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Verfahren zur Erzeugung von Resonanzkörpern für Saiteninstrumente
mit gewünschten Klangwirkungen Die Erfindung betrifft Saiten-, besonders Streichinstrumente
und bezweckt, bei solchen Instrumenten durch Vornahme entsprechender Änderungen
am Resonanzkörper die Erzielung befriedigender Klangwirkungen sicherzustellen.
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Die Erfindung beruht auf Beobachtungen, welche bei physikalischer
Untersuchung von Geigenresonanzkörpern gemacht wurden. Die angestellten Untersuchungen
ergaben, daß bei bestimmten Frequenzen scharf ausgeprägte Knotenlinien auftreten,
d. h. Schwingungsformen, bei denen die schwingenden Punkte des Resonanzkörpers gegenüber
einem auf ihm liegenden schwingenden Bezugspunkt fast nur Phasendifferenzen ihrer
Schwingungen von o° und i8o° aufweisen. In der Nähe dieser Frequenzen sind ,die
Knotenlinien zu Knotenzonen verbreitert, d. h. der Übergang von o° Phasendifferenz
zu i8o° findet nicht auf einer Linie, sondern auf einem mehr oder weniger breiten
Flächenstreifen statt, und bei stärkerer Abweichung der Frequenz von einer solchen,
bei der scharf ausgeprägte Knotenlinien auftreten, verschwinden auch größtenteils
die Knotenzonen, so daß der Eindruck eines fast regellosen Zustandes entsteht, bei
dem keine der Phasendifferenzen zwischen o° und 36o° durch besondere Häufigkeit
nennenswert ausgezeichnet ist. Die den verschiedenen Frequenzen entsprechenden scharf
ausgeprägten Knotenlinienbilder, die sich durch Zahl und Form ihrer Knotenlinien
voneinander unterscheiden, sollten Schwingungstypen genannt werden.
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Weitere Beobachtungen haben ergeben, daß bei den Frequenzen, die zur
Ausbildung von Schwingungstypen führen, die durchschnittliche Körperamplitude (=
Summe der an zahlreichen Meßpunkten für die untersuchte Frequenz gemessenen Körperamplituden,
dividiert durch die Zahl der Meßpunkte) und auch der Grundton ein Maximum erreichen.
Diese Frequenzen sind also die Eigenfrequenzen oder kurz Resonanzen des Resonanzkörpers.
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Saiteninstrumente verschiedener Klangqualität unterscheiden sich voneinander
u. a. durch die Frequenzlagen ihrer Resonanzen. Im. allgemeinen weichen, wenn zwei
Instrumente in den Frequenzlagen ihrer Resonanzen nicht miteinander übereinstimmen,
die Frequenzlagen der Resonanzen des einen Instrumentes alle im gleichen Sinne von
den Frequenzlagen der Resonanzen des anderen Instrumentes ab, d. h. die Resonanzen
liegen bei dem einen Instrument entweder alle höher oder alle tiefer als bei dem
anderen Instrument.
Außerdem sind die Abweichungen bei den tiefen
Resonanzen größer als bei den hohen.
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Bei guten Instrumenten, d. h. bei Instrumenten mit voll befriedigenden
Klangwirkurigen, sind die Resonanzen gleichmäßig auf den:.: Tonumfang des Instrumentes
verteilt. Sie sind z. B. bei einer guten Geige durch Abstände voneinander getrennt,
die un`efähr je eine Quarte betragen.
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Die Form der Schwingungstypen läßt sich durch irgendwelche im Rahmen
der praktischen Möglichkeiten liebende Änderwigen der Holzdicke nicht bemerkenswert
ändern, woraus sich schließen läßt, daß die Formen der Schwingungstypen gleicher
Ordnungszahl jeweils fast aller Geigen bzw. jeweils anderer im wesentlichen gleichgestalteter
Instrumente annähernd übereinstimmen werden. Dieser Schluß wird durch die bisher
gefundenen Schwingungsformen bestätigt.
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Die FrequenzIage der Scliwingungstyp,en und damit die Frequenzlage
der Resonanzen, d.Ii. die Frequenzlage der Maxima der durchschnittlichen Körperamplitude
und der Grundtonamplitude ist ebenso wie deren Ausbildung (Stärke und Frequenzbereich)
weitgelieiid von der Verteilung der Materialdicken auf die verschiedenen Teile des
Resonanzkörpers unabhängig, aber abhängig von der durchschnittlichen Dicke (= Summe
der an genügend vielen Meßpunkten gemessenen Holzdicken dividiert durch die Zahl
der Meßpunkte) des Resonanzkörpers. Und zwar wandern z. B. bei einer Verminderung
der durchschnittlichen Holzdicke von den hauptsächlichsten Resonanzen alle mit Ausnahme
einer einzigen nach tieferen Frequenzen, wobei die tiefen Resonanzen stärker als
die hohen sinken. Dabei vergrößern im allgemeinen die Resonanzen sowohl ihren Frequenzbereich
als auch ihre Stärke.
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Auch ändern sich durch :Änderung der durchschnittlichen Holzdicke
die durchschnittliche Körperamplitude, die Grundtonamplitude und der Grundtonanteil
an den Klängen, und zwar steigen im allgemeinen alle drei mit abnehmender Holzdicke.
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Durch Änderung der durchschnittlichen Dicke eines Resonanzkörpers
innerhalb der Grenzen, die mit Rücksicht auf die im Resonanzkörper auftretenden
mechanischen Beanspruchungen einzuhalten sind, lassen sich also Frequenzlage der
Schwingungstypen sowie Frequenzlage und Ausbildung der hesonanzen innerhalb des
physikalisch möglichen Rahmens in gewünschter «'eise verändern. Da die Formen der
gleicher Ordnungszahl fast aller gleichartigen Instrumente annähernd übereinstimmen
und da es vor allem auf die Frequenzlage der Schwingungstypen bzw. Resonanzen ankommt,
ist es möglich, vorgegebene Schwingungszustände ,(und damit Klangfarben), die für
eine Reihe von Frequenzen direkt (z. B. durch deren Knotenlinienbilder oder durch
deren durchschnittliche Körperamplituden) oder indirekt (durch deren Klänge) vorgegeben
sind, durch stufenweise Änderung der durchschnittlichen Holzdicke eines zu verbessernden
Resonanzkörpers mehr und mehr zu erreichen.
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Hierauf beruht das Verfahren, welches den Gegenstand der Erfindung
bildet. Die Erfindung besteht darin, daß nach Feststellung von Schwingungszuständen
eines zu verbessernden Resonanzkörpers an dem Resonanzkörper Ver-
änderungen
vorgenommen werden, durch welche die auftretenden Schwingungszustände solchen, die
als für die Klangwirkung wertvoll erkannt worden sind oder bei als Vorbilder dienenden
Instrumenten auftreten, angenähert werden.
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Bei Ausführung der Erfindung kann in der Weise verfahren werden, daß
eine größere Zahl verschiedenen Frequenzen entsprechender Schwingungszustände des
Resonanzkörpers durch unmittelbare Beobachtung ihrer mechanischen Schwingungen,
also durch Feststellung ihrer Knotenlinienbilder oder durch Messung ihrer Körperamplituden
in bekannter Weise mittels elektrischer Hilfsmittel (Kondensatoren) ,oder durch
Klangbeobachtungen, z. B. mit Mikrophon, bestimmt werden. Wenn die ermittelten Schwingungszustände
nicht alle von solcher Art sind, daß befriedigende Klangwirkungen erwartet werden
können, oder wenn sie sich noch von vorgegebenen unterscheiden, wird die durchschnittliche
Dicke des Resonanzkörpers so verändert, daB Schwingungszustände erhalten werden,
die bessere Klangwirkungen ergeben oder die sich von vorgegebenen weniger als bisher
unterscheiden.
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In dieser Weise ist genügend oft zu verfahren, wodurch schließlich
der Resonanzkörper eine Beschaffenheit erhält, die Gewähr für die Erzielung gewünschter
Klangwirkungen bietet oder sich einer vorgegebenen besonders edlen (mustergültigen)
Klangwirkung befriedigend nähert. Einfach gestaltet sich das Verfahren, wenn die
Lage der hauptsächlichsten Resonanzen bestimmt wird; z. B. ist die durchschnittliche
Holzdicke zu vermindern, wenn die Resonanzen höher als vorgegeben liegen.
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Bei Verzicht auf sehr gute Genauigkeit der Annäherung läßt sich das
Verfahren auch noch dahingehend vereinfachen, daß die Zahl der bestimmten Schwingungszustände
vermindert wird. Z. B. erreicht man schon Annäherung der Lage aller Resonanzen an
eine vorgegebene dadurch, daß man nur die Lage
von einer oder zwei
der tieferen Resonanzen der vorgegebenen annähert; denn da die Lage der Resonanzen
im weseritlichen nur von der durchschnittlichen Holzdicke abhängig ist, werden gleichzeitig
auch alle anderen Resonanzen, die ja im allgemeinen alle zu hoch oder zu tief liegen,
im gleichen Sinne wie die tieferen Resonanzen in ihrer Lage geändert. Weil aber
auch die Lage der Resonanzen zueinander nicht vollständig von den Holzdicken an
den verschiedenen Teilen des Resonanzkörpers unabhängig ist, kann unter Umständen
die Beobachtung einer zu geringen Zahl von Resonanzen zu einer falschen Ansicht
über die Lage der anderen Resonanzen führen. Deshalb ist es zur Erzielung einer
möglichst vollkommenen Annäherung zweckmäßig, .die Labe fast aller Resonanzen zu
beobachten.
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Als Norm für die durch Änderung der durchschnittlichen Dick e des
Resonanzkörpers zu erreichenden Schwingungszustände können gewisse als wertvoll
erkannte und physikalisch mögliche Schwingungszustände, z. B. die gleichmäßige Verteilung
der Resonanzen ,bei einer gewissen absoluten Frequenzlage dienen. Man kann aber
auch ein als wertvoll erkanntes Instrument kopieren, indem man eine Reihe seiner
Schwingungszustände feststellt und .diesen die Schwingungszustände des herzustellenden
oder zu verbessernden Instrumentes durch Veränderung der durchschnittlichen Holzdicke
des Resonanzkörpers in höherem öder geringerem Maße angleicht. Voraussetzung ist
dabei, daß das herzustellende bzw. zu verändernde Instrument mit dem kopierten einigermaßen
in der Form und im Material des Resonanzkörpers überein-'stimmt.
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Da mit einer Veränderung der durchschnittlichen Holzdicke auch die
durchschnittliche Körperamplitude und der durchschnittliche Grundtonanteil der Klänge
steigen und da der Grundtonanteil für die Klangfarbe sehr wesentlich ist, kann man
hierauf ein Verfahren gründen, durch Änderung der durchschnittlichen Körperamplitude
oder des durchschnittlichen Grundtonanteils gewünschte Klangfarben zu erzielen.
Insbesondere stellt auch die Messung der durchschnittlichen Körperamplitudenoder
des durchschnittlichen Grundtonanteils der Klänge eine wertvolle Kontrollmaßnahme,
für den Fall dar, daß z. B. mit Rücksicht auf Form und Material des zu verändernden
Resonanzkörpers nicht mit unbedingter Sicherheit zu erwarten ist, daß eine gleiche
Lage der Resonanzen zu völlig gleichen subjektiven K .langeindrücken führt. Das
Verfahren der Angleichung der durchschnittlichen Körperamplitude und des durchschnittlichen
Grundtonanteils erweist sich auch als gut brauchbar, wenn es Schwierigkeiten bietet.
eine Kopie mit dem Original bei allen Klängen in Übereinstimmung zu bringen.