznym odcieniu kolorystycznym, co wynika z dostrojenia ich tub rezonansowych nie do tonu podstawowego lecz do częstotliwości jednego z tonów harmonicznych (alikwotów) dźwięku języka (a więc do częstotliwości kilkakrotnie większej od częstotliwości tonu podstawowego; stąd kilkakrotnie krótszy korpus). W układzie takim rezonator wzmacnia więc nie ton podstawowy dźwięku języczka, lecz wybrany alikwot i to właśnie stąd bierze się charakterystyczna barwa piszczałek tego typu głosów.
Spotykamy również tzw. tuby przedęte (przedmuchiwane, harmoniczne). Są one z kolei kilkakrotnie dłuższe od rezonatorów wzmacniających ton podstawowy dźwięku wydawanego przez język. W takim układzie ton podstawowy dźwięku języka jest jedną z wyższych harmonicznych pochodzących od częstotliwości, do której dostrojony jest rezonator (niektóre źródła mówią o dostrajaniu tonu podstawowego języka do częstotliwości jednego z wyższych rezonansów korpusu (GnO)). Piszczałki języczkowe tego typu (harmoniczne, przedęte) stosuje się często w górnych zakresach niektórych głosów języczkowych. Piszczałki przedęte charakteryzują się większym natężeniem dźwięku niż piszczałki nieharmoniczne; zastosowanie więc piszczałek przedętych np. tylko w górnym zakresie wybranego głosu powoduje wzmocnienie dźwięku właśnie tych (często "słabszych") piszczałek. Wykorzystując więc odmienne rodzaje korpusów (harmoniczne i nieharmoniczne) w piszczałkach umieszczonych w różnych zakresach głosu organowego, można uzyskać rejestr o wyrównanym dynamicznie brzmieniu.


2001-2016 © Copyright by Konrad Zacharski