Przepływ powietrza - ciśnienie powietrza

Arnold Jacobs - Brian Frederiksen: Song & Wind tłum. Łukasz Michalski

Podmuch można stwierdzić doświadczalnie tylko wtedy, kiedy wchodzi do ciała, lub je opuszcza przez usta. Wewnątrz ciała tylko jako ciśnienie powietrza. Do wyrzucenia powietrza jest potrzebne odpowiednie ciśnienie. Jacobs nazywa to „zjawiskiem podmuchu”.

Stosunek pomiędzy wielkością przepływu, a ciśnieniem powietrza nie jest jasny dla grających na instrumentach dętych. Powietrze, rozumiane jako ciśnienie wykorzystuje te same mięśnie, co powietrze rozumiane jako podmuch. Jednakże te mięśnie są w różny sposób wykorzystywane. „Podczas podmuchu występuje zawsze ciśnienie powietrza. W czasie ściskania powietrza nie zawsze mamy do czynienia z podmuchem.”  Jacobs często mówi uczniom, by grali ze Śpiewem i Podmuchem, nie śpiewem i ciśnieniem powietrza.

W roku 1995, podczas International Brassfest w Bloomington (Indiana), Jacobs komentował: „Naucz się rozróżniać między ciśnieniem powietrza a podmuchem. Z podmuchem zawsze występuje ciśnienie powietrza. Zastanów się - nie będzie podmuchu,  jeśli nie wystąpi ciśnienie powietrza. Jeśli przykładając rękę do jednego z końców rurki możesz wyczuć niewielki wypływ powietrza, to po jej zatkaniu da się zmierzyć ciśnienie. Przy wejściu do rury będzie wyższe, niż przy ujściu. Używając anemometru, możesz zmierzyć różnicę tych ciśnień i dojdziesz do wniosku, że zawsze, gdzie występuje podmuch, tam występuje też różnica ciśnień. Kiedy dysponujesz dęcie, dęcie delikatne (łagodny podmuch), lub dęcie potężne (silny podmuch) to owe różnice ciśnień będą w tych dwóch przypadkach różnić się od siebie tak, jak różny będzie przepływ.

„Psychologia podmuchu bardzo różni się od psychologii ciśnienia. Jeśli psychologicznie wychodzisz od ciśnienia, możesz je wywierać mając praktycznie puste płuca”.

By zobrazować ciśnienie powietrza, Jacobs każe uczniowi umieścić palec na ustach, a potem dmuchnąć. Przy zwalnianiu palca słychać pyknięcie. To powietrze pod ciśnieniem. Najpierw przepływa spora ilość powietrza, ale to nie utrzymuje się dłużej niż przez kilka chwil, jeśli dmucha się stale.

     

Jeśli chodzi o przepływ powietrza, Jacobs rozróżnia rzadkie powietrze i gęste powietrze. Przedstawiając rzadkie powietrze, każe uczniowi trzymać rękę przed ustami i powiedzieć „sssssssss”. Powietrze jest pod wysokim ciśnieniem, ale przepływa go mała ilość. Następnie, by pokazać gęste powietrze, każe dmuchnąć „Huuuuuu”. Czuje się znaczną ilość powietrza pod niskim ciśnieniem.

Jacobs rysuje dwie kolumny, by zademonstrować ciśnienie w jamie ustnej i objętość (wielkość) przepływu w instrumencie. Jest on prawie cztery razy większy, niż ciśnienie.

Każdy instrument dęty ma sobie właściwy przepływ- ilość powierza niezbędną do grania dźwięku na instrumencie przez minutę.

Różnice zależne są od egzemplarza, wysokości dźwięku i dynamiki. Gdy zróżnicowaniu ulega przepływ, to samo dotyczy ciśnienia.

W rodzinie blachy trąbka wykorzystuje najmniejszy przepływ powietrza, ale pod największym ciśnieniem, od pół do jednego funta (0.035 - 0,07 atm.). W nadzwyczajnych okolicznościach to ciśnienie może podskoczyć do 3 funtów* (0,21 atm.). Tuba wykorzystuje największy przepływ, ale pod najniższym ciśnieniem- od jednej do dziesięciu uncji*  (0.0044 do 0,044 atm.)

W roku 1951, dr Bruce Douglass, tubista i lekarz z Klinki Mayo, przyjeżdżał do Chicago na lekcje z Jacobsem. Douglass skontaktował go z dr Benjaminem Burrowsem, który później został lekarzem uniwersyteckiego szpitala w Chicago. Tam właśnie Jacobs prowadził badania, mając w pełni wyposażone laboratorium.

W roku 1959 i 1960 czterech członków Chicago Symphony jeździło ze swymi instrumentami na uniwersytet, by poddać się testom. Byli to: Adolph Herseth, trębacz; Philip Farkas, waltornista; Robert Lambert, puzonista; czwartym był sam Jacobs, tubista.

Jacobs opowiadał Billowi Russo z chicagowskiego radia WFMT- FM o tych testach.

Russo, (BR) - Jaka jest różnica między poszczególnymi instrumentami blaszanymi?

Jacobs, (AJ) -  „Trąbka potrzebuje najmniej powietrza, ale pod największym ze wszystkich tych instrumentów ciśnieniem. Tuba - dokładnie na odwrót. Zużywa najwięcej powietrza, jeśli chodzi o ilość i przepływ, ale pod niskim ciśnieniem. Okazuje się, że tu tempo przepływu podczas grania w bardzo wysokim rejestrze jest bardzo wolne - można powiedzieć że przepływ z prędkością 10 litrów na minutę pod ciśnieniem czasami sięgającym od półtora do dwóch funtów* (0,11- 0,14 atm.) Podczas grania w swoim niskim zakresie tuba może wymagać przepływu około 25 do 30 litrów na minutę pod ciśnieniem około 8- 10 uncji (0.035-  0,044 atm.).

„Moje ciśnienie wewnątrz ust (ciśnienie zmierzone w jamie ustnej podczas grania na tubie - włożyliśmy małą rurkę w usta podczas grania, by można odczytać ciśnienie) było niewielkie, średnio ok. dwie uncje (0.009 atm.), w tym samym czasie mój przepływ wynosił od 7 litrów na minutę, gdy grałem tak cicho jak potrafię, do więcej niż 120 litrów na minutę, gdy grałem pełną głośnością.”

„Dr Benjamin Burrows, który pomagał mi w tych doświadczeniach, był raczej zaintrygowany faktem, że można by narysować jedną krzywą dla całej rodziny blachy obrazującą między zużyciem powietrza i ciśnieniem podczas poszczególnych przepływów.”

„Jeśli graliśmy dźwięki enharmonicznie te same, nawet jeśli były grane na różnych instrumentach, to nasz wysiłek i przepływ powietrza był praktycznie identyczny. Na przykład, grając wysokie C w dynamice w której pracowaliśmy, stosowałem ciśnienie wewnątrz ust około sześciu uncji (0,026 atm.) i przepływ około 10 litrów na minutę. Okazało się że, według wykresu wykonanego dla p. Hersetha, grającego (na trąbce) ten sam dźwięk, zużywał  on praktycznie tyle samo powietrza, pod identycznym ciśnieniem.

„Na innym dźwięku, granym z p. Farkasem znowu stwierdziliśmy, że jego i moje ciśnienie było prawie takie same. Przepływ też prawie taki sam- mimo że graliśmy na różnych instrumentach. Nasze zadęcia, ze względu na różny rozmiar i kształt były różne co do warunków ciśnienia i prędkości przepływu.

BR - „Prędkość przepływu rosła dla niższych dźwięków na danym instrumencie?”
AJ - „Wśród blachy, tak. Na zadanym poziomie dynamicznym, prędkość przepływu jest prawie niezmiennie większa w niższym zakresie, w porównaniu do rejestru wysokiego.”
BR - „I ciśnienie zmniejsza się dla niższych dźwięków?”

AJ - „Właśnie tak jest” 

BR - „Ale, jeśli mówisz, że różne instrumenty mają tą samą prędkość przepływu i te samo ciśnienie dla tego samego dźwięku...”

AJ - „Enharmonicznie, tak”

BR -„Powiedzmy, dla średniego C, czy to znaczy, że kiedy tuba wspina się w górę skali to przepływ w niej maleje do dziesięciu, a kiedy trąbka schodzi w dół to przepływ w niej wzrasta do dziesięciu?”

AJ - „Właśnie. Kiedy trąbka schodzi w dół skali, ciśnienie maleje i wzrasta przepływ - tak jak kiedy wchodzę w mój wysoki rejestr na tubie ciśnienie wzrasta i maleje przepływ.”

BR - „Wspaniałe. Jakie są tego implikacje? Muszą ich być miliony.”

AJ - No, jest wiele tych implikacji, jak powiedziałeś, jedna psychologiczna dla tych z nas, którzy grają na tubie. Musimy zdawać sobie sprawę, że nie powinniśmy się zbytnio wysilać, kiedy gramy w wysokim rejestrze. Mam wielu uczniów, którzy tak bardzo mocno ściskają (płasko - izometrycznie) mięśnie brzucha, jakby grali na trąbce i to w wysokim rejestrze, a to tak naprawdę nie jest potrzebne.”

„Grający na tubie zużywają swój oddech trzy razy szybciej niż waltorniści, czy trębacze i w rezultacie trzeba im pozwolić oddychać częściej. [Ten komentarz dotyczy grania w tej samej dynamice, co wyżej strojone instrumenty]”.

Tubowe zadęcie wymaga powietrza o niskim ciśnieniu, ale w dużych ilościach. Podczas cichego grania tempo przepływu będzie małe, około 7 litrów na minutę. Przy wykonaniach dzieł wymagających niskiego i głośnego grania, takich jak na przykład opery z wagnerowskiego cyklu Pierścień Nibelungów, przepływ wzrasta do 140 litrów na minutę. Z drugiej strony tej skali znajduje się obój, któremu wystarcza do głośnego grania tylko 7 litrów na minutę. Ponieważ tuba wymaga zapewnienia szybkiego przepływu dużych ilości powietrza, tubiści zwykle cierpią z powodu hiperwentylacji.

Wejście o oktawę wyżej niemal podwaja ciśnienie wewnątrz klatki piersiowej. „Jeśli grając na trąbce wywierasz ciśnienie 10 uncji (0,044 atm.), to grając o oktawę wyżej będziesz musiał dać ciśnienie około 20 uncji (0,088 atm.). To znowu wiąże się w prosty sposób z ilością powietrza, którą wydmuchujesz, z jego objętością - z gęstym powietrzem. Wielkość objętości powietrza będzie zależna od oporów twego zadęcia w poszczególnych rejestrach. Nie możesz stosować jednakowej reguły dla całego spektrum dźwięków twego instrumentu. Inaczej będzie w dole skali, inaczej w górnym rejestrze.” Trąbka, w porównaniu z puzonem czy tubą, jest instrumentem wymagającym małego przepływu powietrza, zużywa go mniej, ale pod wysokim ciśnieniem.

Obój potrzebuje najmniej powietrza ze wszystkich dętych instrumentów. Podczas gry pianissimo przepływ w nim wynosi od 2 do 1,5 lira na minutę, może dojść do około 5 litrów na minutę.

Jacobs tak o tym mówi: „Ciśnienie w grze na oboju jest zbliżone do ciśnienia statycznego. Ray Still (niegdyś pierwszy oboista CSO) ma pojemność płuc nieco przekraczającą 5 litrów. Grając głośno, wytwarza przepływ około 5 litrów na minutę. Więc, jeśli weźmie pełen oddech, to przy takim właśnie przepływie, może oczywiście grać dźwięk przez całą minutę. Ale, jeśli gra cicho, jego przepływ wynosi około trzech litrów na minutę. Może więc trzymać taki dźwięk znacznie dłużej, niż przez minutę.

Mięśnie ciała są zdolne do nadzwyczajnego wysiłku przy wytwarzaniu ciśnienia. Na przykład, przyrównując ciśnienie do prędkości, podczas kaszlu powietrze jest wyrzucane z prędkością 160 km na godzinę.

---

* na cal kwadratowy