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Die Erfindung betrifft ein Holzblasinstrument nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Das Fagott gehört zur Familie der Holzblasinstrumente. Es hat eine konische Innenbohrung und wird mit einem Doppelrohrblattmundstück angeblasen.
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Die Bauform des modernen deutschen Fagottes wurde seit 1880 nur unwesentlich verändert. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass die konische Hauptbohrung eine Steigung von etwa 1/140 aufweist und am unteren Ende des Korpus in einem engen Bogen um 180° Grad umgelenkt wird. Ein dünnes geschwungenes Anblasrohr aus Metall, der so genannte S-Bogen, verbindet den hölzernen Korpus und das Mundstück.
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Der Fagottkorpus hat je nach Ausführung etwa 30 Tonlöcher, von denen fünf direkt mit den Fingern verschlossen werden, und deshalb Fingerlöcher heißen. Die übrigen Tonlöcher werden durch eine am Korpus befestigte Klappermechanik bedient.
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Die Bedienbarkeit der Fingerlöcher bedingt eine entsprechende Positionierung, um sie ohne Verschieben der Hände schließen zu können. Daher sind vor allem diese Löcher schlank ausgeführt (Durchmesser 4–9 mm, Länge 14–37 mm) mit der Tonlochachse schräg zur Langsachse des Instrumentes.
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Die akustische Konzeption des modernen Fagottes deutscher Bauweise geht auf Carl Almenräder und Johann Adam Heckel zurück und wurde von Wilhelm Heckel weiter ausgearbeitet. In den folgenden Jahrzehnten wurden von verschiedenen Instrumentenbauern vor allem Versuche unternommen, die Griffweise zu vereinfachen (”Böhm-Fagott”), die sich jedoch nicht durchsetzen konnten [1, 2].
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1968 stellte der Naturwissenschaftler Sir Giles Brindley ein akustisch neu konzipiertes Fagott vor, das mit einem elektronisch betätigten Klappensystem und einem beheizbaren Korpus ausgestattet war, um Stimmungsunterschiede durch Temperaturgradienten sowie Atemluftkondensation zu vermeiden [3]. Dieses Instrument erforderte grundlegende Umstellungen in Spielhaltung und Grifftechnik und wurde nie kommerziell gefertigt.
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Neben geringfügigen Variationen der Innenkontur [4], betreffen viele neuere Weiterentwicklungen am Fagott Details der Mechanik, Tonlochgestaltung, Abgussbügel, S-Bogen und des Materials [5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13]; die akustische Gesamtkonzeption ist jedoch seit 1880 nahezu unverändert und wird bis heute von allen namhaften Herstellern als Grundlage genutzt. Diese bringt jedoch Einschränkungen in der erreichbaren Lautstärke mit sich und so ist das Instrument für viele Einsatzgebiete, z. B. in Blechblasensembles und in der neueren Musik wenig geeignet.
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Beim Blasen des Instrumentes schlagen die Doppelrohrblatt-Hälften gegeneinander. Diese vollständige Unterbrechung der Strömung führt aufgrund von Trägheit zu einem negativen Druckimpuls, der sich in der Luftsäule des Instrumentes ausbreitet, am offenen Ende reflektiert wird und als positiver Druckimpuls das Rohrblatt wieder öffnet. Dadurch entsteht eine periodische Schwingung, in der Rohrblatt und Luftsäule in Resonanz sind. Durch das komplette Schließen des Rohrblattes wird jedem Zyklus auf's neue Energie zugeführt, analog zu einer Saite, die mit dem rauen Haar eines Bogens gestrichen wird [14].
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Wird ein Tonloch geöffnet so verkürzt sich die effektive akustische Länge des Instruments und der Druckimpuls wird früher reflektiert. Ein neuer Schwingungszustand mit geringerer Periodendauer stellt sich ein und ein höherer Ton erklingt.
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Ist ein Tonloch geschlossen, wird die Luftsäule nicht nur verlängert, sondern zusätzlich um das Volumen des Tonlochkanals vergrößert, was ebenfalls Einfluss auf die Resonanzlage und -güte hat. Die Effekte sind volumenabhängig und daher besonders ausgeprägt bei den fagotttypischen langen Fingerlöchern im oberen Korpusbereich, im so genannten „Flügel” und „Stiefel” [15].
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Um dies zu kompensieren, wurde ein komplexes System von Tonlöchern in Kombination mit bereichsweise unterschiedlichem Konuswinkel und örtlichen Aufweitungen und Einengungen der Bohrung entwickelt. Dieses weitgehend auf Empirie beruhende Konzept [1] wurde so weit ausgefeilt dass die moderne Bauweise des Fagottes das chromatische Spielen aller Töne zwischen B1 (f0 = 58 Hz) und e'' (f0 = 622 Hz) ermöglicht.
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Infolge der vielzähligen geometrischen Unregelmäßigkeiten ist die Mensur des modernen Fagottes ein akustischer Kompromiss. Für viele Griffkombinationen weist die Luftsäule anharmonische Resonanzen auf. Das bedeutet, dass die höheren Resonanzen zur Grundschwingung bezgl. ihrer Frequenzen keine ganzzahligen Verhältnisse aufweisen. Da aber die Nichtlinearität des Rohrblattes (das vollständige Schließen) exakt harmonische Schwingungszustände erzwingt, tragen anharmonische Resonanzen zur erklingenden Druckschwingung nur bedingt bei.
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Eine unmittelbare Folge aus der unregelmäßigen Mensur ist zum einen eine intonatorische Instabilität. Der Ton kann vom Musiker während des Spielens durch Blasdruck und Lippendruck auf das Rohrblatt in seiner Tonhöhe verstimmt werden, was auch als „verbiegen” bezeichnet wird. Dies ist besonders dann der Fall, wenn wenige Oberschwingungen der Luftsäule an der Schwingung beteiligt sind.
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Zum anderen beeinflusst das Maß, zu dem höhere Luftsäulenresonanzen an der Schwingung beteiligt sind, auch den Obertongehalt des Klanges. Der charakteristische warme und dumpfe Fagottklang ist eine Konsequenz dieser unregelmäßigen akustischen Gegebenheiten.
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Dieses Prinzip bestimmt maßgeblich die Interaktion eines Fagottisten mit seinem Instrument. Besonders deutlich wird dies bei Hilfsgriffen, die genutzt werden, um gezielt eine vom Standardgriff abweichende Klangfärbung oder einfachere Spielbarkeit für einen Ton zu erzielen. Durch Öffnen oder Schließen von nicht tonhöhenbestimmenden Tonlöchern werden einzelne höhere Resonanzen der Luftsäule in Schwingung versetzt, die den Ton entweder intonatorisch stabilisieren oder eine gewünschte Klangänderung erzielen. Dieser Effekt wird bei einigen Tönen auch von vornherein durch den Instrumentenbauer genutzt: Um dem Musiker das Bedienen von zusätzlichen Klappen abzunehmen, sind Kupplungen in der Klappenmechanik vorgesehen, die bei bestimmten Griffkombinationen „Hilfslöcher” mit abdecken oder öffnen. Dass trotzdem eine Vielzahl vom Musiker zusätzlich zum Standardgriff auszuführender Hilfsgriffe für Fagott dokumentiert ist [16], ist ein Indiz für die seine akustische Unregelmäßigkeit [17].
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Ein aus Musikersicht ideal intoniertes Fagott sollte durch seine Bauweise akustisch so beschaffen sein, dass die gespielte Frequenz für alle Griffe bezüglich ihres Mittelwertes möglichst exakt die wohltemperierte Stimmung erfüllt. Darüber hinaus sollte dabei ein kleiner Toleranzbereich vorhanden sein, der die Anpassung an verschiedene Stimmungssysteme (z. B. reine Stimmung) zulässt und dem Musiker künstlerische Ausdrucksmöglichkeiten einräumt.
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Ist dieser Toleranzbereich zu eng, so ergibt sich ein „eingerastetes” Spielgefühl mit wenig intonatorischer Freiheit. Ist er im Gegensatz dazu zu groß, so ist das Spielgefühl „unsicher” und „eiernd”.
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Obwohl die Klangfarbenempfindung grundsätzlich stark subjektiv geprägt ist, weist ein Klang messbare Eigenschaften auf, die mit Beschreibungen von Klangfarbenempfindungen verknüpft werden können.
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Eine einfache Möglichkeit zur Klassifizierung von Klängen bietet der Vergleich mit der menschlichen Stimme. Die Artikulation von Vokalen erfolgt durch Formung des Rachenraumes. Dieser wirkt als Resonanzkörper, der durch seine Form die Anhebung bestimmter Frequenzbänder im erzeugten Klangspektrum bewirkt. Dadurch können Vokale unabhängig von der Tonhöhe identifiziert werden. Diese Frequenzbänder bezeichnet man als Formanten, und aus der Sprachforschung sind für viele vokalische Laute der menschlichen Stimme Formantfrequenzen bekannt. Auch ein nasaler Klangeindruck kann auf Formanten zurückgeführt werden.
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Der Fagottklang weist ebenfalls eine Formantstruktur auf. Unabhängig von der Tonhöhe, haben die Töne des Fagottes in ihrem Obertonspektrum eine hohe Schallleistungsdichte bei 500 Hz. Dies ist die Mittenfrequenz des Vokalformanten des „o”, was den Fagotttönen ihre warme, runde und dunkle Klangfärbung verleiht [18]. Bezüglich der Lautstärke ist das Fagott im Vergleich zu Blechblasinstrumenten ca. 10 dB leiser und damit deutlich schwächer, bei einem ebenfalls vergleichweise kleinen Dynamikumfang von 22 dB. (zum Vergleich: Horn 36 dB, Klarinette 58 dB) [19].
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Aus den hier beschriebenen Zusammenhängen zwischen akustischer Konzeption und den Spiel- und Klangeigenschaften des modernen Fagottes deutscher Bauweise wird im folgenden ein Anforderungsprofil für die Entwicklung eines neuen, fagottähnlichen Holzblasinstrumentes abgeleitet.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Holzblasinstrument für Fagottisten anzugeben, das im Vergleich zum modernen Fagott deutscher Bauweise eine ausgeglichene, stabile Intonation hat und mit größerer Lautstärke gespielt werden kann. Dabei soll das erfindungsgemäße Holzblasinstrument bezüglich der Aspekte Handhabung und Klangcharakteristik dem modernen Fagott deutscher Bauweise gleichen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Fagott mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Merkmalen sowie aus den folgenden Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die jeweiligen Figuren.
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Eine ausgeglichene, stabile Intonation wird durch eine vollständige, regelhafte Neukonzeption der Akustik des Instrumentes erreicht, die die Innenkontur und Tonlochdimensionen und -positionen betrifft.
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Durch einen geraden Konusverlauf über das gesamte Instrument hinweg sowie durch den Verzicht auf lange Tonlochkanäle lässt sich ein Resonator konstruieren, der ein regelhaftes akustisches Verhalten aufweist.
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Durch den erfindungsgemäßen Aufbau sind die Luftsäulenresonanzen für die Griffkombinationen der Töne (A1–f) so abgestimmt, dass die Frequenz der Grundresonanz möglichst der Töne (A–f) mit der Frequenz der ersten Oberschwingung der eine Oktav tiefer liegenden Töne (A1–F) zusammenfallen, wie in 1b) dargestellt.
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Dies ist beim modernen Fagott deutscher Bauweise nicht gegeben, wie in 1a) dargestellt.
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Eine größere Lautstärke wird durch eine Vergrößerung der Konussteigung der Bohrung erzielt. Grundsätzlich ist eine Strömung durch eine sich öffnende konische Geometrie dadurch gekennzeichnet, dass ihre kinetische Energie durch die Öffnung der Geometrie teilweise in potentielle Energie umgewandelt wird. Dieser Effekt wird unter technischen Gesichtspunkten in Diffusoren ausgenutzt. Dadurch ist am Austritt der statische Druck höher als am Eintritt, wobei das Flächenverhältnis von Eintritt zu Austritt den Druckanstieg bestimmt. Bei dem erfindungsgemäßen Holzblasinstrument ist der Austrittsdurchmesser am Schallstück (6) größer als der des Fagottes, bei gleichem Eintrittsdurchmesser am S-Bogen (1). In einem Aufführungsraum wurde im direkten Vergleich bei dem erfindungsgemäßen Instrument im fortissimo 7 dB höhere Schallpegel als beim Fagott gemessen.
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Eine vorteilhafte Handhabung wird dadurch erreicht, dass der Instrumentenkorpus, der die Luftsäule umschließt, in gewohnter Weise teilbar, wie beispielhaft in 2a) dargestellt, aus Flügel (2), Stiefel (3) mit Umlenkbogen (4), Bassstange (5) und Schallstück (6) besteht. Aufgrund der geänderten Mensur und Tonlochfolge wurde der Umlenkbogen (4) relativ zu den Tonlöchern verschoben, wodurch das äußere Korpuslängsmaß L gemäß 2a), der Schwerpunkt des Instrumentes und damit Handhabung und Ergonomie des erfindungsgemäßen Holzblasinstruments im wesentlichen denen des modernen Fagott entsprechen. Die durch das neue akustische Konzept bedingte Anordnung und Geometrie der Tonlöcher erfordert zudem eine neue Klappenausstattung (7), um das erfindungsgemäße Instrument wie ein Fagott spielbar zu machen. Dabei werden alle fünf Fingerlöcher durch Klappen an den gewohnten Positionen ersetzt, wodurch, eine gegenüber dem Fagott verbesserte Ergonomie gewährleistet ist. Darauf zielt auch eine frühere Erfindung ab [20], wobei sich das erfindungsgemäße Holzblasinstrument davon maßgeblich unterscheidet, da die nunmehr durch Klappen bedienten Tonlöcher, zum Zweck der Erfüllung der akustischen Randbedingungen, kurz und weit sind, andere Positionen entlang der Instrumentenlängsachse haben und senkrecht zu dieser eingebracht sind.
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Eine Angleichung der Klangcharakteristik wird dadurch erreicht, dass die innere Korpuswand im Bereich des Flügels (2) mit einer Wandauskleidung (8), beispielhaft dargestellt in 2b) versehen ist, die die Kontaktfläche mit der Luft vergrößert. Um das akustische Konzept nicht zu stören, muss der Querschnitt auch im Bereich der Wandauskleidung dem mensurbedingten akustisch effektiven Querschnitt entsprechen, der in 2b) beispielhaft durch den gestrichelt ausgezogenen Kreis symbolisiert ist.
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Eine so beschaffene Wandauskleidung nimmt dem Klang des erfindungsgemäßen Holzblasinstrumentes eine scharfe Obertönigkeit, die ohne diese Auskleidung durch die streng harmonischen Luftsäulenresonanzen entsteht. Weiterhin gibt die Oberflächenvergrößerung dem gespielten Ton etwas intonatorische Modulierbarkeit um den unverändert stimmenden Mittelwert der Tonhöhe zurück.
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Messungen und Rechnungen bestätigen, dass die viskosen Effekte an der vergrößerten Wand die Lage der Luftsäulenresonanzen und damit das akustische Konzept praktisch nicht beeinflussen, jedoch wird die Dämpfung durch die zusätzliche Reibungsfläche erhöht. Der Effekt der Dämpfung höherer Obertöne und damit eine Reduzierung der Klangschärfe konnte in Experimenten mit einer Anblasvorrichtung nachgewiesen werden. In Blindtests bestätigten Musiker weiterhin einen spürbaren Effekt, den sie als positiv einschätzten.
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3a) zeigt das Klangspektrum des Tons f, im Blindtest von einem professionellen Musiker auf einem Prototyp des erfindungsgemäßen Holzblasinstrumentes gespielt, wobei die Wandauskleidung als auswechselbare Hülse eingebracht werden konnte. Durch eine Hülse mit 78% vergrößerter Oberfläche (gekennzeichnet mit „OF 178%”) sind die Teiltöne oberhalb von 2 kHz deutlich gedämpft, wodurch im Vergleich zur Referenzsituation mit einer geraden konischen Hülse (gekennzeichnet mit „OF 100%”) ein wesentlich weicherer Klangeindruck entsteht.
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In 3b) ist die Hüllkurve der überlagerten Klangspektren der Töne A1–f dargestellt, deren Maxima die Formanten angeben [21]. Die Luftsäule des Instrumentes ist so konzipiert, dass sein Klang wie das moderne Fagott bei 500 Hz einen ausgeprägten Formanten hat, was besonders den Basstönen einen warmen und grundtönigen Charakter verleiht. Die oberhalb von 2 kHz deutlich angehobene Schallleistung, die einen scharfen Klangeindruck vermittelt, wird durch die Wandauskleidung wirksam reduziert. Das erfindungsgemäße Holzblasinstrument hat daher einen warmen, klaren und durchsetzungsfähigen Doppelrohr-Klang, der im fortissimo bis zu 7 dB lauter als beim modernen Fagott gemessen wurde.
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Der Klangschärfe mindernde Effekt erweist sich im Experiment mit einer nachgiebigen Wandauskleidung aus einem weichen elastischen Material als verstärkt und ist nur dann ohne Auswirkung auf die Resonanzlage der Luftsäule, wenn der effektive akustische Querschnitt entlang ihres Wirkbereiches nicht verändert wird. Diese beiden Aspekte der vorliegenden Erfindung grenzen sie maßgeblich von früheren Erfindungen [22, 23, 24] ab.
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Es ist daher zweckmäßig, die Auskleidung so zu gestalten, dass sie geometrisch bestimmt ist, vorzugsweise längsgerippt, wobei in diesem Fall der Riefengrund einen größeren Durchmesser aufweisen muss als der mensurbedingte Kreisquerschnitt, wie beispielhaft in 2b) dargestellt. Eine längsgerippte Struktur mit ausreichend großen Rippenabständen ist auch unter dem Aspekt der Reinigung von Atemluftkondensat und Speichel sinnvoll, um Anlagerungen zu vermeiden, die die erfindungsgemäße Funktion beinträchtigen würden. Geeignete Geometrien haben eine um 70 bis 120% vergrößerte Oberfläche.
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Durch die Kombination dieser Ansätze gelingt die Lösung der Aufgabenstellung, womit die Erfindung ein neuartiges Holzblasinstrument ähnlich dem Fagott definiert, dass bei verbesserter Intonation lauter gespielt werden kann, ohne den typischen Doppelrohr-Klang und die intonatorische Modulierbarkeit zu verlieren.
- [1] A. Baines, Woodwind Instruments and Their History, 3rd ed. Dover Publications, Inc., New York, 1991.
- [2] R. Klimko, ”The Boehm-System Bassoon and the Wilhelm Heckel Firm,” The Journal of the International Double Reed Society, vol. 11, 1983.
- [3] G. Brindley, ”The Logical Bassoon,” The Galpin Society Journal, vol. 21, pp. 152–161, 1968.
- [4] J. Burton, ”Bassoon Bore Dimensions,” Ph. D. dissertation, Eastman School of Music of the University of Rochester, 1975.
- [14] S. Ollivier, J. -P. Dalmont, and J. Kergomard, ”Idealized Models of Reed Woodwinds. part I: Analogy with the Bowed String,” Acta Acustica united with Acustica, vol. 90, no. 6, pp. 1192–1203, 2004.
- [15] C. Nederveen, Acoustical Aspects of Woodwind Instruments, 2nd ed. Northern Illinois University Press, 1998.
- [16] T. Ewell and L. Hoyt, ”The Bassoon-Family Fingering companion,” http://www.idrs.org/resources/BSNFING/BsnFingerings.pdf, zuletzt geladen 2012/02/20, 1999.
- [17] J. Kopp, ”The Not Quite Harmonic Overblowing of the Bassoon,” The Double Reed, vol. 29(2), pp. 61–75, 2006.
- [18] J. Meyer, ”Akustische Untersuchungen über den Klang alter und neuer Fagotte,” Das Musikinstrument und Phono, vol. 11, pp. 1259–1266, 1968.
- [19] E. D. und Frank Schultz und Martin Pollow und Stefan Weinzierl, ”Zur Schallleistung von modernen und historischen Orchesterinstrumenten II: Holz- und Blechblasinstrumente,” in Fortschritte der Akustik, 36. Jahrestagung für Akustik (DAGA2010), Berlin, 2010.
- [21] T. Grothe, J. Baumgart, und R. Grundmann, ”Formantenbestimmung von Fagottklängen,” in Fortschritte der Akustik, 33. Jahrestagung für Akustik (DAGA2007), Stuttgart, 2007.
- [5] W. Polisi, ”Fagott,” Deutsches Patent DE 1 232 447 A , 1967.
- [6] H. Schack, ”Oboe, englisch Horn, Oboe d'amour oder fagott,” Deutsches Patent DD 56 983 A , 1967.
- [7] Kenmochi, ”Tastenmechanismus für ein Fagott,” Deutsches Patent DE 19 752 943 C2 , 2001.
- [8] G. Wolf, ”Fagott,” Deutsches Patent DE 29 722 419 U1 , 1998.
- [9] R. Walter, ”Fagottabguß,” Deutsches Patent 19 845 171 C2 , 2000.
- [10] P. Wolf, ”Holzblasinstrument,” Deutsches Patent DE 201 03 863 U1 , 2001.
- [11] R. Grundmann, ”S-bogen für ein Fagott,” Deutsches Patent DE 103 43 437 B4 , 2006.
- [12] J. Wahrig, ”Blasinstrumente,” Deutsches Patent DE 10 2004 049 131 A1 , 2006.
- [13] C. Rauch, ”Bügel für Blasinstrumente,” Deutsches Patent DE 20 2009 003 036 U1 , 2009.
- [20] E. Pätz, ”Fagott,” Deutsches Patent DE 586 934 A , 1933.
- [22] G. Giese, ”Mundstück für Blechblasinstrumente,” Deutsches Patent DE 422 795 A , 1925.
- [23] A. Sahm, ”Mundstück für Blechblasinstrumente,” Deutsches Patent DE 652 235 A , 1938.
- [24] A. Mayer, ”Blasinstrument, insbesondere Blechblasinstrument,” Östereichisches Patent AT 391 569 B , 1990.
