EP3398189A1 - Verfahren zur verbesserung der akustischen eigenschaften von fichten-klangholz - Google Patents

Verfahren zur verbesserung der akustischen eigenschaften von fichten-klangholz

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EP3398189A1
EP3398189A1 EP16829090.6A EP16829090A EP3398189A1 EP 3398189 A1 EP3398189 A1 EP 3398189A1 EP 16829090 A EP16829090 A EP 16829090A EP 3398189 A1 EP3398189 A1 EP 3398189A1
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EP
European Patent Office
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wood
sound
spruce
liquid medium
vitreus
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EP16829090.6A
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EP3398189B1 (de
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Francis Schwarze
Markus HEEB
Marjan GILANI
Sébastien Josset
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Eidgenoessische Materialprufungs und Forschungsanstalt EMPA
Original Assignee
Eidgenoessische Materialprufungs und Forschungsanstalt EMPA
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10D—STRINGED MUSICAL INSTRUMENTS; WIND MUSICAL INSTRUMENTS; ACCORDIONS OR CONCERTINAS; PERCUSSION MUSICAL INSTRUMENTS; AEOLIAN HARPS; SINGING-FLAME MUSICAL INSTRUMENTS; MUSICAL INSTRUMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10D3/00—Details of, or accessories for, stringed musical instruments, e.g. slide-bars
    • G10D3/22—Material for manufacturing stringed musical instruments; Treatment of the material

Definitions

  • the invention relates to a method for improving the acoustic properties of spruce tonewood for musical instruments. Furthermore, the invention relates to an improved spruce-tonewood for musical instruments, and musical instruments, in particular stringed instruments whose resonance panels consist of such spruce-Klangholz.
  • Sound wood for musical instruments should be as light as possible, but at the same time have a high modulus of elasticity (modulus of elasticity or Young's modulus) and a high speed of sound. It should also be free of knots and have narrow, homogeneous tree rings and a low proportion of latewood ( ⁇ 20%). Only a few, carefully selected wood assortments meet these strict quality criteria.
  • the (acoustic) material quality of sound wood is generally defined by the quotient c / p, where c is the speed of sound and p is the density of the sound wood (Ono & Norimoto, 1983; 1984; Spycher, 2008; Spycher et al., 2008; Tab. 4).
  • the speed of sound is the square root of the ratio of modulus of elasticity (for bending longitudinally to the fiber) to density.
  • the modulus of elasticity is a material-independent material value; the product of modulus of elasticity and area moment of inertia gives the flexural rigidity of the workpiece (Ono & Norimoto, 1983; 1984; Spycher, 2008; Spycher et al., 2008).
  • the speed of sound eg of spruce wood
  • the speed of sound is 4800 to 6200 m / s, the average bulk density 320 to 420 kg / m 3 .
  • Both parameters are dependent on the moisture content of the wood, which increases the precision and infrastructure requirements for the experiments as well as the evaluation of the test results.
  • Of particular interest in all measures to improve material quality is the impact relative changes in modulus and bulk density have on the speed of sound.
  • the modulus of elasticity (in%) changes approximately in proportion to the change in the bulk density (in%), the speed of sound remains approximately the same (the material quality then increases approximately inversely proportional to a reduction in the apparent density); such a ratio of relative changes in modulus of elasticity and bulk density is said to be "narrow" (Ono & Norimoto, 1983; 1984; Spycher, 2008; Spycher et al., 2008). in%) much less than the bulk density (in%), the speed of sound is increased (the quality of the material then increases more than inversely proportional to a decrease in bulk density.)
  • Such a ratio of relative changes in Young's modulus and bulk density is considered “wide”. or "large” and is highly desirable for achieving a high material quality of tonewood (Schleske, 1998; Wegst, 2006), but sound wood with a broad modulus of bulk density is rare in nature and therefore expensive (Bond, 1976) ;
  • a disadvantage of the methods described so far is that a uniform settlement of the wood by the selected fungi can not be guaranteed.
  • An irregular settlement has the consequence that the acoustic material quality is improved only inconsistently or even not at all.
  • it entails the risk of undesirable strength losses, cracks and crevices in the wood.
  • Physisporinus vitreus has low levels of competition against other species of fungi and is therefore very susceptible to contamination by other species.
  • Wood Sei Technol 46,769-779 describes a method for the automatic visualization and quantification of microscopic cell wall elements of spruce wood, which is also able to show the changes caused by Physisporinus vitreus.
  • WO2012 / 056109 A2 describes the use of plant-derived nanofibrillated cellulose in the form of a hydrogel or a membrane as a carrier material for various types of cell cultures. Presentation of the invention
  • the object of the invention is to provide an improved method for producing spruce tonewood for musical instruments, which ensures in particular an improvement in the acoustic properties, a shorter process time and a more homogeneous product.
  • Other objects of the invention are to provide an improved sound wood for musical instruments, as well as musical instruments made thereof.
  • a wood sound ingot is subjected to Physisporin vitreus treatment under controlled, sterile conditions.
  • the previously sterilized soundwood blank is dipped in a liquid medium enriched with fungus mycelium and kept therein with exclusion of light during a contact time and finally sterilized.
  • the liquid medium contains nano-fibrillated cellulose (NFC) in a proportion of 200 to 300 g per liter.
  • NFC nano-fibrillated cellulose
  • Controlled, sterile conditions in the present context means an environment in which at least the temperature and the relative humidity are kept within a predefined range and contamination with foreign fungal species is prevented. According to the invention, a temperature of 18 to 26 Q C and a relative humidity of about 60 to about 80% is set.
  • the initial sterilization and subsequent treatment with Physisporinus vitreus under sterile conditions in a suitable incubation container ensures that the process is not affected by contamination. With the final sterilization the effect of Physisporinus vitreus is stopped in a controlled way.
  • the liquid medium contains nanofibrillated cellulose (NFC) in a proportion of 200 to 300 g per liter, a significantly improved efficiency of the process is achieved, which thus runs much faster and more homogeneous.
  • NFC nanofibrillated cellulose
  • a sound wood blank is generally a plate-shaped portion of a suitable sound wood to understand, which is intended in particular for the production of the ceiling or the bottom of a string or plucked instrument. In the present context, it is without exception spruce wood.
  • a closable medium-tight container made of sterilizable materials, for example, from an autoclavable plastic is generally suitable.
  • the container must be equipped so that inside a controlled atmosphere of predetermined humidity is adjustable. For the controlled supply of air at least one designed with a sterile microfilter valve is provided.
  • a liquid medium enriched with fungal mycelium is understood in a manner known per se to be a buffered aqueous solution with nutrients, which has been mixed with mycelium samples of a pure culture of Physisporinus vitreus and then grown for a suitable time.
  • the liquid medium contains from 200 to 300 g of nanofibrillated cellulose (NFC) per liter of liquid medium.
  • NFC nanofibrillated cellulose
  • the term "nanofibrillated cellulose”, also abbreviated “NFC” includes cellulose fibers having a diameter of about 3 nm to about 200 nm and a length of at least 500 nm and an aspect ratio (length: diameter) of at least 100 ⁇ m understand.
  • the NFC fibers have a diameter of 10 to 100 nm, on average 50 nm and a length of at least a few micrometers, and the aspect ratio may also be 1 ⁇ 00 or more.
  • NFC is generally obtained by a mechanical comminuting process of wood and other vegetable fibers; first descriptions go to Herrick et al. (Herrick, FW; Casebier, RL; Hamilton, JK; Sandberg, KR Microfibrillated cellulose: Morphology and accessibility J. Appl Polym., Appl. Polym., Symp., 1983, 37, 797-813) and Turback et al. (Turbak, AF; Snyder, FW; Sandberg, KR Microfibrillated cellulose, a new cellulose product: Properties, uses, and commercial potential. J. Appl. Polym. Be. Appl. Polym. Symp. 1983, 37, 815-827) in 1983.
  • MFC microfibrillated cellulose
  • CNF cellulose nanofibers
  • NFC nanofibrillated cellulose
  • cellulose nano- or microfibrils are commonly used.
  • cellulose nanofibers are long and flexible.
  • the NFC formed therefrom typically contains crystalline and amorphous domains and exhibits a network structure due to strong hydrogen bonds (see, eg, Lu, J .; Askeland, P., Drzal, LT.) Surface modification of microfibrillated cellulose for epoxy composite applications Zimmermann, T., Pöhler, E., Geiger, T. Cellulose fibrils for polymer reinforcement, Adv. Eng. Mat., 2004, 6, 754-761, Iwamoto, S .;
  • the method according to the invention can in principle be carried out with a single sound wood blank. As a rule, however, for the sake of efficiency alone, several chopped wood blanks are treated simultaneously.
  • the incubation container is expediently equipped with corresponding recesses and support elements.
  • the method can be carried out in particular with two sound wood blanks, which together form a cover for a violin.
  • a temperature of about 22 Q C in particular in the range of 21 Q C to 23 Q C, and a relative humidity of about 70%, in particular in the range of 65 to about 75% set (claim 3).
  • the exposure time is preferably selected such that the following strength values of the sound wood are fulfilled (claim 4):
  • Module for bending longitudinally to the fiber at least 7 GPa, preferably at least 10 GPa;
  • Compressive strength along the fiber at least 24 N / mm 2 , preferably at least 34 N / mm 2 ;
  • the measures according to the invention make it possible to produce tonewood having outstanding properties using a comparatively short exposure time of 4 to 6 months (claim 5).
  • the liquid medium used for the process according to the invention is preferably obtained by incubation of an NFC-containing nutrient medium inoculated with Physisporinus vitreus under controlled pH conditions (claim 6).
  • an aqueous nutrient medium with spruce wood extract and nanofibrillated cellulose is initially introduced and inoculated with a mushroom-containing liquid medium culture or with mushroom-covered sawdust particles.
  • the sterilization of the sound wood blank to be carried out after the exposure time of several months can in principle be carried out in a known manner.
  • ethylene oxide is used for this purpose (claim 7).
  • a color change of the wood is advantageously effected, which is characterized by a defined in the color space (L * , a * , b * ) color difference ⁇ * of at least 1 1 (claim 9).
  • the spruce tonewood for musical instruments produced by the method according to the invention is distinguished in that the sound radiation in the longitudinal direction is increased by at least 20%, preferably by at least 24%, compared to untreated sound wood and the attenuation in Longitudinal therapies by at least 25%, preferably increased by at least 29%.
  • the longitudinal direction corresponds to the direction of tree growth, while the radial and tangential directions refer to the approximately circular tree rings.
  • Yet another aspect of the invention relates to a musical instrument, in particular a stringed instrument, with at least one soundboard made of tonewood improved according to the invention.
  • musical instrument is to be understood in the widest sense; In particular, such resonant plates can also be used for wooden membranes in loudspeakers.
  • Fig. 1 gel electrophoretic separation of the RAPD fragments using primer 08/9328; samples are labeled with assays (Table 1); negative control (no template DNA) is designated N; the DNA molecular weight marker used was a 100 bp ladder (M); Fig. 2 Mass losses in wood samples after 12 months of incubation with Physi- vitus vitreus: bulk density p R (bars) and mass loss Am (line with squares) for three different types of wood; Fig. 3 (a) Example of the relaxation of stress (stress) ⁇ in the wood as a function of time; (b) taking a wood sample before and after the microbending load;
  • a clone-specific primer was designed and synthesized. This can be done in a real-time
  • strain-specific primers were constructed for the clear detection of the fungus P. vitreus.
  • Table 1 lists the types of fungi used in these studies. DNA extraction for the molecular biological studies was carried out using the Extract-N-Amp TM Plant PCR Kit from Sigma Aldrich according to the manufacturer's instructions. Table 1: Fungus species used
  • RAPD Randomly Amplified Polymorphic DNA
  • ITS 1 / ITS 4 primer combination of White et al. (1990) amplified the ITS1 -5,8S-ITS2 region of the fungal species used with a thermocycler of the company Biometra.
  • Target region of the primers used was the ribosomal DNA (rDNA). It consists, inter alia, of coding gene segments 18S, 5.8S and 28S rRNA (in fungi and other eukaryotes) that are conservative (Schmidt and Moreth, 2006). These three coding gene segments are separated by highly variable introns, the Internal Transcribed Spasers (ITS1 and ITS2).
  • the resulting PCR products were then commercially purified and sequenced (Synergene, Zurich).
  • the sequence of the ITS region of P. vitreus 642 has been deposited in the international database EMBL (Accession No. FM202494). Due to the species specificity of the ITS domain, the sequence of P. vitreus 642 was used to evaluate, using the Clustal X program and the Basic Local Alignment Search Tool (Primer BLAST) of the National Center for Biotechnology Information (NCBI).
  • Physisporinus vitreus (EMPA strain No. 642 or 643) was pre-cultured on a suitable, sterile malt agar medium in Petri dishes (0 9 cm). As soon as the culture medium was completely overgrown by the fungus mycelium of P. vitreus (after approx. 12-16 days), approx. 2g of sterile spruce sawdust (particle size ⁇ 2mm) was placed in the middle of the medium in each Petri dish under sterile conditions. After a further 4 to 6 weeks, the sawdust substrate, completely mixed by P. vitreus, was used to inoculate the liquid medium. 1. 1 nutrient composition
  • a nanofibrillated cellulosic nutrient medium has proved to be a particularly suitable liquid medium for the cultivation of P. vitreus on the basis of preliminary experiments.
  • the nanofibrillated cellulose-containing liquid medium was incubated under sterile conditions with P. vitreus in a bioreactor under controlled pH conditions (pH adjusted to 6.8 - 7.2 or optionally under controlled oxygen supply). The speed of the agitator was set low.
  • the culture medium can also be used as a standing or shaking culture in suitable Erlenmeyer flasks with cotton stoppers on a horizontal shaker (50 rpm) for 4 to 8 weeks in a climatic chamber in the dark at 22 ° C. and 70 ⁇ 5% rel. Humidity can be produced. 3. Mushroom treatment of spruce wood
  • the introduction of the mushroom-containing liquid medium and the actual exposure time or fungus treatment of the spruce was carried out under sterile conditions in a specially prepared incubator.
  • the incubator consists of a heat-resistant plastic container (PPC) with internal dimensions of 554 mm x 354 mm x 141 mm (source: WEZ Kunststoffwerk AG, CH-5036 Oberentfelden, item no. 6413.007) and a matching, modified lid with sight glass.
  • PPC heat-resistant plastic container
  • In this incubator were two in their dimensions and shape of the treated sound wood blanks (violet corners) adapted stainless steel treatment tanks and fitting recessed holders (Avemlagervorraumen), each with a corresponding filler pipe with 3 to 4 outlet openings, which within the incubator with a hose system ( made of heat-resistant material) and an inlet valve are connected.
  • the mushroom-containing liquid medium can be filled into the incubator under sterile conditions.
  • the two tonewood blanks to be treated (for a violin corner) are placed in the appropriate support devices in stainless steel treatment tanks.
  • the total amount of the mushroom-containing liquid medium required later for filling can be reduced by optionally filling a few glass beads as placeholders (volume displacer) in the lower area of the treatment tank.
  • the filling hoses were connected to the filling valves within the incubator container.
  • the incubator was tightly closed with the lids (with sight glass) and the entire container, including the sound wood blanks placed therein, under low heat, e.g. Sterilized with ionizing radiation.
  • a 10% negative pressure approximately 100 mbar
  • the supply line was stopped and the supply hoses emptied.
  • the incubator was then vented to normal pressure with a sterile microfiltered valve and incubated as a whole for the intended fungal treatment (exposure time) in a suitable air conditioning cabin.
  • the incubator with the wood samples surrounded therein by the fungus-containing, nanofibrillated cellulose-containing liquid medium was incubated for the required contact time (fungus treatment) in a suitable air conditioning cabin at 22 ° C. (and 70 ⁇ 5% relative humidity). F.) for 12 months.
  • fresh, oxygen-rich air was supplied under sterile conditions through the valve with the sterile microfilter.
  • the wood samples were cleaned and then sterilized with ethylene oxide. From each sample variant, a minimum of 5 replicates were tested in a micromechanical instrument to determine stress relaxation. Subsequently, the samples were analyzed by Fourier Transform Infrared Spectrometer (FT-IR) and Dynamic Water Vapor Sorption (DVS). 4. Removal and aftertreatment of the modified wood
  • the incubator is opened.
  • the fungus-treated wood samples lying in the treatment container were removed from the nanofibrillated cellulosic liquid medium completely grown by the fungus mycelium and carefully (with a metal spatula) carefully cleaned of superficially adherent mycelium.
  • the freshly picked, mushroom-modified wood chippings have a relatively high water content of z.T. more than 150 to 250% and must then be gently dried to avoid cracking (ring peeling).
  • the spruce boards store only in a climatic chamber (20 ' ⁇ ) and 80% rel. Moisture (possibly before in a container with a xylolonnen atmosphere to prevent mold fungus growth) and then over a period of several weeks successively in a climatic chamber at 65% and later at 50% rel. Damp dried down.
  • the apparent density p R of the various wood samples before and after the fungus treatment is shown in FIG. 2.
  • the average weight loss on the fungal treated wood samples was 3.3% ⁇ 0.9%. From Fig. 2 it can be seen that with decreasing bulk density of the wood lower mass losses were recorded. In the high-quality sound wood (low bulk density) the highest, in the inferior wood (high bulk density), the lowest mass losses were recorded.
  • ⁇ 0 is the initial voltage and o t is the voltage after 120 seconds of relaxation.
  • the most important acoustic properties that are used for the selection of sound wood for musical instruments are the damping (tanö) and the sound radiation (R).
  • High-quality sound wood has a high sound radiation (R).
  • R describes how strongly the vibrations of a body are damped due to the sound radiation.
  • the attenuation of sound refers to any kind of reduction of the sound intensity that does not necessarily have to do with a reduction of the sound energy, for example by divergence, ie by distributing the sound energy over a larger area.
  • Both properties were examined on untreated controls and on fungal treated wood. The vibration characteristics of wood samples were measured before and after fungal treatment (as described under 5.4) at a relative moisture content of 65%. The results show that both the sound radiation and the attenuation in the fungus-treated wood increase significantly (FIGS. 5-6).
  • the color measurements were made on wood samples with a tristimulus colorimeter (Konica Minolta) at wavelengths between 360-740 nm.
  • the device allows the non-contact measurement of brightness and color at a measuring angle of 1 °.
  • the color coordinates were determined for fungus-treated and freshly beaten wood and the color index was calculated as follows:
  • E * V (L * ) 2 + (a * ) 2 + (b * ) 2
  • L * defines the brightness from 0 (black) to 100 (white) while a * defines the ratio of red (+60) to green (-60) and b * the ratio of yellow (+60) to blue (-60) specify.
  • E * which by definition is the length of a vector in the color space spanned by L * , a * and b * Change vector ⁇ * , which connects the color point (L 0 * , a 0 * , b 0 * ) before color change with the color point (L, aA bi * ) after color change:
  • the size ⁇ * is also called the color difference.
  • FIG. 8 shows the time profile of the color difference ⁇ * of sound wood (open circles) and lumber (filled circles) after a different duration (4-12 months) of the fungus treatment compared to the untreated state.
  • the dashed line is the color difference an old wood sample (Rougemont) compared to a freshly cut sample of the same wood species shown.
  • C Ring vibration
  • the different composition of freshly cut wood has an influence on the interaction with moisture, eg sorption dynamics, moisture capacity and dimensional stability of the material.
  • moisture eg sorption dynamics, moisture capacity and dimensional stability of the material.
  • These changes will also have an impact on the wood anatomy and supermolecular structure of the cell walls, which in turn have a significant impact on the vibro-mechanical properties of the wood.
  • water molecules As water molecules enter the woody cell wall, they are taken up by the surfaces of the cellulosic microfibrils and the matrix consisting of lignin and hemicellulose.
  • the method of fungal wood modification described here leads to a temporal reduction of the stress relaxation of the material under various mechanical (eg tuning) and physical (eg air humidity fluctuations) boundary conditions, which is of crucial importance for the stability and sound quality of musical instruments made of wood.
  • the striking similarities between naturally aged and fungus treated wood show that the fungus treatment is a valuable wood modification process for the accelerated aging of tonewood.
  • the following a fungus-treated violin in a blind test at the Osnabrück Baumrius in 2009 is very likely due to the similarity of the mechanical and hygroscopic stability of mushroom-treated and old wood.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Verbesserung der akustischen Eigenschaften von Fichten-Klangholz für Musikinstrumente wird mindestens ein Klangholzrohling unter kontrollierten, sterilen Bedingungen einer Behandlung mit Physisporinus vitreus unterzogen. Dabei wird der vorgängig sterilisierte Klangholzrohling in ein mit Pilzmyzel angereichertes Flüssigmedium getaucht und darin während einer Einwirkungszeit im Dunkeln gehalten und abschliessend sterilisiert, wobei während der Einwirkungszeit eine Temperatur von 18 bis 26°C und eine relative Luftfeuchte von ungefähr 60 bis ungefähr 80% eingestellt wird. Dadurch, dass das Flüssigmedium nanofibrillierte Cellulose (NFC) in einem Anteil von 200 bis 300 g pro Liter enthält, wird eine reproduzierbare, gleichmässige und von lokalen Fehlstellen freie Verbesserung der akustischen Eigenschaften des Klangholzes gewährleistet.

Description

Verfahren zur Verbesserung der akustischen Eigenschaften von Fichten-Klanqholz
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der akustischen Eigenschaften von Fichten-Klangholz für Musikinstrumente. Weiterhin betrifft die Erfindung ein verbessertes Fichten-Klangholz für Musikinstrumente, sowie Musikinstrumente, insbesondere Streichinstrumente, deren Resonanzplatten aus derartigem Fichten-Klangholz bestehen.
Stand der Technik
Klangholz für Musikinstrumente (sogenanntes Resonanzholz) soll möglichst leicht sein, gleichzeitig aber einen hohen Elastizitätsmodul (E-Modul bzw. Young's Modul) und eine hohe Schallgeschwindigkeit besitzen. Es soll ferner astfrei sein und schmale, homogene Jahrringe sowie einen geringen Spätholzanteil (<20%) aufweisen. Nur wenige, sorgfältig ausgewählte Holzsortimente erfüllen diese strengen Qualitätskriterien.
Musikinstrumente, die während des späten 17. und frühen 18. Jahrhunderts gebaut wurden, besitzen im Vergleich zu zeitgenössischen Instrumenten vielfach bessere Qualitätseigenschaften. Eine der Hypothesen zur Erklärung dieses Unterschieds führt die besondere Holzqualität dieser Instrumente auf die als Maunder-Minimum bezeichnete Klimasituation zurück, die zwischen 1645 und 1715 herrschte und in der die längeren Winter und kühleren Sommer offenbar eine langsamere und gleichmässigere Holzbildung und damit einen geringeren Spätholzanteil bewirkten. Der berühmte Geigenbauer Antonio Stradivari verwendete in den letzten Dekaden seines Schaffens (der sogenannten "goldenen Ära") vorwiegend Fichtenholz von Bäumen, die während des Maunder- Minimums gewachsen waren. Diese Instrumente gelten seit langem als ein nur ganz selten wieder erreichtes Klangideal.
Die (akustische) Materialqualität von Klangholz wird allgemein durch den Quotienten c/p definiert, wobei c die Schallgeschwindigkeit und p die Rohdichte des Klangholzes be- deuten (Ono & Norimoto, 1983; 1984; Spycher, 2008; Spycher et al., 2008; Tab. 4). Die Schallgeschwindigkeit entspricht der Quadratwurzel aus dem Verhältnis von E-Modul (für Biegung längs zur Faser) zu Dichte. Der E-Modul ist ein von der Geometrie unabhängiger Materialwert; das Produkt aus E-Modul und Flächenträgheitsmoment ergibt die Biegesteifigkeit des Werkstücks (Ono & Norimoto, 1983; 1984; Spycher, 2008; Spycher et al., 2008). Die Schallgeschwindigkeit z.B. von Fichtenholz beträgt in Längsrichtung 4800 bis 6200 m/s, die mittlere Rohdichte 320 bis 420 kg/m3. Beide Parameter sind, wie viele andere Holzeigenschaften abhängig von der Holzfeuchte, was die Anforderungen an die Präzision und Infrastruktur für die Experimente aber auch an die Auswertung der Versuchsergebnisse erhöht. Von besonderem Interesse bei allen Massnahmen zur Verbesserung der Materialqualität ist der Einfluss, den relative Änderungen von E-Modul und Rohdichte auf die Schallgeschwindigkeit haben. Verändert sich bei einer bestimmten Massnahme der E-Modul (in %) etwa proportional zur Veränderung der Rohdichte (in %), so bleibt die Schallgeschwindigkeit annähernd gleich (die Materialqualität erhöht sich dann etwa umgekehrt proportional zu einer Verringerung der Rohdichte); ein solches Verhältnis relativer Änderungen von E-Modul und Rohdichte wird als„eng" bezeichnet (Ono & Norimoto, 1983; 1984; Spycher, 2008; Spycher et al., 2008). Verringert sich dagegen bei einer bestimmten Massnahme der E-Modul (in %) wesentlich weniger als die Rohdichte (in %), so wird die Schallgeschwindigkeit erhöht (die Materialqualität steigt dann mehr als umgekehrt proportional zu einer Verringerung der Rohdichte). Ein solches Verhältnis relativer Änderungen von E-Modul und Rohdichte wird als„weit" oder „gross" bezeichnet und ist zur Erzielung einer hohen Materialqualität von Klangholz sehr erwünscht (Schleske, 1998; Wegst, 2006). Klangholz mit einem weiten E-Modul- Rohdichte- Verhältnis ist jedoch in der Natur selten und folglich teuer (Bond, 1976;
Bucur, 2006).
Es wurden schon diverse Verfahren zur Verbesserung der akustischen Eigenschaften von Klangholz versucht. Insbesondere wurde in der EP 1734504 A1 vorgeschlagen, das Klangholz während einer begrenzten Behandlungszeit der Einwirkung einer holzzerset- zenden Pilzart auszusetzen. Dabei seien die Pilzart und die Behandlungsdauer derart zu wählen, dass durch die Behandlung einerseits eine Vergrösserung des Verhältnisses von Schallgeschwindigkeit des Holzes zu Rohdichte des Holzes erreicht wird und andererseits vorgegebene Mindestfestigkeitswerte des Klangholzes nicht unterschritten werden. Als Pilzarten wurden Asco- und Basidiomyceten aus der Familie der Leotiaceae, Polyporaceae, Schizophyllaceae, Trichlomataceae und Xylariaceae eingesetzt. Zur
Durchführung des Verfahrens wurde eine Futterbrettmethode verwendet, bei der das zu behandelnde Klangholz zwischen zwei pilzinfizierten Hölzern gleicher Abmessung platziert wird. In der Folge ergaben umfangreiche Untersuchungen, dass eine gegenüber dem Verfahren nach EP 1734504 A1 ausgeprägtere Verbesserung der akustischen Eigenschaften von Klangholz wünschenswert wäre. Insbesondere zeigte sich, dass keine der vorgeschlagenen Pilzarten den Dämpfungsfaktor des Klangholzes zu erhöhen vermag. Eine Erhöhung des Dämpfungsfaktors bei gleichzeitiger Verbesserung der akustischen Materialqualität mindert die hohen Töne des Instruments, die für den Hörer oft schmerzhaft klingen.
In dieser Hinsicht wurde überraschend gefunden, dass durch eine Behandlung mit Phy- sisporinus vitreus eine Verbesserung der oben erwähnten akustischen Materialqualitätswerte bei gleichzeitiger Erhöhung des Dämpfungsfaktors erzielen lässt, womit insgesamt eine Verbesserung der akustischen Eigenschaften erreicht wird (Schwarze, F.W.M.R., Spycher, M., Fink, S. (2008) Superior wood for violins - wood decay fungi a Substitute for cold climate. New Phytologist 179, 1095-1 104).
Ein Nachteil der bisher beschriebenen Verfahren liegt darin, dass sich eine gleichmässi- ge Besiedlung des Holzes durch die ausgewählten Pilze nicht gewährleisten lässt. Eine unregelmässige Besiedlung hat zur Folge, dass die akustische Materialqualität nur uneinheitlich oder sogar überhaupt nicht verbessert wird. Zudem birgt sie die Gefahr von unerwünschten Festigkeitsverlusten, Rissen und Spalten im Holz. Ausserdem hat sich herausgestellt, dass Physisporinus vitreus eine nur geringe Kompetitivität gegen andere Pilzarten aufweist und deshalb sehr anfällig auf Kontamination durch andere Spezies ist.
Im Fachartikel Fuhr, M.J. et al. (2012) Automated quantification of the impact of the wood-decay fungus Physisporinus vitreus on the cell wall structure of Norway spruce by tomographic microscopy. Wood Sei Technol 46,769-779 wird ein Verfahren zur automatischen Visualisierung und Quantifizierung von mikroskopischen Zellwandelementen von Fichtenholz beschrieben, das auch die durch Physisporinus vitreus hervorgerufenen Veränderungen aufzuzeigen vermag.
Die WO2012/056109 A2 beschreibt die Verwendung von aus Pflanzen gewonnener nanofibrillierter Cellulose in Form eines Hydrogels oder einer Membrane als Trägermaterial für verschiedenste Arten von Zellkulturen. Darstellung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Fichten- Klangholz für Musikinstrumente anzugeben, welches insbesondere eine Verbesserung der akustischen Eigenschaften, eine kürzere Verfahrensdauer und ein homogeneres Erzeugnis gewährleistet. Weitere Aufgaben der Erfindung bestehen darin, ein verbessertes Klangholz für Musikinstrumente, sowie daraus gefertigte Musikinstrumente bereit zu stellen.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäss gelöst durch das im Anspruch 1 angegebe- ne Verfahren, durch das im Anspruch 10 definierte Klangholz sowie durch das im Anspruch 1 1 definierte Musikinstrument.
Gemäss einem ersten Aspekt der Erfindung wird zur Verbesserung der akustischen Eigenschaften von Fichten-Klangholz für Musikinstrumente ein Klangholzrohling unter kontrollierten, sterilen Bedingungen einer Behandlung mit Physisporinus vitreus unterzogen. Dabei wird der vorgängig sterilisierte Klangholzrohling in ein mit Pilzmyzel angereichertes Flüssigmedium getaucht und darin unter Lichtausschluss während einer Einwirkungszeit gehalten und abschliessend sterilisiert. Das Flüssigmedium enthält nano- fibrillierte Cellulose (NFC) in einem Anteil von 200 bis 300 g pro Liter. Unter "kontrollier- ten, sterilen Bedingungen" wird im vorliegenden Zusammenhang eine Umgebung verstanden, in der zumindest die Temperatur und die relative Luftfeuchte in einem vordefinierten Bereich gehalten werden und eine Kontamination mit fremden Pilzspezies verhindert wird. Erfindungsgemäss wird eine Temperatur von 18 bis 26QC und eine relative Luftfeuchte von ungefähr 60 bis ungefähr 80% eingestellt.
Durch die anfängliche Sterilisation und die anschliessende Behandlung mit Physisporinus vitreus unter sterilen Bedingungen in einem geeigneten Inkubationsbehälter wird sichergestellt, dass der Prozess nicht durch Kontaminationen beeinträchtigt wird. Mit der abschliessenden Sterilisation wird die Wirkung von Physisporinus vitreus auf kontrollier- te Art und Weise gestoppt. Dadurch, dass das Flüssigmedium nanofibrillierte Cellulose (NFC) in einem Anteil von 200 bis 300 g pro Liter enthält, wird eine wesentlich verbesserte Effizienz des Prozesses erzielt, welcher somit deutlich schneller und homogener abläuft. Durch die erfindungsgemässen Massnahmen wird eine reproduzierbare, gleichmässige und von lokalen Fehlstellen freie Verbesserung der akustischen Eigenschaften des Klangholzes gewährleistet. Als Klangholzrohling ist generell ein plattenförmiger Abschnitt aus einem geeigneten Klangholz zu verstehen, der insbesondere zur Herstellung der Decke oder des Bodens eines Streich- oder Zupfinstrumentes vorgesehen ist. Im vorliegenden Zusammenhang handelt es sich ausnahmslos um Fichtenholz. Als Inkubationsbehälter für die Verfahrensführung unter sterilen Bedingungen ist generell ein verschliessbarer mediumdichter Behälter aus sterilisierbaren Materialien, beispielsweise aus einem autoklavierbaren Kunststoff geeignet. Weiterhin muss der Behälter so ausgerüstet sein, dass im Inneren eine kontrollierte Atmosphäre vorgegebener Feuchtigkeit einstellbar ist. Für die kontrollierte Zufuhr von Luft ist mindestens ein mit einem sterilen Mikrofilter ausgestaltetes Ventil vorgesehen.
Als mit Pilzmyzel angereichertes Flüssigmedium wird in an sich bekannter Weise eine gepufferte wässrige Lösung mit Nährstoffen verstanden, die mit Myzelproben einer Reinkultur von Physisporinus vitreus versetzt und danach während einer geeigneten Zeit angezüchtet wurde.
Erfindungsgemäss enthält das Flüssigmedium einen Anteil von 200 bis 300 g nanofibril- lierte Cellulose (NFC) pro Liter Flüssigmedium. Im vorliegenden Zusammenhang sind unter dem Begriff "nanofibrillierte Cellulose", auch als "NFC" abgekürzt, Cellulosefasern mit einem Durchmesser von ungefähr 3 nm bis ungefähr 200 nm und einer Länge von mindestens 500 nm sowie einem Aspektverhältnis (Länge : Durchmesser) von mindestens 100 zu verstehen. Typischerweise haben die NFC Fasern einen Durchmesser von 10 bis 100 nm, durchschnittlich 50 nm und eine Länge von mindestens einigen Mikrometern, und das Aspektverhältnis kann auch 1 Ό00 oder mehr betragen. NFC wird all- gemein durch ein mechanisches Zerkleinerungsverfahren aus Holz- und anderen Pflanzenfasern gewonnen; erste Beschreibungen gehen auf Herrick et al. (Herrick, F.W.; Casebier, R.L.; Hamilton, J.K.; Sandberg, K.R. Microfibrillated cellulose: Morphology and accessibility. J. Appl. Polym. Sei. Appl. Polym. Symp. 1983, 37, 797-813) sowie Turback et al. (Turbak, A.F.; Snyder, F.W.; Sandberg, K.R. Microfibrillated cellulose, a new cellulose product: Properties, uses, and commercial potential. J. Appl. Polym. Sei. Appl. Polym. Symp. 1983, 37, 815-827) im Jahr 1983 zurück. Das neue Material wurde anfänglich als mikrofibrillierte Cellulose (MFC) bezeichnet. Heutzutage sind jedoch neben dem Begriff MFC unterschiedliche Bezeichnungen wie Cellulose-Nanofasern (CNF), nanofibrillierte Cellulose (NFC) sowie Cellulose Nano- oder Mikrof ibrillen gebräuchlich. Es handelt sich dabei um ein semikristallines cellulosehaltiges Material aus Cellulosefa- sern mit hohem Aspektverhältnis (= Verhältnis von Länge zu Durchmesser), geringerem Polymerisationsgrad verglichen mit intakten Pflanzenfasern und entsprechend stark erhöhter Oberfläche, das beispielsweise durch einen Homogenisierungs- oder Mahlpro- zess gewonnen wird (Andresen, M.; Johansson, L.S.; Tanem, B.S.; Stenius, P. Properties and characterization of hydrophobized microfibrillated cellulose. Cellulose 2006, 13, 665-677). Im Gegensatz zu den geradlinigen "Cellulose-Whiskern", welche auch als "Cellulose-Nanokristalle" bezeichnet werden und die eine stabförmige Gestalt mit einer Länge von meist 100 bis 500 nm (je nach Cellulosequelle gibt es auch bis zu 1 μηι lange Kristalle) haben, sind Cellulose-Nanofasern lang und biegsam. Die daraus gebildete NFC enthält in der Regel kristalline und amorphe Domänen und weist aufgrund starker Wasserstoffbrückenbindungen eine Netzwerkstruktur auf (siehe z.B. Lu, J.; Askeland, P.; Drzal, LT. Surface modification of microfibrillated cellulose for epoxy composite ap- plications. Polymer 2008, 49, 1285-1298; Zimmermann, T.; Pöhler, E.; Geiger, T. Cellu- lose fibrils for polymer reinforcement. Adv. Eng. Mat. 2004, 6, 754-761 , Iwamoto, S.;
Kai, W.; Isogai, A.; Iwata, T. Elastic modulus of Single cellulose microfibrils from tunicate measured by atomie force microscopy. Biomacromolecules 2009, 10, 2571 -2576).
Es versteht sich, dass das erfindungsgemässe Verfahren grundsätzlich mit einem einzi- gen Klangholzrohling durchgeführt werden kann. In aller Regel werden jedoch allein schon aus Gründen der Effizienz mehrere Klangholzrohlinge gleichzeitig behandelt. Hierfür ist der Inkubationsbehälter zweckmässigerweise mit entsprechenden Ausnehmungen und Auflageelementen ausgestattet. Zweckmässigerweise kann das Verfahren insbesondere mit zwei Klangholzrohlingen durchgeführt werden, die zusammen eine Decke für eine Geige bilden.
Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. Vorteilhafterweise wird die Behandlung mit Physisporinus vitreus EMPA 642 durchgeführt (Anspruch 2).
Vorteilhafterweise wird während der Einwirkungszeit eine Temperatur von ungefähr 22QC, insbesondere im Bereich von 21 QC bis 23QC, und eine relative Luftfeuchte von ungefähr 70%, insbesondere im Bereich von 65 bis ungefähr 75% eingestellt (Anspruch 3).
Bei der Durchführung des Verfahrens wird die Einwirkungszeit vorzugsweise derart ge- wählt, dass folgende Festigkeitswerte des Klangholzes erfüllt sind (Anspruch 4):
Modul für Biegung längs zur Faser mindestens 7 GPa, vorzugsweise mindestens 10 GPa;
Druckfestigkeit längs zur Faser mindestens 24 N/mm2, vorzugsweise mindestens 34 N/mm2; und
- Druckfestigkeit quer zur Faser mindestens 3 N/mm2, vorzugsweise mindestens 4.2 N/mm2.
Durch die erfindungsgemässen Massnahmen lässt sich die Herstellung von Klangholz mit hervorragenden Eigenschaften unter Verwendung einer vergleichsweise kurzen Einwirkungszeit von 4 bis 6 Monaten bewerkstelligen (Anspruch 5).
Das für das erfindungsgemässe Verfahren verwendete Flüssigmedium wird vorzugsweise durch Inkubation eines mit Physisporinus vitreus beimpften NFC-haltigen Nährmediums unter kontrollierten pH-Bedingungen gewonnen (Anspruch 6). Vorteilhafterweise wird hierfür ein wässriges Nährmedium mit Fichtenholzextrakt und nanofibrillierter Cellu- lose vorgelegt und mit einer pilzhaltigen Flüssigmedium-Kultur oder mit pilzbewachsenen Sägemehlteilchen beimpft.
Die nach der mehrmonatigen Einwirkungszeit durchzuführende Sterilisierung des Klangholzrohlings kann grundsätzlich auf bekannte Art und Weise erfolgen. Vorzugsweise wird hierfür Ethylenoxid verwendet (Anspruch 7).
Als Folge des erfindungsgemässen Verfahrens kommt es zu einer Erhöhung des Farbindexes der behandelten Klangholzrohlinge. Vorzugsweise wird der im Farbraum (L*,a*,b*) definierte Farbindex E* um mindestens 14 erhöht (Anspruch 8). Ausserdem wird vorteilhafterweise eine Farbänderung des Holzes bewirkt, welche durch einen im Farbraum (L*,a*,b*) definierten Farbabstand ΔΕ* von mindestens 1 1 gekennzeichnet ist (Anspruch 9).
Gemäss einem weiteren Aspekt der Erfindung zeichnet sich das mit dem erfindungsge- mässen Verfahren hergestellte Fichten-Klangholz für Musikinstrumente dadurch aus, dass im Vergleich zu unbehandeltem Klangholz die Klangabstrahlung in Longitudinalrichtung um mindestens 20%, vorzugsweise um mindestens 24% erhöht ist und die Dämpfung in Longitudinalrichtung um mindestens 25%, vorzugsweise um mindestens 29% erhöht ist. Wie allgemein im Zusammenhang mit Holz üblich, wird auch im vorliegenden Fall zwischen "Longitudinal-", "Radial-" und "Tangentialrichtung" unterschieden. Die Longitudinalrichtung entspricht der Richtung des Baumwachstums, während sich die Radial- und Tangentialrichtungen auf die annähernd kreisförmigen Jahrringe beziehen. Beim Klangholz sind die Eigenschaften in Longitudinalrichtung für dessen akustische Eigenschaften, insbesondere also für den Klang einer Geige, besonders wichtig.
Noch ein weiterer Erfindungsaspekt betrifft ein Musikinstrument, insbesondere ein Streichinstrument, mit wenigstens einer Resonanzplatte aus erfindungsgemäss verbes- sertem Klangholz. Im vorliegenden Zusammenhang ist "Musikinstrument" im breitesten Sinn zu verstehen; insbesondere können derartige Resonanzplatten auch für Holzmembranen bei Lautsprecherboxen verwendet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben, dabei zeigen:
Fig. 1 gelelektrophoretische Auftrennung der RAPD-Fragmente unter Verwendung des Primers 08/9328; die Proben sind mit Untersuchunsgnummern gekenn- zeichnet (Tabelle 1 ), die Negativkontrolle (kein Templat-DNA) ist mit N bezeichnet; als DNA-Molekulargewichtsmarker wurde eine 100bp-Leiter (M) verwendet; Fig. 2 Massenverluste in Holzproben nach 12-monatiger Inkubationszeit mit Physi- sporinus vitreus: Rohdichte pR (Balken) und Massenverlust Am (Linie mit Quadraten) für drei verschiedene Holzarten; Fig. 3 (a) Beispiel für die Relaxation der Spannung (Stress) σ im Holz in Abhängigkeit von der Zeit; (b) Aufnahme einer Holzprobe vor und nach der Mikro- Biegebelastung;
Fig. 4 Spannungsrelaxation in Abhängigkeit zur Verformung unter Last in frisch geschlagenem Holz (Kontrolle), in pilzbehandeltem Fichtenholz und in alten
Holzproben (Testore, Rougemont);
Zunahme der Klangabstrahlung in longitudinaler Richtung in Holzprob ien nach 12-monatiger Inkubationszeit mit Physisporinus vitreus;
Zunahme der Dämpfung in longitudinaler Richtung in Holzproben nach 12- monatiger Inkubationszeit mit Physisporinus vitreus;
Veränderung der Gesamtfarbe (grün) und der Helligkeit (grau) von Klangholz (a) und Bauholz (b) nach unterschiedlicher Dauer (4-12 Monate) der Pilzbehandlung oder Lagerzeit; (c) frischgeschlagenes Holz (oben), 12 Monate pilzbehandelte Proben(mitte), alte Holzproben aus Rougemont (unten);
Farbabstand ΔΕ* von Klangholz (offene Kreise) und Bauholz (gefüllte Kreise) nach unterschiedlicher Dauer (4-12 Monate) der Pilzbehandlung gegenüber dem unbehandelten Zustand; die gestrichelte Linie zeigt den Farbabstand einer alten Holzprobe (Rougemont) gegenüber einer frischgeschnittenen Probe derselben Holzart; und
Qualitativer Vergleich der FT-IR Spektralabsorption für unbehandeltes Holz (Kontrolle), 12 Monate pilzbehandeltes Holz und altes Holz (Testore und Rougemont) bei verschiedenen Wellenzahlen. Bei einer Wellenzahl von 1508 und 1738 cm"1 wurden Spitzenwerte gemessen (gestrichelte Linien). Wege zur Ausführung der Erfindung Molekularbiologische Pilzbestimmung
Für die molekularbiologische Bestimmung von Physisporinus vitreus wurde ein klonspe- zifischer Primer entworfen und synthetisiert. Dadurch kann in einer Echt- Zeit-
Polymerase-Kettenreaktion (Echt-Zeit-PCR, Real-time-PCR) eine Sensitiviät von 10~5 erreicht werden. Der Nachweis von P. vitreus durch den Einsatz artspezifischer Primer in Kombination mit Pilz DNS-Extraktionstechniken direkt aus Holz wird erheblich vereinfacht, da bei der Durchführung der Identifizierung eine normale Standard PCR mit an- schliessender Gelelektrophorese genügt. Der Zeitaufwand dieses Verfahrens umfasst wenige Stunden und ist somit im Vergleich mit der konventionellen Methode deutlich schneller und effektiver, da auf die Herstellung von Reinkulturen verzichtet werden kann. Zudem ist die Gefahr der Fremdkontamination bei der Probenentnahme durch die Verwendung des spezifischen Primerpaares deutlich minimiert.
Um das Vorhandensein und die Eindringtiefe von P. vitreus zu detektieren wurden nach der herkömmlichen Methode kleine Proben aus dem Holzinneren unter sterilen Bedingungen entnommen und auf Nährmedien übertragen. Anschliessend wurden die Proben im Klimaraum für mehrere Tage inkubiert und auf Myzelwachstum des Pilzes unter- sucht. Als Bestimmungsmerkmale dienten makro- und mikroskopische Charakteristika des Myzels. Dieses Vorgehen bedarf mehrere Tage bis Wochen und ist mit Risiken der Fremdkontamination verbunden, die eine (Re-) Identifizierung von P vitreus erschweren. Als Alternative zu diesem zeitaufwendigen Verfahren können molekularbiologische Methoden dienen, die den 80er-Jahren zur Charakterisierung von Pilzen erarbeitet wurden (Schmidt and Moreth, 2006).
Um den oben erwähnten Qualitätskriterien einer zuverlässigen Identifizierungsmethode gerecht zu werden, wurden stammspezifische Primer für den eindeutigen Nachweis des Pilzes P. vitreus konstruiert. In Tabelle 1 sind die in diesen Studien eingesetzten Pilzar- ten aufgelistet. Die DNS Extraktion für die molekularbiologischen Studien erfolgte mittels dem Extract-N-Amp™ Plant PCR Kit der Firma Sigma Aldrich nach den Herstellerangaben. Tabelle 1 : Verwendete Pilzarten
Im ersten Schritt wurde für eine Stammdifferenzierung der eingesetzten Pilzarten eine RAPD-(Randomly Amplified Polymorphie DNA) PCR durchgeführt. Durch den Einsatz sehr kurzer Oligonukleotidprimer werden bei diesem Verfahren mittels PCR spezifische DNS-Bandenmuster erzeugt und für die Differenzierung verwendet. Hierbei handelt es sich um einige der gängigsten Methoden um eine schnelle Verwandtschaftsanalyse durchzuführen und unterschiedliche Isolate einer Art zu identifizieren (Schmidt and Mo- reth, 1998; Schmidt and Moreth, 2006). Insgesamt wurden DNA-Proben aus 1 1 Pilzar- ten (Tabelle 1 ) mit 10 Zufalls-1 Omer-Primern amplifiziert, und die elektrophoretisch aufgetrennten Bandenmuster ausgewertet (Fig. 1 ).
Für die Entwicklung eines spezifischen Primerpaares für P. vitreus wurde zunächst mittels der ITS 1 /ITS 4-Primerkombination von White et al. (1990) die ITS1 -5,8S-ITS2- Region der eingesetzten Pilzarten mit einem Thermocycler der Fa. Biometra amplifiziert. Zielregion der verwendeten Primer war die ribosomale DNA (rDNA). Sie besteht unter anderem aus kodierenden Genabschnitten 18S-, 5.8S- und 28S rRNA (bei Pilzen und anderen Eukaryoten), die konservativ sind (Schmidt and Moreth, 2006). Diese drei kodierenden Genabschnitte sind durch hochvariable Introns, die Internal Transcribed Spa- cers (ITS1 und ITS2) voneinander getrennt. Die erhaltenen PCR Produkte wurden anschliessend kommerziell gereinigt und sequenziert (Synergene, Zürich). Die Sequenz der ITS-Region von P. vitreus 642 wurde in der internationalen Datenbank EMBL hinterlegt (Zugangs-Nr. FM202494). Auf Grund der Artspezifität des ITS-Bereichs wurde die Sequenz von P. vitreus 642 verwendet, um mit Hilfe des Programm Clustal X sowie dem Basic Local Alignment Search Tool (Primer- BLAST) des National Center for Biotechnology Information (NCBI,
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/tools/primer-blast/) kurze DNS-Folgen (20 Basen) zu isolieren, die ausschliesslich bei der Pilzart P. vitreus vorkommen. Diese kurzen DNS- Sequenzen wurden synthetisiert (Fa. Microsynth) und als P. vitreus-spezifisches Pri- merpaar verwendet. Dadurch wird P. vitreus nicht mehr allein durch ein Bandenmuster unterschieden, sondern durch eine artspezifische PCR, bei welcher nur DNS von P. vitreus, für den das Primerpaar konstruiert wurde, die Erzeugung eines PCR-Produktes von 426 Basenpaaren zulässt. Die Auswertung bzw. die Differenzierung ist eindeutig, da sie nur entweder ein positives bzw. negatives Ergebnis liefert (Schmidt and Moreth, 2000; Schmidt and Moreth, 2006).
Hinterlegung von biologischem Material
Eine Probe des oben erwähnten Stamms Physisporinus vitreus EMPA 642 wurde beim Centraalbureau voor Schimmelcultures Fungal Biodiversity Centre (CBS-KNAW), einer anerkannten Hinterlegungsstelle (International Depository Authority (IDA)) gemäss Budapest Treaty seit 1981 , erfolgreich hinterlegt. Dem hinterlegten Material wurde die Accession Number (Zugangsnummer) FM202494 zugewiesen.
Beispiele
1. Pilzvorkultivierung
Zur Pilzanzucht wurde Physisporinus vitreus (EMPA Stamm Nr. 642 oder 643) auf einem geeigneten, sterilen Malz-Agar-Nährboden in Petrischalen (0 9cm) vorkultiviert. Sobald der Nährboden komplett vom Pilzmyzel von P. vitreus überwachsen war (nach ca. 12-16 Tagen) wurde in der Mitte des Nährbodens in jeder Petrischale unter sterilen Bedingungen ca. 2g steriles Fichten-Sägemehl (Teilchengröße < 2mm) eingefüllt. Nach weiteren 4 - 6 Wochen wurde das von P. vitreus komplett durchwachsene Sägemehlsubstrat zur Beimpfung des Flüssigmediums verwendet. 1. 1 Nährbodenzusammensetzung
- Malzextrakt 40g/Liter
- Agar (rein) 25g/Liter 1.2 Inkubationsbedingungen
22 ° C und 70 ± 5 % rel. Feuchte (im Dunkeln)
1.3 Herstellung von Flüssigmedium
Ein nanofibrilliertes cellulosehaltiges Nährmedium hat sich aufgrund von Vorversuchen als besonderes geeignetes Flüssigmedium zur Anzucht von P. vitreus erwiesen.
2. Nährmedium-Zusammensetzung
In Leitungswasser mit 10% Fichtenholzextrakt ):
- 300 g Nano-fibrillierte Cellulose / Liter
- 5.0 g Malzextrakt / Liter
- 7.1 g KCl / Liter ) Fichtenholzextrakt (ca. 200g Fichteholzsägemehl in 1 Liter Leitungswasser während 30 Minuten ausgekocht; 24 Std bei Raumtemperatur stehen gelassen und abfiltriert) 2.1 Beimpf ung des Flüssigmediums
1200 ml nanofibrilliertes cellulosehaltiges Flüssigmedium wurde im Dampfautoklaven für 20-30 Minuten bei 121 0 C sterilisiert und mit ca. 100 ml pilzhaltigem (nicht mehr als 8 Wochen alten) Flüssigmedium-Kultur (mit gleicher Zusammensetzung) oder bei der Be- impfung einer Flüssigmedium-Erstkultur mit frischen pilzbewachsenen Sägemehlteil- chen (ca. 1 - 2 g) wie unter Abs. 2 beschriebenen mit P. vitreus beimpft.
2.2 Inkubation
Die Inkubation des nanofibrillierten cellulosehaltigen Flüssigmediums erfolgte unter sterilen Bedingungen mit P. vitreus in einem Bioreaktor unter kontrollierten pH-Bedingun- gen (pH eingestellt auf 6.8 - 7.2 bzw. fakultativ unter kontrollierter Sauerstoffzufuhr). Die Drehzahl des Rührwerkes wurde gering eingestellt. Alternativ kann das Nährmedium auch als Steh- bzw. Schüttelkultur in geeigneten Erlenmeyerkolben mit Wattestopfen auf einem Horizontalschüttler (50 u/min) während 4 bis 8 Wochen in einer Klimakammer im Dunkeln bei 22° C. und 70 ± 5% rel. Feuchte hergestellt werden. 3. Pilzbehandluna von Fichtenholz
Das Einbringen des pilzhaltigen Flüssigmediums sowie die eigentliche Einwirkungszeit oder Pilzbehandlung des Fichtenholzes (Geigen-Deckenbretter aus Fichtenholz) erfolgte unter sterilen Bedingungen in einem speziell dafür angefertigten Inkubator.
3. 1 Aufbau des Inkubators
Der Inkubator besteht aus einem hitzebeständigen Behälter aus Kunststoff (PPC) mit Innenabmessungen von 554 mm x 354 mm x 141 mm (Bezugsquelle: WEZ Kunststoff- werk AG, CH-5036 Oberentfelden; Art. Nr. 6413.007) und einem passenden, modifizierten Deckel mit Sichtglas. In diesem Inkubator befanden sich zwei in ihrer Dimensionen und Form der zu behandelnden Klangholzrohlinge (Geigendecken) angepasste Behandlungsbehälter aus rostfreiem Edelstahl und passend eingelassenen Haltern (Auflagervorrichtungen) mit je einem dazu gehörigen Einfüllrohr mit 3 bis 4 Auslauföffnungen, welche innerhalb des Inkubatorbehälters mit einem Schlauchsystem (aus hitzebeständigen Material) und einem Einlass- Ventil verbunden sind. Mit diesem Aufbau lässt sich das pilzhaltige Flüssigmedium unter sterilen Bedingungen in den Inkubator füllen.
3.2 Vorbereitungen vor dem Einbringen des Flüssigmediums
Die beiden zu behandelnden Klangholzrohlinge (für eine Geigendecke) werden in die passenden Auflagevorrichtungen in Behandlungsbehälter aus rostfreiem Edelstahl gelegt. Die Gesamtmenge des später zur Befüllung notwendigen pilzhaltigen Flüssigmediums kann reduziert werden, indem optional im unteren Bereich des Behandlungsbehälters einige Glasperlen als Platzhalter (Volumenverdränger) eingefüllt werden.
Die Einfüllschläuche wurden innerhalb des Inkubatorbehälters mit den Einfüllventilen verbunden.
Der Inkubator wurde mit den Deckeln (mit Sichtglas) dicht verschlossen und der gesam- te Behälter inkl. den darin plazierten Klangholzrohlinge unter geringer Wärmeeinwirkung z.B. mit ionisierender Strahlung sterilisiert.
3.3 Einbringen des pilzhaltigen Flüssigmediums
Der zuvor sterilisierte und mit den zu behandelnden Klangholzrohlingen (Geigendecken) ausgerüstete Inkubator wurde unter sterilen Bedingungen einem 10% Unterdruck (ca. 100 mbar) ausgesetzt. Durch den Unterdruck im Inkubator kann unter sterilen Bedingungen über die zuvor ebenfalls sterilisierten Kunststoff schlauche und Ventile, welche direkt mit dem Bioreaktor oder einer Schüttel- bzw. Stehkultur verbunden sind, das pilz- haltige Flüssigmedium über das Einfüllrohr in die Behandlungsbehälter mit den Klang- holzrohlingen zugeleitet werden.
Sobald (über das Sichtglas im Deckel feststellbar) die Klangholzrohlinge gleichmässig von einer ca. 5 bis 10 mm dicken Schicht von pilzhaltigem Flüssigmedium bedeckt sind, wurde die Zuleitung gestoppt und die Zuleitungsschläuche entleert. Der Inkubator wurde dann mit einem sterilen Mikrofilter versehenen Ventil auf Normaldruck belüftet und als Ganzes für die vorgesehene Pilzbehandlung (Einwirkungszeit) in einer geeigneten Klimakabine inkubiert.
3.4 Inkubation von frischgeschlagenen, pilzbehandelten und alten Fichtenholzproben Zwillingsproben mit Dimensionen von 12 x 2.5 x 150 mm (Radial x Tangential x Longitu- dinal) von einer Rotfichte (Picea abies L.) entnommen. Der Baum wurde im Herbst 2009 in der Region Sufers gefällt. Die Rohdichte des Holzes betrug 370 kg/m3 bei einer relativen Holzfeuchte von 65 %. Die Holzproben hatten schmale Jahrringe und das Klangholz konnte der Qualitätsabstufung 'Master fine' zugeordnet werden. Einige Holzproben wurden als unbehandelte Kontrollen genutzt, die anderen wurden im Dunkeln bei 22 <C und 70% relative Luftfeuchte mit P. vitreus inkubiert. Für vergleichende Studien wurden alte Holzproben von einem Cello (Baujahr 1700, Geigenbauer Catenes) und von einem Balken aus einem historischen Haus in Rougemont (datiert auf 1756, Schweiz) welches für den Bau eines Cellos verwendet wurde, entnommen. Bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 65% betrug die Rohdichte der Holzproben von Testore and Rougemont 410 und 456 kg/m3. Ausserdem wurden Zwillingsproben von engringigem und weitringigesm Holz vor und nach der Pilzbehandlung untersucht. Ausserdem wurden Proben von weit- und engringigem Holz angefertigt. Von allen Holzproben wurden vor und nach der Behandlung Präparate mit einer Schnittstärke von 0.06 mm, 15 mm Länge und 1 .5 mm Breite mit einem Rotationsmikroskop angefertigt. Der Inkubator mit den darin von dem pilzhaltigen, nanofibrillierten cellulose- haltigen Flüssigmedium umgebenen Holzproben wurde für die erforderliche Einwirkungszeit (Pilzbehandlung) in einer geeigneten Klimakabine bei 22° C (und 70 ± 5% rel. F.) für 12 Monate inkubiert. Im Intervall von 2 bis 4 Wochen wurde unter sterilen Bedingungen über das Ventil mit dem sterilen Mikrofilter frische, sauerstoffreiche Luft zugeführt. Nach 12 monatiger Inkubationszeit wurden die Holzproben gereinigt und anschliessend mit Ethylenoxid sterilisiert. Von jeder Probenvariante wurde ein Minimum von 5 Replikaten in einem mikromechanischen Messgerät zur Bestimmung der Spannungsrelaxation untersucht. Anschliessend wurden die Proben mittels Fourier- Transformations-Infrarotspektrometer (FT-IR) und Dynamischer Wasserdampfsorption (DVS) untersucht. 4. Entnahme und Nachbehandlung des modifizierten Holzes
Nach erfolgter Pilzbehandlung wird der Inkubator geöffnet. Die in dem Behandlungsbehälter liegenden, pilzbehandelten Holzproben wurden aus dem komplett vom Pilzmyzel durchwachsenen nanofibrillierten cellulosehaltigen Flüssigmedium entnommen und mechanisch (mit einem Metallspatel) sorgfältig von oberflächlich anhaftendem Myzel gerei- nigt.
4. 1 Trocknung des Fichtenholzes nach der Pilzbehandlung
Die frisch entnommenen, pilzmodifizierten Klangholzrohlinge (Geigendecken) weisen einen relativ hohen Wassergehalt von z.T. mehr als 150 bis 250 % auf und müssen an- schließend zwecks Vermeidung von Rissbildung (Ringschäle) schonend getrocknet werden.
Zu diesem Zweck lagern die Fichtenbretter erst in einem Klimaraum (20 'Ό) und 80 % rel. Feuchte (evtl. zuvor in einem Behälter mit einer xylolhaltigen Atmosphäre zur Ver- hinderung von Schimmelpilzbewuchs) und werden dann über einen Zeitraum von mehreren Wochen sukzessive in einem Klimaraum bei 65 % und später bei 50 % rel. Feuchte heruntergetrocknet.
4.2 Sterilisation der pilzbehandelten Klangholzrohlinge
Nach der Trocknung und vor der Bearbeitung der pilzmodifizierten Klangholzrohlinge für den Instrumentenbau können diese fakultativ z.B. mit ionisierender Strahlung (unter geringer Wärmeeinwirkung) sterilisiert werden. 5. Masseverluste in pilzbehandeltem Holz
Die Rohdichte pR der verschiedenen Holzproben vor und nach der Pilzbehandlung ist in Fig. 2 ersichtlich. Der durchschnittliche Masseverlust Am der pilzbehandelten Holzproben betrug 3.3 %±0.9 %. Aus der Fig. 2 ist erkennbar, dass mit abnehmender Rohdichte des Holzes geringere Masseverluste verzeichnet wurden. Im hochwertigen Klangholz (geringe Rohdichte) wurden die höchsten, im minderwertigen Holz (hohe Rohdichte), die geringsten Masseverluste verzeichnet.
6. Spannungsrelaxation in pilzbehandeltem Holz
Mikromechanische Untersuchungen wurden unter Biegebelastung gemäss Burgert et al (2003) durchgeführt. Die Stärke der Holzproben wurde in der Mitte und an den Seiten der Proben mit einem Mikrometer Messschieber ermittelt. Breite und Länge (-10 mm), wurden unter dem Durchlicht-Hellfeld-Mikroskop vermessen. Die Proben wurden mit einer maximalen Belastung von 50 N belastet und die Versuche wurden mit einer Ge- schwindigkeit von 1 μηι/s durchgeführt (Fig. 3). Bei bestimmten Belastungsebenen wurde der Motor für 120 Sekunden ausgeschaltet um die Spannungsrelaxation zu messen. Die relative Spannungsrelaxation wurde wie folgt kalkuliert: σ0
wobei σ0 die Initialspannung und ot die Spannung nach 120 Sekunden Relaxation ist. In Fig. 4 wird die Spannungsrelaxation von frischgeschlagenem (Kontrolle), pilzbehandeltem und altem Holz verglichen. Die Spannungsrelaxation wurde anhand der Minderung zwischen der initialen und der effektiven Spannung nach 2 Minuten kalkuliert. Obwohl eine gewisse Streuung der gemessenen Daten verzeichnet wurde (Be- stimmtheitsmass: R = 0.6-0.82), ist zweifelsfrei ersichtlich, dass das pilzbehandelte Holz eine höhere Spannungsrelaxation besitzt als frisch geschlagenes Holz.
Das zeitabhängige, mechanische Verhalten eines Materials wie etwa die Spannungsrelaxation ermöglicht Rückschlüsse auf die Grösse und die Neuausrichtung wichtiger Zellelemente auf verschiedenen zeitlichen und räumlichen Ebenen (Cosgrove 1993). In den mikromechanischen Spannungsrelaxation-Tests wurde eine schrittweise Verminderung beobachtet, was vermutlich auf die Neuausrichtung verschiedener Zellwandbestandteile im Holz zurückzuführen ist. Wir vermuten, dass es zu einer Neuausrichtung der Holzfasern kommt, die über die Mittellamelle miteinander verbunden sind, wobei die Verzögerung auf die Einbettung der Zelllulosefibrillen in die amorphen Matrix von Hemizellulose und Lignin zurückzuführen ist. Die Unterschiede im Relaxationsverhalten zwischen frischgeschnittenem Holz, pilzbehandeltem Holz und altem Holz legen nahe, dass ein Materialabbau auf submikroskopischer Ebene erfolgt, welcher vor allem auf einem Abbau von Lignin und Hemizelluose beruht. Dies hat eine Spannungsrelaxation im Holz zur Folge (Köhler et al, 2002; Sedighi Gilani and Nävi 2007). Der Abbau der Zellwandmatrix (Hemizellulose und Lignin) um die eingebetteten Zellulosefibrillen herum hat wie- derum einen Einfluss auf die Schwingungseigenschaften bzw. verändert die Dämpfungseigenschaften des Holzes (Noguchi et al. 2012).
7. Klangabstrahlung und Dämpfung
Die wichtigsten akustischen Eigenschaften, die für die Selektion von Klangholz für Musikinstrumente herangezogen werden sind die Dämpfung (tanö) und die Klangabstrahlung (R). Hochwertiges Klangholz hat eine hohe Klangabstrahlung (R). R beschreibt wie stark die Schwingungen eines Körpers auf Grund der Klangabstrahlung gedämpft werden. Die Dämpfung des Schalls bezeichnet dagegen jede Art von Verringerung der Schallintensität, die nicht notwendigerweise mit einer Verringerung der Schallenergie zu tun haben muss, zum Beispiel durch Divergenz, also durch Verteilung der Schallenergie auf eine grössere Fläche. Beide Eigenschaften wurden an unbehandelten Kontrollen und pilzbehandeltem Holz untersucht. Die Schwingungseigenschaften von Holzproben wurden vor und nach der Pilzbehandlung (wie unter 5.4 beschrieben) bei einer relativen Holzfeuchte von 65 % gemessen. Die Resultate zeigen, dass sowohl die Klangabstrahlung als auch die Dämpfung im pilzbehandeltem Holz signifikant zunehmen (Fig. 5-6).
8. Farbmessungen
Die Farbmessungen wurden an Holzproben mit einem Tristimulus-Colorimeter (Konica Minolta) bei Wellenlängen zwischen 360 - 740 nm durchgeführt. Das Gerät erlaubt die berührungslose Messung von Helligkeit und Farbe bei einem Messwinkel von 1 °. Die Farbkoordinaten wurden für pilzbehandeltes und frischgeschlagenes Holz ermittelt und der Farbindex wie folgt kalkuliert:
E* = V(L*)2 + (a*)2 + (b*)2 Wobei L* die Helligkeit von 0 (schwarz) bis 100 (weiss) definiert während a* das Verhältnis von rot (+60) zu grün (-60) und b* das Verhältnis von gelb (+60) zu blau (-60) angeben.
Aus Fig. 7 können der Farbindex E* ab und die Helligkeit L* für frischgeschlagenes sowie für pilzbehandeltes Klangholz (a) und Bauholz (b) nach 4 bis 12 Monaten entnommen werden. Mit zunehmender Dauer der Pilzbehandlung nimmt der Farbindex zu, gleichzeitig nimmt die Helligkeit ab. Im Originalzustand wurde ein E* Index von 29.9 (±0.8) für frischgeschlagenes Klangholz (a) und Bauholz (b) ermittelt (Fig. 7a-b). Nach 12- monatiger Pilzbehandlung konnte ein Anstieg des E* Indexes von 44.5 (±1 .2) für pilzbehandeltes Klangholz (Fig. 7a) und von 41 .6(±0.6) für pilzbehandeltes Bauholz (Fig. 7b) verzeichnet werden .
Aus ästhetischer Sicht ist ein hoher Farbindex (E*) von Vorteil beim Geigenbau, da das Holz nach der Pilzbehandlung eine ältere Farberscheinung aufweist. Vergleichende Studien mit Farbmessungen an alten Holzproben (Rougemont von 1756, Schweiz) ergaben einen Farbindex E* = 37.2 und einen Helligkeitsindex L* = 73.7.
Die hier interessierenden Farbänderungen werden aber üblicherweise nicht nur durch die Änderung des Wertes von E* beschrieben, bei dem es sich definitionsgemäss um die Länge eines Vektors im von L*, a* und b* aufgespannten Farbraum handelt, Aussagekräftig ist insbesondere auch die Länge des Änderungsvektors ΔΕ*, der den Farbpunkt (L0 *, a0 *, b0 *) vor Farbänderung mit dem Farbpunkt (L , aA bi*) nach Farbänderung verbindet:
Die Grösse ΔΕ* wird auch als Farbabstand bezeichnet. In der Fig. 8 ist der zeitliche Verlauf des Farbabstandes ΔΕ* von Klangholz (offene Kreise) und Bauholz (gefüllte Kreise) nach unterschiedlicher Dauer (4-12 Monate) der Pilzbehandlung gegenüber dem unbehandelten Zustand dargestellt. Zum Vergleich ist als gestrichelte Linie der Farbabstand einer alten Holzprobe (Rougemont) gegenüber einer frischgeschnittenen Probe derselben Holzart dargestellt.
9. FT-IR Analysen
In Fig. 9 sind die FT-IR Spektren von pilzbehandeltem Holz sowie von frischgeschlagenem Holz und von altem Holz (Testore und Rougemont) in der Region 1800-800 cm"1 abgebildet, wobei die Absorption bei 1508 cm"1, welche von der aromatischen Ringschwingung (C=C) von Lignin stammt, normiert wurde. Im alten Holz ist eine signifikante Erhöhung des Lignin-Polysaccharid-Verhältnisses bei einer Wellenzahl von 1738 cm"1 ersichtlich, welches auf einen Abbau von Hemizellulose zurückzuführen ist (Garcia Es- teban et al. 2006, Nagyvary et al. 2006, Ganne-Chedeville et al. 2012). Ähnliche Abbauprozesse wurden mittels FT-IR auch am pilzbehandelten Holz verzeichnet. Die Messungen ergaben, dass die absoluten Werte der Wellenzahlen 818, 589, 1051 , die repräsentativ für Hemizellulose und Lignin sind, verringert waren. Obwohl die Abbauprozesse der Polysaccharide und Lignin während der Pilzbehandlung und der natürlichen Alterung nicht identisch sind, kann angenommen werden, dass im Vergleich zum frischgeschlagenen Holz die physikalischen Eigenschaften und das Sorptionsverhalten bzw. das Quell-und Schwindverhalten vergleichbar ist. Im Vergleich zu frisch geschlagenem Holz konnten mittels FTIR Analysen deutliche
Veränderungen im Verhältnis von Lignin/Polysacchariden in pilzbehandeltem und altem Holz verzeichnet werden (Lehringer et al. 201 1 ; Sedighi Giliani et al. 2014a; Sedighi Gilani et al. 2014b). Ein deutlicher Unterschied war der geringere Anteil von Hemizellulose im alten Holz. Qualitative Studien bestätigen, dass sowohl Lignin als auch Hemizel- lulose zu unterschiedlichen Anteilen während der Delignifizierung des Holzes abgebaut werden (Lehringer et al. 201 1 ). Obwohl die Abbauprozesse von Lignin und Hemizellulose nach einer selektiven Delignifizierung und natürlichen Alterung nicht identisch sind, kann angenommen werden, dass sich ihre Zusammensetzung deutlich von frischgeschlagenem Holz unterscheidet. Vermutlich hat die unterschiedliche Zusammensetzung von frischgeschlagenem Holz einen Einfluss auf die Interaktion mit Feuchtigkeit z.B. Sorptionsdynamik, Feuchtekapazität und Formstabilität des Materials. Diese Veränderungen werden auch einen Einfluss auf die Holzanatomie und die supermolekulare Struktur der Zellwände haben, die wiederum einen wesentlichen Einfluss auf die vibro- mechanischen Eigenschaften des Holzes ausüben. Studien zeigen, dass eine zuneh- mende anatomische Homogenität der Holzstruktur die Vibrationseigenschaften, Biegesteifigkeit und Dämpfung des Holzes vorteilhaft beeinflussen (Jakiela et al., 2008, Stoel and Borman, 2008). Wenn Wassermoleküle in die verholzte Zellwand eindringen, werden sie von den Oberflächen der Zellulosemikrofibrillen und der Matrix, die aus Lignin und Hemizellulose besteht, aufgenommen. Die Aufnahme von Wassermolekülen über die Hydroxylgruppen zwischen den Holzpolymeren hat eine Reduktion der Biegesteifigkeit von Hemizellulose und Lignin in der Zellwand zur Folge, welche die Vibration und mechanischen Eigen- schatten des Materials beeinflussen. Die Dämpfung des Holzes wird mit zunehmender Erhöhung der relativen Feuchte signifikant erhöht (Hunt and Gril 1996, Sedighi Gilani et al 2014b), was sich negativ auf die Klangeigenschaften des Holzes auswirkt. Durch den Abbau von Hemizelluose in altem und pilzbehandeltem Holz wird der Einfluss der Feuchtesorption auf Vibrationen und mechanische Eigenschaften des Materials verrin- gert (mechano-sorptivity). Diese Erkenntnis wurde vor kurzem an mit P. vitreus inkubiertem Holz bestätigt (Sedighi Gilani et al 2014 b). Eine weitere Folge des Lignin- und He- mizelluloseabbaus in den Zellwänden ist die stärkere Exposition der kristallinen Zellulose und eine verbesserte Sorptionsstabilität des Holzes. Im Vergleich zu frischgeschlagenem Holz konnte an altem und pilzbehandeltem Holz ein beschleunigter Diffusions- prozess von Wassermolekülen mittels dynamischen Sorptionstests verzeichnet werden (Sedighi Gilani et al 2014 b).
Es ist wahrscheinlich, dass eine höhere Materialstabilität während einem Feuchteaustausch mit der Atmosphäre die Zuverlässigkeit der Vibrationseigenschaften und die zeit- abhängigen mechanischen Eigenschaften des Holzes z.B. Spannungsrelaxation und Kriechverhalten verbessern (Hunt and Gril 1996).
Die hier beschriebene Methode der pilzlichen Holzmodifikation führt zu einer zeitlichen Reduktion der Spannungsrelaxation des Materials unter verschiedenen mechanischen (e.g. tuning) und physikalischen (e.g. Luftfeuchteschwankungen) Grenzbedingungen, was von entscheidender Bedeutung ist für die Stabilität und Klangqualiät von Musikinstrumenten, die aus Holz gefertigt sind. Die erstaunlichen Ähnlichkeiten zwischen natürlich gealtertem und pilzbehandeltem Holz zeigen, dass die Pilzbehandlung ein wertvolles Holzmodifikationsverfahren für die beschleunigte Alterung von Klangholz ist. Der Er- folg einer pilzbehandelten Geige im Blindversuch an den Osnabrücker Baumpflegetagen in 2009 ist sehr wahrscheinlich auf die Ähnlichkeit der mechanischen und hygroskopischen Stabilität von pilzbehandeltem und altem Holz zurückzuführen.
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Netherlands or P.O. Box 85167, 3508 AD Utrecht, Netherlands
1 -3-3 Datum der Hinterlegung 16. Oktober 2015 (16.10.2015)
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0-5-1 Bevollmächtigter Bediensteter

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Verbesserung der akustischen Eigenschaften von Fichten-Klangholz für Musikinstrumente, wobei mindestens ein Klangholzrohling unter kontrol- Herten, sterilen Bedingungen einer Behandlung mit Physisporinus vitreus unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgängig sterilisierte Klangholzrohling in ein mit Pilzmyzel angereichertes Flüssigmedium getaucht und darin während einer Einwirkungszeit im Dunkeln gehalten und abschliessend sterilisiert wird, wobei während der Einwirkungszeit eine Temperatur von 18 bis 26QC und eine re- lative Luftfeuchte von ungefähr 60 bis ungefähr 80% eingestellt wird und wobei das Flüssigmedium nanofibrillierte Cellulose (NFC) in einem Anteil von 200 bis 300 g pro Liter enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Behandlung mit Physisporinus vitreus EM- PA 642 durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei während der Einwirkungszeit eine Temperatur von 21 QC bis 23QC und eine relative Luftfeuchte von ungefähr 65 bis ungefähr 75% eingestellt wird.
4. Verfahren nach Ansprüche 1 bis 3, wobei die Einwirkungszeit derart gewählt wird, dass folgende Festigkeitswerte des Klangholzes erfüllt sind:
Modul für Biegung längs zur Faser mindestens 7 GPa, vorzugsweise 10 GPa; Druckfestigkeit längs zur Faser mindestens 24 N/mm2, vorzugsweise 34 N/mm2; und
Druckfestigkeit quer zur Faser mindestens 3 N/mm2, vorzugsweise 4.2 N/mm2.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Einwirkungszeit 4 bis 6 Monate beträgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Flüssigmedium durch Inkubation eines mit Physisporinus vitreus beimpften NFC-haltigen Nährmediums unter kontrollierten pH-Bedingungen gewonnen wurde.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Sterilisierung des Klangholzrohlings mit Ethylenoxid durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Erhöhung des im Far- braum (L*,a*,b*) definierten Farbindexes E* um mindestens 14 bewirkt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine Farbänderung des Holzes bewirkt wird, welche durch einen im Farbraum (L*,a*,b*) definierten Farbabstand ΔΕ* von mindestens 1 1 gekennzeichnet ist.
10. Verbessertes Fichten-Klangholz für Musikinstrumente, hergestellt mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei im Vergleich zu unbehandeltem Klangholz die Klangabstrahlung in Longitudinalrichtung um mindestens 20%, vorzugsweise um mindestens 24% erhöht ist und die Dämpfung in Longitudinalrich- tung um mindestens 25%, vorzugsweise um mindestens 29% erhöht ist.
1 1 . Musikinstrument, insbesondere Streichinstrument, mit wenigstens einer Resonanzplatte aus verbessertem Fichten-Klangholz gemäss Anspruch 10.
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