Akustik der Blechblasinstrumente

Akustik der
Blechblasinstrumente
Stefanie Franer, Dorothea Egger, Mario Egger, Thomas Oberleitner, Jakob Steiner

Trompete
Tuba
Posaune
Horn
Physikalische Grundlagen
Forschung
Inhalt

zylindrisch-konisches Blasinstrument
Zählt zu den Aerophonen
enge Mensur
Heute am meisten verbreitete Arten
- - Deutsche Konzerttrompete
- - Trompete mit Périnet- Ventilen
klangliche Unterschiede?
Trompete

Lippen = Generator; Instrument
= Resonator
Ton = Wechselwirkung zwischen
schwingenden Lippen und
stehenden Wellen in Luftsäule im
Instrument
Stehende Wellen =
Zusammentreffen neu angeregter
Schallwellen mit am Schallbecher
reflektierter Wellen
Tonerzeugung I
Spitzen = Frequenzen der
spielbaren Naturtöne
Es bildet sich im Instrument
eine stehende Welle.

Für Tonerzeugung
Erregerfrequenz der Lippen muss mit
der Eigenfrequenz des
Luftraumresonators synchronisiert
werden
klarer Ton: präzises Wechselspiel
zwischen hin- und rücklaufender
Welle
Ton v. 440Hz = Lippen schwingen
440x /Sekunde
Tonumfang: Fis – c3, danach vom
Spieler abhängig
Tonerzeugung II

Überblasen
Tonhöhe
Erhöhung der Lippenspannung
Überblasen jeweils zu dem Ton, dessen
Frequenz das nächste Vielfache der
Grundtonfrequenz bildet
Naturtonreihe
Tiefster spielbarer Ton: von
Gesamtrohrlänge abhängig
Höchster spielbarer Ton: vom Können
des Musikers abhängig
Chromatik: mit Erfindung der Ventile

Grober Aufbau I

Unterschiedliche Mensurteile
„Mensur“: Steigung der Weite
im Verhältnis zur Länge
Mundstück: Kessel, mit kurzer
sich konisch erweiternder Bohrung
Mundrohr: konisch erweitert
Hauptrohr: zylindrisch
(gleichbleibend) mit Maschinenteil
und Stimmzug
Schallbecher: Hyperbolisch
Gesamtlänge: etwa 137cm
Grober Aufbau II

Aufbau - Mundstück

Mundstück II
Rand: soll Lippenschwingung unterstützen – extreme
Formen sind zu vermeiden
Kessel: beeinflusst Klangfarbe + Leichtigkeit des Spiels
Schaft/Stengel: funktioniert wie eine Düse; entscheidet über
Stärke und Rasanz der Luftkompression
- Große Stengel: satter Ton, aber in Höhe träge + schwierig zu
blasen
- Enge Stengel: klingen schnell sehr hell und scharf

Aufbau - Ventile
Unterschied zw. Konzerttrompete und Jazztrompete
vor allem Ventile (seit 1813)

Tonhöhe durch Ventile
Rohrlänge wird technisch verändert (siehe
Abbildung)
1. Ventil: 2 Halbtöne tiefer
2. Ventil: 1 Halbton tiefer
3. Ventil: 3 Halbtöne tiefer
Griffkombinationen möglich
ermöglich chromatische Tonleiter

Klangunterschiede -
Ventile
Sehr umstritten - in Ö im Orchester nur
Konzerttrompete
Studie der Klangcharakteristik anhand der
Gegenüberstellung

Klangunterschiede –
Ventile II
Resultat: unabhängig von der Bauart zeigt jedes
Ventil die gleiche akustische Charakteristik ABER
Schlussfolgerung: akustische Charakteristik eines
Instrumentes = nicht abhängig von Bauart, sondern
von Positionierung des Ventils an der Achse der
Röhre abhängig!

Schallbecher I
bildet den Übergang vom Inneren des Instruments zur
Umgebungsluft
Hyperbolische Form
Weite: zwischen 123 – 133mm
Dr. Richard Smith (Arbeiten über Akustik der
Trompete): Chemische Zusammensetzung weit
weniger wichtig als Dicke des Schallstücks!
Experiment: Fiberglasschallstücke gleicher
Mensur/Dicke waren von Blechschallstücken vom
Klang nicht zu unterscheiden

Stärkere
Schwingung für
dünne
Schallbecher
Folge:
Vibration
scheinen die
höheren Frequen-
zen zu betonen
und die
Ansprache im
hohen Register zu
verstärken.
Schallbecher II

Akustikexperiment von Dr. Smith:
Profimusikern wurden Augen verbunden
Schallbecher III
mussten Fiberglas- von Metallinstrumenten unterscheiden
Fiberglasinstrumente wurden an Balance und Gewicht von
Metallinstrumenten angepasst konnten NICHT unterschieden werden
nicht einmal ein Kupferinstrument, wobei Kupfer als edelstes Material
angesehen wird
nachdem Augenbinde abgenommen wurde, entwickelte Kupferschallbecher
wunderschöne Klangeigenschaften
manche Musiker schwören auf ihre pers. Lieblingslegierung

Dämpfer I
entgegen der landläufigen Meinung nicht zur
Verminderung der Lautstärke, sondern
akustische Auswirkung auf Klangcharakter
3 Aspekte: Lautstärke, Tonhöhe, Klangfarbe

Drehventil
Geringer Betätigungsweg durch Hebelumlenkung
Dadurch ideal für schnelle Ventilbewegungen
Kompakte, kernige Klangfarbe (obertonreich)
Tuba
Zerlegen des Ventils nur mit Werkzeug möglich (z.B. für Wartung)
Im deutschsprachigen Raum verbreitet (z.B. Wiener Philharmoniker schreiben
Drehventilinstrumente vor)
Pumpventil (Perinetventil)
Massiver, schwerer Klang, sehr füllend
Größerer Betätigungsweg (wirkt sich am meisten bei der Tuba aus)
Somit sind schnelle Ventilbewegungen schwerfälliger
Einfach zu zerlegen (Reinigen, schmieren)
Verbreitet im amerikanischen oder englischen Raum

Ventiltechnik
Erfunden im Jahre 1813 von Friedrich Blühmel (Oberschlesien) und unabhängig
und zeitgleich von Heinrich Stölzel (Schneeberg im Erzgebirge)
Ventile sind „Umlenker“ des Luftstroms in dazwischengeschaltete Rohre
verschiedener Längen. Je länger das Rohr, desto tiefer der Ton.
Es gibt:
Drehventile
Perinetventile

Das Drehventil besitzt einen Ventilkörper mit zwei Kanälen,
der bei Betätigung des Ventils jedoch um 90° um seine
Hochachse rotiert.
Betätigung erfolgt über ein Hebelgestänge
Drehventil

Pumpventil (Perinetventil)
Das Pumpventil besitzt einen zylindrischen Ventilkörper, der
gegen Federdruck über eine Fingerkappe direkt betätigt wird

Stimmzüge sind Rohrbögen, die beweglich sind
und somit die Rohrlänge verändern können. In
der Regel gibt es für jedes Ventil einen
Stimmzug und zusätzlich einen
Hauptstimmzug. Jeder Bläser stellt sich die
Stimmzüge nach seinem eigenen Ermessen so
ein, dass eine möglichst perfekte Intonation in
allen Tönen erreicht wird
Ein Trigger ist nichts anderes als ein
leichtgägniger Stimmzug, der bequem über ein
Gestänge betätigt werden kann. Er ermöglicht
ein schnelles reagieren auf ein
Intonationsdefizit. Es gibt Trigger die die
Rohrlänge erweitern, aber auch welche, die sie
verringern.
Stimmzüge, Trigger
Trigger

Spieltechnik
Ton entsteht durch das Strömen der Luft durch die
gespannten Lippen
Zunge gibt Luftstrom frei
Verschiedene Zungentechniken nützlich für das Spiel
Einfache Zunge (ta)
Doppelzunge (ta ka)
Trippelzunge(ta ta ka)

Die Posaune

Stimmzug
Ausgleichsgewicht
Mundstück
Verschlussring
Schallbecher
Knopf
Die Teile der Posaune
Wasserklappe
Zug
Quersteg ( Außenzug)
Quersteg ( Innenzug)
Überwurfmutter

Das Mundstück
Rand
Kessel
Schaft

Posaunenarten
Tenorposaune
Jazzposaune

Bassposaune

Altposaune

Ventilposaune

Piccoloposaune

Sopranposaune

Barockposaune

Physikalische Grundlagen
Schallausbreitung beim Trichter
Akustische Impedanz

Bügelhorn (Horn, Tuba)– flacher Trichter
Leiser, sprechen leicht an
Leichter intonierbar
Ungenaue Abrisskante für Reflexion
Weniger Abstrahlung, mehr Reflexion in
Instrumentenkörper – stehende Welle
Steiler Trichter (Trompete, Posaune)
Hell, scharf, klar
Schwerer intonierbar
Scharfer Abriss
Direkte Abstrahlung
Trichter

Akustische Impedanz
Schalldruck/Schallfluss als Funktionen der
Frequenz am Eingang des Systems
Spezifische Materialimpedanz

Luft: 413.5 Ns/m 3
Stahl: 45 000 000 Ns/m 3
Wolfram: 104 000 000 Ns/m 3
-> Reflexion
Impedanz (II)

Typisch für Blechblasinstrument sind
Unterschiede zu
Holzblasinstr.
1. Ein Anblas‘ventil’ (gebildet durch die Lippen des Bläsers), dessen Öffnung
durch den Anblasüberdruck vergrößert wird.
2. Geringe Rückwirkung der schwingenden Luftsäule auf den
Erregungsmechanismus (die Lippen des Bläsers)
3. Die Verwendung von Ventilen anstelle von Tonlöchern, um die effektive
Rohrlänge – durch Hinzu- oder Abschalten von Rohrstücken – zur Erzeugung
von Zwischentönen zu variieren. Die Lippen bilden auch einen dehnbaren
Abschluß des Mundstück-Kessels.
Die Luftmasse des Schallkörpers hat nur geringe Rückwirkung auf die große
Lippenmasse. Daher müssen bei Blechblasinstrumenten die ersten Impedanz-
Maxima durch spezielle Mundstückform verstärkt werden.

Mathematische
Darstellbarkeit

Forschung bei
Blechblasinstrumenten
medizinisch-physiologische
material
historische

Damals - Heute
Die Lehre von den Tonempfindungen als physiologische
Grundlage für die Theorie der Musik (Hermann von
Helmholtz, 19. Jhdt.)
Historisch informierter Blechblasinstrumentenbau
(Hochschule der Kuenste Bern) – Synergie
Orchester/Hochschule/eidgenoessische Forschung

Materialforschung
It is generally accepted that wall vibrations have a negligible effect on
the sound of clarinets and organ pipes, yet no such conclusion can be
drawn about brass instruments.
viele Untersuchungen – viele verschiedene
Ergebnisse
Wand - Schalltrichter
Pyle Wogram has reported has reported that something differences seemingly in timbre as
insignificant that are related as lacquering to the composition the bell of a of French the
horn metal; can yet make Hoekje, a noticeable et al. have difference theoretically in the
perceived investigated sound. the However, contribution Smith has of reported bell
that vibrations something to the as sound important field of as a changing trombone the
material and concluded of the bell that has vibrations no effect make on the only sound a
of very trombones. small difference (30 to 40 dB less than
the contribution due to the air column).

Wanddicke

Wanddicke (II)

Trichter-/Wandschwingungen
widersprüchliche Ansichten
Forschung des Institut für Wiener Klangstil
und Spektrum

Wandschwingungen
Lateral vibrations of a trombone bell (Ando 1971)

Wandschwingungen (II)

Elektronische
Specklemuster Inferometrie

Erkenntnisse
Trichtergeometrie und Wandform und –material
haben eine Auswirkung, wenn auch nicht immer
wahrnehmbar.
Reperkussion auf das Mundstück als
Erklärungsmodell: Therefore, trumpets and French horns
may exhibit significant effects attributable to bell vibrations
while trombones and tubas may not.

Vielen Dank für die
Aufmerksamkeit!