Hosszú ideje foglalkoztat a kérdés, hogy jól hangolt citerámban a húrok mekkora erővel feszítik a tőkét és a fejet. Ugyancsak kérdéses az is: mi az összefüggés a citerahúrok magyar számozása és a húrméretek között. Ebben a szösszenetben ezeket a kérdéseket járom körül. Közben megadom a Mersenne-Taylor képlet több hasznos formáját és a magyar citerahúr-méret táblázatot. Hátha mást is érdekel, nemcsak a hangszerészeket, akik számára az alábbiak nemigen tartalmaznak újdonságot. Remélem, citerás társaim számára hasznos lesz írásom.
Most végre van időm és lehetőségem megbecsülni ennek az erőnek a nagyságát. A képletet, amely egy húr első, alapmódusú rezgésének frekvenciáját adja meg, Marin Mersenne (1588-1648) francia szerzetes és matematikus, valamint Brook Taylor (1685-1731) angol matematikus határozta meg. Rendszerint a húr átmérőjét és a húr anyagának sűrűségét felhasználó képletet szokták megadni:
, ahol is:
f: a rezgés frekvenciája Hz=1/s-ban,
l: a rezgő húr hossza m-ben,
d: a húr átmérője m-ben,
F: a húrt feszítő erő N=kg·m/s2-ben,
π: (pi) a Ludolph-féle szám, közelítőleg 3.1415927, és
ρ: (ró) a húr anyagának sűrűsége (térfogategységre vett fajlagos tömege) kg/m3-ben.
A képlet szerint, ha a húr hossza vagy átmérője csökken, akkor a frekvencia, azaz a hagmagasság arányosan nő. Ugyancsak magasabb hangot kapunk, ha a húr feszességét növeljük, de itt a feszítőerőt már négyzetesen – azaz erősebben – kell növelnünk!
(Eszembe jut a múlt évezredből a városi hangszerboltban vásárolt szegedi ládagyári, A tonalitású, azaz E-A citerám. Én, tudatlanul, C tonalitásúra, G-C-re hangoltam fel, a húrokat is vékonyabbra cserélve. Ezt az eljárást ajánlja néhány citeraoktató könyv is. Én nem ajánlom. Abból a citerából hangszer helyett tojásszeletelő lett, annyira felkeményedtek a húrok a túlzott feszítés miatt. Később a nagy feszültség miatt a hangszer érzékelhető módon meghajlott, a sík asztalon bölcsőként billegett és pendítésre kifordult. Megváltam tőle. Nemcsak e miatt, más hibái is voltak.)
Érdekes a ρ szerepe a képletben. A ρ-t, a húr anyagának sűrűségét növelve csökken a frekvencia, de csak gyökösen. Manapság ezért használunk nehézfémmel, pl. rézzel fonott húrokat a bőgőhúrok helyén, egyszerű acélhúrok helyett. A számítást ez nehezebbé teszi, mivel a fonott húr sűrűségét kimérni nehezebb. Alább adni fogok egy módosított (eredetibb?) képletet, amivel ez a nehézség megkerülhető.
Származtatott képletek:
Fejezzük ki az egyes változókat a fenti képletből! Az eredmények:
Azaz, pl. a harmadik képletből: a szükséges feszítőerő (és a húr keménysége vagy lazasága) a frekvenciától, a hossztól és a húr átmérőjétől egyaránt négyzetesen, míg a húr sűrűségétől lineárisan függ. Ezért van az, hogy egy átlagosan jó citera csak fél hanggal hangolható lejjebb (egyébként becsörögnek a húrok) és csak egy hanggal hangolható feljebb (a tojásszeletelő-effektus miatt).
A citerahúr átmérője:
A múlt évezred végén (Kádár alatt) a Kozmosz Ipari Szövetkezet “gyártott” – azaz szabott le és csomagolt – különféle nem fonott, acél citerahúrokat. Az átmérőket nem adta meg, a húrokat vastagság szerint számozta. Máig rejtély számomra, mi alapján történt a számozás. Arra tippelek, hogy csak egyszerű katalógus-sorszám volt. Egyik kedves Facebook-ismerős közzétette a méret-táblázatot:
Mérés, adatok:
Nézzük az én citerámat!
A citera három kisfejes, C tonalitású (G-C) tenor, 4+3 db. 7-es dallamhúrral, 1 db. 7-es zúgóhúrral, 1 db. rézzel és 2 db. nikkellel fonott gitár- és basszusgitár bőgőhúrral. Ezen húrok alatt a menzúrahossz egyaránt 707mm. A kisfejeken 2-2-2 db., 7-es húr található, 559mm, 370mm és 257mm menzúrahosszal. (Takarékoskodtam, a citerakészítő ide vékonyabb, 12-es húrokat ajánlott, amelyek a kisebb menzúrahosszon jobban hangolhatóak lennének, de én a maradék 7-es húrokat sajnáltam kidobni.)
A frekvenciák:
-
7-es dallam- és zúgóhúrok: G3, 196.0Hz,
-
rézzel fonott gitárhúr, bőgőkórus: C3, 130.8Hz,
-
nikkellel fonott basszusgitár húr, bőgőkórus: G2, 98.0Hz,
-
drabális, nikkellel fonott basszusgitár húr, bőgőkórus: C2, 65.4Hz,
-
első kisfej, 7-es húrok: C4, 261.6Hz,
-
2. kisfej, 7-es húrok: G4, 392.0Hz,
-
3. kisfej, 7-es húrok: C5, 523.3Hz.
A 7-es húrok átmérője (a fenti táblázatból, mivel nincs mikrométerem) 0.45mm. Sűrűségük kérdéses, 7.8-7.85kg/dm3 lehet, számoljunk 7.825kg/dm3-el.
A gitárhúrokkal gond van, mert fonott húrok, átlagos sűrűségükre nincs adat. Róluk később, mert hozzájuk módosított képlet dukál.
Számoljunk!
Egy dallamhúr esetén:
, ami megfelel kb. 95.59/9.81=9.74kg súlyának. Nem kis erő (több, mint 6x1.5l ásványvíz súlya), s ebből az én citerámon kisfejek nélkül 8-szor ennyit adnak a 7-es húrok!
E miatt a feszítőerő miatt kemény a hangszer, viszont jó hangszíne és hangereje van. Ha kényelmesebb hangszert szeretnék, kicsit vékonyabb húrt is választhatnék. 8-ast nemigen kapni, 9-est választva:
Ez már sokkal barátságosabb érték, a hangszer sokkal puhább lenne. Csakhogy erre a méretre történő csere más problémákat okoz. A hangszer 7-es húrokra lett méretezve, azaz a dallamhúrok távolsága a kótaléctől, az érintők helyzete a 7-es húrméretre lett beállítva. Ne felejtsük el ugyanis, hogy a húr lenyomásakor annak feszültsége a húrméret függvényében másként nő, így az érintők helyének is picit változnia kéne húrcsere esetén. Az én citerámon az érintők átmérője nagyobb az átlagosnál, a nyergek is magasabban vannak így azután lágyabb húr esetén a lenyomás erejének változásától a lefogott hang magassága változik, a hangszer nyávog. Így azután a húrcseréről lemondtam. Az ajánlott húrméretnek előnye is van: ebben a beállításban a disszonáns hátsó hang szinte eltűnik: nem tudok akkora ujjnyomást kifejteni, hogy a húr a hátsó érintőn is felfeküdjön, így az ujjam a hátsó hangot erősen tompítja.
A Mersenne-Taylor képlet másik formája
A húrok rezgését leíró egydimenziós_hullám-egyenlet-ben nem a húr anyagának sűrűsége, hanem a húr hosszegységre vonatkozó fajlagos tömege szerepel. A Mersenne-Taylor képlet eddig közölt formája egy kis matematikai trükkel egyszerűen átalakítható erre a formára:
, ahol A a húr keresztmetszetének felülete volt. (Ezzel kiderült, hogy akár ovális húr is használható lenne, csak annak pendítésfüggően más lenne a hangszíne.)
Lényeges, hogy az új képletben ρl, az egyszerűbben mérhető hosszegységre vonatkozó fajlagos tömeg (mértékegysége kg/m) szerepel. Ehhez nem kell mikrométer, csak pontos mérleg. Előny, hogy inhomogén (fonott, bevonatos) húrok adata is egyszerűen meghatározható, csak a húr hosszát és tömegét kell lemérni.
Nézzük a képletet még egyszer, származtatott képleteivel együtt:
Változók és mértékegységek ugyanazok, ρl-t pedig már kitárgyaltuk.
Fonott húr adatok
Megmértem a tartalék húrok hosszát és tömegét. (Sikerült analitikai mérleghez jutnom.) Az eredmények:
-
7-es citerahúr, a) példány: hossza 2.334m, tömege 3.6383g, sűrűsége így: 3.6383/2.334=1.5588x10-3kg/m.
-
7-es citerahúr, b) példány: hossza 2.342m, tömege 2.5515g, sűrűsége így: 2.5515/2.342=1,08945x10-3kg/m.
-
D Melodia akusztikus gitárhúr: hossza 1.00m, tömege 2.8071g, sűrűsége így: 2.8071/1=2.8071g/m=2.8071x10-3kg/m.
-
D, nikkellel fonott basszusgitár húr: hossza 1.24m, tömege 12.5120g, sűrűsége így: 12.5120/1.24=10.09g/m
=10.09x10-3kg/m. -
Drabális, A3, nikkellel fonott basszusgitár húr: hossza 1.05m, tömege 23.2526g, sűrűsége így: 23.2526/1.05=22.145g/m=22.145x10-3kg/m.
Igen, a 7-es citerahúrokkal probléma van. A b) példány vékonyabb, inkább 9-es lehet, nem 7-es.
...