Berechnungsmodelle der akustischen
Rauhigkeit
Hannes Löschke; Fortschritte der Akustik – DAGA 2008
Psychoakustische Rauhigkeit ist eine gut wahrnehmbare und verhältnismäßig leicht zu erklärende Empfindungsgröße. Es sind verschiedene Modelle zur Vorhersage dieser Empfindung bekannt und bereits in kommerziell erhältlichenMessgeräten implementiert, dennoch findet sie nur wenig Akzeptanz in der breiten Öffentlichkeit. Der Beitrag diskutiert und vergleicht verschiedene Berechungsverfahren und zeigt dabei auftretende Probleme auf, die eine sichere Verwendung als Maß für die Schallbeurteilung erschweren. Besonderes Augenmerk wird auf die Verfahren gelegt, die eine Analyse der enthaltenen Hüllkurvenschwankung voraussetzen. Probleme entstehen hier bei der Ermittlung des Modulationsgrades, der in direktem Zusammenhang mit der empfundenen Rauhigkeit steht. Ein anderer Ansatz setzt die Erkennung enthaltener tonaler Komponenten voraus und untersucht deren Frequenzverhältnisse. Daraus lässt sich ein Maß für die Dissonanz und damit die akustische Rauhigkeit ermitteln. Hierbei ist vor allem die Bestimmung der tonalen Komponenten problematisch. Ein bisher ungelöstes Problem ist die Berechnung der Rauhigkeit für zeitlich veränderliche Schalle und damit auch auf musikalische Klänge, hierzu werden Lösungsansätze vorgestellt.
Zur Geschichte der elektrischen
Tonabnahmesysteme für Musikinstrumente
Holger Schiema; Fortschritte der Akustik – DAGA 2008
Die Geschichte der elektrischen Tonabnehmer reicht bis in die 20er Jahre des letzten Jahrhunderts zurück. Der erste elektrische Tonabnehmer wurde durch Lloyd Loar 1923 bei "Gibson" in eine Solidbody-Geige eingebaut. Die ersten Hersteller begannen nun Tonabnehmer in Gitarren zu integrieren. 1931 wurde der Prototyp der "Rickenbacker Frying Pan" Gitarre vorgestellt, in der erstmals ein magnetischer Tonabnehmer integriert war, der sogenannte "Horseshoe Pickup". Die Geburtsstunde der elektrischen Gitarre war geebnet. In den folgenden Jahren wurden zahlreiche Gitarrenmodelle mit Tonabnehmern vorgestellt. 1934 wurde durch Laurens Hammond das Patent für die Hammond-Orgel unter der Bezeichnung: "Electric Musical Instrument" eingereicht. Beim Hammond-Orgel-Prinzip wird die Tonerzeugung über rotierende Zahnräder in Verbindung mit magnetischen Tonabnehmern realisiert. Wo in der Vergangenheit durch den Einsatz von Tonabnehmern der Sound stark geprägt wurde, ist man heute auf der Suche nach Tonabnahme und Verstärkersystemen, welche den Klang des Instrumentes möglichst naturgetreu abbilden. So werden in modernen Streich- und Zupfinstrumenten meist Kombinationen aus Kontakt- bzw. Stegeinbautonabnehmern und Miniaturmikrofonen integriert.
Analyse von Musikinstrumentenschallen mittels
psychoakustischem Merkmalssatz
Gunter Ziegenhals; Fortschritte der Akustik – DAGA 2008
In der täglichen Praxis des Instrumentenbaus
sind Instrumententests sei es im Rahmen der Produktionskontrolle
oder zum Vergleich verschiedener Produkte an der Tagesordnung.
Diese Tests finden jedoch in der Regel nicht unter
Laborbedingungen sondern in Form von (vergleichenden) Anspielen
durch Musiker statt. Die Beurteilung der Produkte nimmt dabei
teilweise der anspielende Musiker selbst oder eine mehr oder
weniger große Anzahl von Zuhörern vor. Nicht wenige Firmen,
insbesondere im Bereich des Holzblasinstrumentenbaus, haben
Berufsmusiker unter Vertrag, die zum Teil die gesamte Produktion
zu Testzwecken anspielen. Der Analyse der bei realem Anspiel von
Musikinstrumenten ausgesandten Schalle muss deshalb wieder
verstärkte Aufmerksamkeit gewidmet werden.
Ziel einer praktisch verwertbaren Klanganalyse muss immer die
Beschreibung anhand eines verständlichen (möglichst
orthogonalen) Merkmalssatzes sein. Die beschriebenen
Untersuchungen verwenden einen erweiterten und modifizierten Satz
der bekannten psychoakustischen Größen. Die eigentlichen
Merkmale sind die Mittelwerte der Größen über ca. 30 s
Anspiele der Instrumente. Variiert wurden für die Untersuchungen
Instrument, Musiker, Stück und Raum. Untersuchungen mit
Gitarren, Geigen, Trompeten und Klarinetten zeigten, dass den
Instrumenten selbst der geringste Einfluss (innerhalb der
Exemplare eines Typs!) auf das klangliche Ergebnis zuzuschreiben
ist.
Zur Akustik der Pipa, ein
Zupfinstrument der klassischen chinesischen Musik
Holger Schiema; Fortschritte der Akustik – DAGA 2010
Die Pipa ist ein in China seit mehr als 2000
Jahren gebräuchliches Zupfinstrument und ähnelt im Aufbau der
westlichen Laute. Charakteristisch für dieses Instrument ist der
birnenförmig ovale Korpus, welcher meist aus Edelhölzern wie
zum Beispiel Mahagoni oder Sandel gefertigt wird. Die Pipa
verfügt heute über 4 Stahlsaiten, welche in A (110Hz), e, d, a
(220Hz) gestimmt sind und über 24 bis 30 Bünde laufen. Die Pipa
wird in zwei unterschiedlichen Techniken mittels eigener oder
künstlicher Fingernägel und nur selten mit Plektrum gespielt.
Der Vortrag beschäftigt sich mit den Mechanismen bei der
Klangentstehung der Pipa. Hierzu wurden im Institut für
Musikinstrumentenbau umfangreiche Untersuchungen zur Modalanalyse
und der Frequenzanalyse des abgestrahlten Schalles durchgeführt.
Charakteristisch für das Instrument ist eine hohe Abstimmung der
Resonanzen. Eine nennenswerte Übertragung setzt erst ab dem Ton
a1 ein und eine erste typische Resonanz findet sich
bei ca. 500 Hz. Daraus resultiert der für asiatische Instrumente
typische, auch in der tiefen Lage helle, sogar etwas nasale
Klang. Mittlerweile hat die Pipa auch Einzug in die Rockmusik
gehalten. Dies verdeutlicht der Einsatz des Instrumentes von der
kalifornischen Band "Incubus".
Vuvuzela - das Fan-Instrument für die
Fußball-WM 2010
G. Ziegenhals; Fortschritte der
Akustik – DAGA 2010
Beim FIFA Confederations Cup 2009 in Südafrika, der Generalprobe für die Fußball-WM 2010, beklagten sich Aktive und Offizielle über den schier unerträglichen Dauerlärm in den Stadien. Die Ursache waren tausende Vuvuzela, ein Blasinstrument und ein Symbol des südafrikanischen Fußballs, im Dauerbetrieb durch die Zuschauer. Das Instrument besteht aus Plastik oder Blech, hat ungefähr die Länge von 60 cm und ist ein Kesselmundstückinstrument. Aufgrund ihrer Eigenheiten, auf die im Vortrag ausführlich eingegangen wird, spricht die Vuvuzela sehr leicht an, kann also vom im Blasen ungeübten Fußballfreund ohne weiteres bedient werden. Da sie zudem sehr einfach herzustellen ist, bietet sie sich als idealer Fan-Artikel an. Aufgrund der von ihr ausgehenden Lärmbelastung (Man erreicht mühelos die Schallleistung einer im fortissimo geblasenen Trompete.) erwog die FIFA, die Vuvuzela und aus ihr abgeleitete Instrumente in Stadien zu verbieten. Obwohl nur rund halb so lang wie eine Trompete erklingt beim normalen Anblasen deren Grundton b (220 Hz). Ursache ist, dass man auf dem bei Trompeten nicht genutzten Pedalton, der ersten Rohrresonanz, spielt. Dafür lässt sich die Vuvuzela nur sehr schwer überblasen. Im Vortrag werden das Resonanzverhalten des Instrumentes, repräsentiert durch den Verlauf der Eingangsimpedanz, für verschiedene Mensurvarianten und daraus resultierende Spieleigenschaften diskutiert.
To the influence of the wall oscillations at
brass instruments
G. Ziegenhals; Vienna Talk 2010,
International Symposium on Music Acoustics
The wall (the corpus) of the metal wind instruments becomes lively when playing over inside swinging air column own oscillations. Investigations led to the result that for maintaining the operating oscillations of the corpus between 1% and in extreme cases 20% of the power, determined on normal play conditions, one needs, which is in the radiated sound. This power goes either to the clay/tone lost or must be applied by the player additionally. The differences of the wall oscillations are clearly noticed by the player over the sense of touch. The changes in level lie in the range < 0,5dB and are therefore only conditionally audible. One can decrease the energy dissipation of the wall oscillation by minimization of the oscillation ways. Apparently more rigidly built instruments, which are preferred however only by a part of the musicians, realize this. It is that the musician changes his beginning and thus the tone quality of the instrument as reaction to different power consumption of the wall, thus an indirect wall influence on the sound is probably present. Effects of the wall oscillation are discussed on the basis extreme examples. These examples go beyond the normal game situation and/or usually used materials. The effects of the wall should step out here extremely clearly. Since this is not the case, the influence of the wall oscillations must be classified as very small.
Hier finden Sie eine pdf-Datei mit einer deutschen Fassung des Vortrages
Neue Tonabnahmesysteme für Streich- und Zupfinstrumente
F. Josten (AER GmbH); H. Schiema;
Fortschritte der Akustik – DAGA 2011
Heutige Anforderungen an klassische
Musikinstrumente bedingen häufig deren elektroakustische
Verstärkung. Durch funktionale Zweckbauten, ungewöhnliche
Ensemblezusammensetzungen, moderne Kompositionen, etc. stößt
man schnell an das Limit der natürlichen
Instrumentenlautstärke. Viele elektroakustische Anlagen sind in
der Lage die benötigte Verstärkung zu liefern, jedoch stößt
man bei der Abnahme von klassischen Instrumenten sehr leicht an
deren Grenzen. Das gesamte Klangspektrum und die volle Dynamik
der Instrumente werden dementsprechend nur bedingt an das
Auditorium wiedergegeben.
Genau mit dieser Problematik hat sich das hier von uns
vorgestellte Projekt beschäftigt. Im Ergebnis ist ein System zur
Abnahme von klassischen Streich- und Zupfinstrumenten entstanden,
das sich durch hohe Authentizität der wiedergegebenen
Klangcharaktere auszeichnet. Hierzu wurden für die verschiedenen
Instrumentengruppen optimale Sensorpositionen, die Eigenschaften
der verwendeten Sensoren und deren Betriebszustände ermittelt.
Die ermittelten Betriebsparameter und Sensorsignale stellen
aufgrund des erstaunlichen Dynamikbereichs besondere
Anforderungen, sowohl an die analoge, als auch die digitale
Signalverarbeitung. Der in der analogen Domäne benötigte
minimale Rauschpegel wird durch rauscharme aktive Bauteile,
optimierte Layouts, hochwertige Spannungsversorgungen und
ausgefeilte Schaltungskonzepte erreicht. Der Übergang in die
digitale Domäne ist durch eine entsprechende Wandlertopologie
ohne Einengung der Originaldynamik möglich. Die
Parameteroptimierung des in einem DSP umgesetzten
Entzerrer-Netzwerkes erfolgte durch einen genetischen
Algorithmus.
Akustische Charakterisierung der chinesischen Guzheng
H. Schiema; Fortschritte der Akustik –
DAGA 2011
Die Guzheng ist eine chinesische Wölbbrettzither und wird umgangssprachlich auch Tischharfe genannt. Sie hat in China eine weit über 2000jährige Tradition. Die normale heutige Zheng ist aus einem bauchigen Resonanzbrett gefertigt und wird mit 21 Saiten bespannt. Heute wird sie meist pentatonisch gestimmt, es sind jedoch auch andere Stimmungen bekannt. Der Vortrag beschäftigt sich mit den Mechanismen der Klangentstehung der Guzheng. Hierzu werden die Ergebnisse der Frequenzanalyse des abgestrahlten Schalles und der modalanalytischen Untersuchungen vorgestellt. Die Guzheng überstreicht 4 komplette Oktaven vom Ton D1 (36Hz) bis zum Ton d2 (587 Hz). Eine nennenswerte Übertragung setzt erst oberhalb von 100 Hz ein. Typische Resonanzen liegen im Bereich zwischen 250 Hz und 3 kHz. Charakteristisch für das Instrument ist eine starke Betonung der Frequenzen im mittleren Frequenzbereich. Von einer generellen Unterstützung der jeweiligen Grundtöne der Saiten kann man jedoch keinesfalls sprechen. Es liegt aber zweifellos eine spezielle Klangfärbung der mittleren Saiten vor. Die Guzheng erfreut sich auch heute einer großen Beliebtheit. Sie wird nicht nur in der klassischen chinesischen Musik verwendet, sondern auch in modernen Adaptionen des Jazz sowie in der Rock- und Popmusik.
Zum Saitenhalter der Streichinstrumente
G. Ziegenhals; Fortschritte der Akustik
– DAGA 2011
Bis in die jüngere Vergangenheit schrieb man
dem Komplex Saitenhalter-Hängesaite-Endknopf-(Stachel) keine
wesentliche Bedeutung zu. Dies änderte sich aufgrund folgender,
nicht exakt belegter Begebenheit: In Museen werden Geigen häufig
auf Dornen senkrecht gelagert ausgestellt. Die Dorne werden von
speziellen, mit einem Loch versehenen Endknöpfen aufgenommen,
die anstelle der Originalknöpfe eingesetzt werden. Als man nun
eine wertvolle Geige vom Dorn nahm um sie zu demonstrieren, war
das klangliche Ergebnis gegen jede Erwartung sehr schlecht. Eine
Begutachtung des Instrumentes zeigte keine Schäden oder sonstige
Ursachen. Lediglich der gelochte Endknopf stellte eine
Veränderung zum Originalzustand dar. Der Einbau des originalen
Endknopfes, stellte den ursprünglichen Klang wieder her.
Der Vortrag widmet sich speziell dem Saitenhalter. Neben den
traditionellen Holzmaterialien finden heute auch Saitenhalter aus
Leichtmetall Verwendung. Modalanalysen am Komplettinstrument
zeigen zwei Gruppen von Saitenhaltermoden: 1. Starrkörpermoden
– Dabei bilden der Saitenhalter und die Saiten
(einschließlich Henkelsaite) ein Feder-Masse-System, indem der
Saitenhalter als reine Masse wirkt und bei der Schwingung
praktisch nicht deformiert wird. 2. Moden, bei denen es zur
wirklichen Deformation des Saitenhalters kommt. Wir stellten
Biegemoden in Quer- und Längsrichtung sowie Torsionsmoden in
Längsrichtung fest. Wie wir praktisch immer bei Modalanalysen
beobachten, treten reine Moden nicht wirklich auf. Vielmehr sind
stets verschiedene Bewegungsformen beteiligt.
Für Violinen konnte ein Einfluss des Saitenhalters auf den
abgestrahlten Schall bei Einsatz extremer Materialien
nachgewiesen werden. Eine gut/schlecht – Bewertung lässt
sich jedoch nicht ableiten.
Bei Celli gelang ein entsprechender Nachweis nicht. Obwohl die
Saitenhalter deutlich von Material und Masse abhängige
unterschiedliche Schwingungen ausführen, schlägt sich dies
nicht im abgestrahlten Schall nieder.
Literaturliste
Hutchins, C. M.: The effect of relating the
tailpiece frequency to that of other violin modes
CASJ Vol. 2 No. 3 (Series II), May 1993 S.5
Lolli, N.: Der Einfluss von Feinstimmern auf
die akustischen Eigenschaften einer Violine
Schriftliche Hausarbeit zur Erlangung des "Magister
Artium", Institut für Wiener Klangstil 2004
Schnur, K.: Der Saitenhalter
Das Musikinstrument 40(1991)2/3 S.134
Schmitt, N. A.: Klänge zwischen Steg und
Saitenhalter
Das Musikinstrument 40(1991)7 S.41
Stough, B.: The Lower Violin Tailpiece
Resonances
CASJ Vol. 3 No. 1 (Series II), May 1996 S.17
Ziegenhals, G.: Subjektive und objektive
Beurteilung von Musikinstrumenten. Eine Untersuchung anhand von
Fallstudien
Dissertation TU Dresden 2010
Studientexte zur Sprachkommunikation Band 51 TUDpress 2010
Holzalterung und akustisch relevante Eigenschaften
H. Schiema; G. Ziegenhals; Fortschritte der
Akustik – DAGA 2012
Das in der Regel von vorangehenden Generationen angelegte Holzlager stellt den Schatz jedes Streich- und Zupfinstrumentenmachers dar, auf den er gern beim Instrumentenverkauf und in der Werbung verweist. Angaben von Lagerzeiten im Bereich einiger Jahrzehnte sind dabei eher die Regel als die Ausnahme. Nun ist unstrittig, dass die Trocknung nach drei Jahren Freiluftlagerung (bei korrekter Verfahrensweise!) abgeschlossen ist. Hinzu kommt ein halbes Jahr Innenlagerung, um auf die Werkstattfeuchte (Verarbeitungsfeuchte) herunter zu trocknen. Es stellt sich die Frage, was ab dem fünften Jahr Lagerung noch passiert. Verändern sich die akustischen Eigenschaften tatsächlich zum Positiven und wenn ja, welche Mechanismen sind dafür verantwortlich? Der Vortrag beschäftigt sich mit dem Studium der akustisch relevanten Eigenschaften in Abhängigkeit vom Alter des Holzes. Unter Alter soll der Zeitraum vom Einschlag bis zum Zeitpunkt der Untersuchungen verstanden werden. Es geht u. A. um die Abhängigkeit der elastomechanischen Größen vom Alter und dessen Einfluss auf die Reaktion des Holzes auf klimatische Veränderungen, wie sie z.B. bei Konzertreisen oder auch dem Versand in klimatische anders geartete Regionen entstehen. Eine Diskussion der für die beobachteten Vorgänge verantwortlichen Mechanismen im Holz bleibt einer späteren Veröffentlichung vorbehalten.
Zum akustischen Einfluss von Endknopf und Stachel bei
Streichinstrumenten
G. Ziegenhals; Fortschritte der Akustik –
DAGA 2012
Auf der DAGA 2011 wurde ein Vortrag zur Einfluss des Nicht-Korpuselementes Saitenhalter auf die relevanten akustischen Eigenschaften der Streichinstrumente dargeboten. Mit dem vorliegenden Papier soll die Beschreibung der entsprechenden Untersuchungen fortgesetzt werden. Der Endknopf der Streichinstrumente, bei Celli und Bässen auch als "Birne" bezeichnet, ist als konische Passung in den Unterklotz eingelassen und dient zunächst als Einhängepunkt für die Henkelsaite (auch Hänge- oder Einhängesaite). Er stellt somit das Widerlager für den Saitenzug am unteren Ende des Instrumentes dar, muss diesen also aufnehmen. Bei Celli und Bässen ist er gleichzeitig Aufnahme, Führung und Verstelleinheit des Stachels auf dem das Instrument beim Gebrauch steht. Ähnlich wie für den Saitenhalter werden auch bei Endknopf und Stachel in jüngerer Zeit neuartige Material- und Konstruktionsvarianten eingesetzt. Die Meinungen zu den Ergebnissen gehen deutlich auseinander. Hieraus resultiert das Interesse an diesen Objekten.
Im Ergebnis der Arbeiten kommen wir zu dem Ergebnis, dass der Einfluss der Elemente Endknopf und Stachel, sehr gering ist und nur dann experimentell sicher nachgewiesen werden kann, wenn man hinsichtlich Material und Masse extreme, bislang üblicherweise nicht verwendete Elemente einsetzt.