Akustik der Blechblasinstrumente

Stefanie Franer, Dorothea Egger, Mario Egger, Thomas Oberleitner, Jakob Steiner

Inhalt

Trompete

Tuba

Posaune

Horn

Physikalische Grundlagen

Forschung

Trompete

zylindrisch-konisches Blasinstrument

Zählt zu den Aerophonen

enge Mensur

Heute am meisten verbreitete Arten

- - Deutsche Konzerttrompete

- - Trompete mit Périnet- Ventilen

klangliche Unterschiede?

Tonerzeugung I Lippen = Generator; Instrument

= Resonator

Ton = Wechselwirkung zwischen

schwingenden Lippen und

stehenden Wellen in Luftsäule im

Instrument

Stehende Wellen =

Zusammentreffen neu angeregter

Schallwellen mit am Schallbecher

reflektierter Wellen Spitzen = Frequenzen der

spielbaren Naturtöne

Es bildet sich im Instrument

eine stehende Welle.

Tonerzeugung II

Für Tonerzeugung Erregerfrequenz der Lippen muss mit der Eigenfrequenz des Luftraumresonators synchronisiert werden

klarer Ton: präzises Wechselspiel zwischen hin- und rücklaufender Welle

Ton v. 440Hz = Lippen schwingen 440x /Sekunde

Tonumfang: Fis – c3, danach vom

Spieler abhängig

Tonhöhe

Erhöhung der Lippenspannung

Überblasen jeweils zu dem Ton, dessen

Frequenz das nächste Vielfache der

Grundtonfrequenz bildet

Naturtonreihe

Tiefster spielbarer Ton: von

Gesamtrohrlänge abhängig

Höchster spielbarer Ton: vom Können

des Musikers abhängig

Chromatik: mit Erfindung der Ventile

Überblasen

Grober Aufbau I

Grober Aufbau II

Unterschiedliche Mensurteile

„Mensur“: Steigung der Weite

im Verhältnis zur Länge

Mundstück: Kessel, mit kurzer

sich konisch erweiternder Bohrung

Mundrohr: konisch erweitert

Hauptrohr: zylindrisch

(gleichbleibend) mit Maschinenteil

und Stimmzug

Schallbecher: Hyperbolisch

Gesamtlänge: etwa 137cm

Aufbau - Mundstück

Mundstück II

Rand: soll Lippenschwingung unterstützen – extreme

Formen sind zu vermeiden

Kessel: beeinflusst Klangfarbe + Leichtigkeit des Spiels

Schaft/Stengel: funktioniert wie eine Düse; entscheidet über

Stärke und Rasanz der Luftkompression

- Große Stengel: satter Ton, aber in Höhe träge + schwierig zu

blasen

- Enge Stengel: klingen schnell sehr hell und scharf

Aufbau - Ventile

Unterschied zw. Konzerttrompete und Jazztrompete

vor allem Ventile (seit 1813)

Tonhöhe durch Ventile

Rohrlänge wird technisch verändert (siehe

Abbildung)

1. Ventil: 2 Halbtöne tiefer

2. Ventil: 1 Halbton tiefer

3. Ventil: 3 Halbtöne tiefer

Griffkombinationen möglich

ermöglich chromatische Tonleiter

Klangunterschiede - Ventile

Sehr umstritten - in Ö im Orchester nur

Konzerttrompete

Studie der Klangcharakteristik anhand der

Gegenüberstellung

Klangunterschiede – Ventile II

Resultat: unabhängig von der Bauart zeigt jedes

Ventil die gleiche akustische Charakteristik ABER

Schlussfolgerung: akustische Charakteristik eines

Instrumentes = nicht abhängig von Bauart, sondern

von Positionierung des Ventils an der Achse der

Röhre abhängig!

Schallbecher I

bildet den Übergang vom Inneren des Instruments zur Umgebungsluft

Hyperbolische Form

Weite: zwischen 123 – 133mm

Dr. Richard Smith (Arbeiten über Akustik der Trompete): Chemische Zusammensetzung weit weniger wichtig als Dicke des Schallstücks!

Experiment: Fiberglasschallstücke gleicher Mensur/Dicke waren von Blechschallstücken vom Klang nicht zu unterscheiden

Schallbecher II

Stärkere

Schwingung für

dünne

Schallbecher

Folge:

Vibration

scheinen die

höheren Frequen-

zen zu betonen

und die

Ansprache im

hohen Register zu

verstärken.

Schallbecher III

Akustikexperiment von Dr. Smith:

Profimusikern wurden Augen verbunden

mussten Fiberglas- von Metallinstrumenten unterscheiden

Fiberglasinstrumente wurden an Balance und Gewicht von Metallinstrumenten angepasst konnten NICHT unterschieden werden

nicht einmal ein Kupferinstrument, wobei Kupfer als edelstes Material angesehen wird

nachdem Augenbinde abgenommen wurde, entwickelte Kupferschallbecher wunderschöne Klangeigenschaften

manche Musiker schwören auf ihre pers. Lieblingslegierung

Dämpfer I

entgegen der landläufigen Meinung nicht zur

Verminderung der Lautstärke, sondern

akustische Auswirkung auf Klangcharakter

3 Aspekte: Lautstärke, Tonhöhe, Klangfarbe

Tuba

Drehventil

Geringer Betätigungsweg durch Hebelumlenkung

Dadurch ideal für schnelle Ventilbewegungen

Kompakte, kernige Klangfarbe (obertonreich)

Zerlegen des Ventils nur mit Werkzeug möglich (z.B. für Wartung)

Im deutschsprachigen Raum verbreitet (z.B. Wiener Philharmoniker schreiben Drehventilinstrumente vor)

Pumpventil (Perinetventil)

Massiver, schwerer Klang, sehr füllend

Größerer Betätigungsweg (wirkt sich am meisten bei der Tuba aus)

Somit sind schnelle Ventilbewegungen schwerfälliger

Einfach zu zerlegen (Reinigen, schmieren)

Verbreitet im amerikanischen oder englischen Raum

Ventiltechnik

Erfunden im Jahre 1813 von Friedrich Blühmel (Oberschlesien) und unabhängig

und zeitgleich von Heinrich Stölzel (Schneeberg im Erzgebirge)

Ventile sind „Umlenker“ des Luftstroms in dazwischengeschaltete Rohre

verschiedener Längen. Je länger das Rohr, desto tiefer der Ton.

Es gibt:

Drehventile

Perinetventile

Drehventil

Das Drehventil besitzt einen Ventilkörper mit zwei Kanälen,

der bei Betätigung des Ventils jedoch um 90° um seine

Hochachse rotiert.

Betätigung erfolgt über ein Hebelgestänge

Pumpventil (Perinetventil)

Das Pumpventil besitzt einen zylindrischen Ventilkörper, der

gegen Federdruck über eine Fingerkappe direkt betätigt wird

Stimmzüge, Trigger

Stimmzüge sind Rohrbögen, die beweglich sind

und somit die Rohrlänge verändern können. In

der Regel gibt es für jedes Ventil einen

Stimmzug und zusätzlich einen

Hauptstimmzug. Jeder Bläser stellt sich die

Stimmzüge nach seinem eigenen Ermessen so

ein, dass eine möglichst perfekte Intonation in

allen Tönen erreicht wird

Ein Trigger ist nichts anderes als ein

leichtgägniger Stimmzug, der bequem über ein

Gestänge betätigt werden kann. Er ermöglicht

ein schnelles reagieren auf ein

Intonationsdefizit. Es gibt Trigger die die

Rohrlänge erweitern, aber auch welche, die sie

verringern.

Trigger

Spieltechnik

Ton entsteht durch das Strömen der Luft durch die

gespannten Lippen

Zunge gibt Luftstrom frei

Verschiedene Zungentechniken nützlich für das Spiel

Einfache Zunge (ta)

Doppelzunge (ta ka)

Trippelzunge(ta ta ka)

Die Posaune

Die Teile der Posaune

Stimmzug

Ausgleichsgewicht

Mundstück

Verschlussring

Schallbecher

Knopf

Wasserklappe

Zug

Quersteg ( Außenzug)

Quersteg ( Innenzug)

Überwurfmutter

Das Mundstück

Rand

Kessel

Schaft

Posaunenarten Tenorposaune

Jazzposaune

Bassposaune

Altposaune

Ventilposaune

Piccoloposaune

Sopranposaune

Barockposaune

Physikalische Grundlagen

Schallausbreitung beim Trichter

Akustische Impedanz

Trichter

Bügelhorn (Horn, Tuba)– flacher Trichter

Leiser, sprechen leicht an

Leichter intonierbar

Ungenaue Abrisskante für Reflexion

Weniger Abstrahlung, mehr Reflexion in Instrumentenkörper – stehende Welle

Steiler Trichter (Trompete, Posaune)

Hell, scharf, klar

Schwerer intonierbar

Scharfer Abriss

Direkte Abstrahlung

Akustische Impedanz

Schalldruck/Schallfluss als Funktionen der

Frequenz am Eingang des Systems

Spezifische Materialimpedanz

Impedanz (II)

Luft: 413.5 Ns/m3

Stahl: 45 000 000 Ns/m3

Wolfram: 104 000 000 Ns/m3

-> Reflexion

Unterschiede zu Holzblasinstr.

Typisch für Blechblasinstrument sind

1. Ein Anblas‘ventil’ (gebildet durch die Lippen des Bläsers), dessen Öffnung durch den Anblasüberdruck vergrößert wird.

2. Geringe Rückwirkung der schwingenden Luftsäule auf den Erregungsmechanismus (die Lippen des Bläsers)

3. Die Verwendung von Ventilen anstelle von Tonlöchern, um die effektive Rohrlänge – durch Hinzu- oder Abschalten von Rohrstücken – zur Erzeugung von Zwischentönen zu variieren. Die Lippen bilden auch einen dehnbaren Abschluß des Mundstück-Kessels.

Die Luftmasse des Schallkörpers hat nur geringe Rückwirkung auf die große Lippenmasse. Daher müssen bei Blechblasinstrumenten die ersten Impedanz-Maxima durch spezielle Mundstückform verstärkt werden.

Mathematische Darstellbarkeit

Forschung bei Blechblasinstrumenten

medizinisch-physiologische

material

historische

Damals - Heute

Die Lehre von den Tonempfindungen als physiologische

Grundlage für die Theorie der Musik (Hermann von

Helmholtz, 19. Jhdt.)

Historisch informierter Blechblasinstrumentenbau (Hochschule der Kuenste Bern) – Synergie Orchester/Hochschule/eidgenoessische Forschung

Materialforschung

viele Untersuchungen – viele verschiedene

Ergebnisse

Wand - Schalltrichter

Pyle has reported that something seemingly as

insignificant as lacquering the bell of a French

horn can make a noticeable difference in the

perceived sound. However, Smith has reported

that something as important as changing the

material of the bell has no effect on the sound

of trombones.

Wogram has reported differences in timbre

that are related to the composition of the

metal; yet Hoekje, et al. have theoretically

investigated the contribution of bell

vibrations to the sound field of a trombone

and concluded that vibrations make only a

very small difference (30 to 40 dB less than

the contribution due to the air column).

It is generally accepted that wall vibrations have a negligible effect on

the sound of clarinets and organ pipes, yet no such conclusion can be

drawn about brass instruments.

Wanddicke

Wanddicke (II)

Trichter-/Wandschwingungen und Spektrum

widersprüchliche Ansichten

Forschung des Institut für Wiener Klangstil

Wandschwingungen

Lateral vibrations of a trombone bell (Ando 1971)

Wandschwingungen (II)

Elektronische Specklemuster Inferometrie

Erkenntnisse

Trichtergeometrie und Wandform und –material

haben eine Auswirkung, wenn auch nicht immer

wahrnehmbar.

Reperkussion auf das Mundstück als

Erklärungsmodell: Therefore, trumpets and French horns

may exhibit significant effects attributable to bell vibrations

while trombones and tubas may not.

Vielen Dank für die

Aufmerksamkeit!