How to write a CFA/DAGA `04 compliant manuscript

Kopplung zwischen Luftsäulen- und Wandschwingungen bei
Blasinstrumenten
Institut für Musikinstrumentenbau an der TU Dresden
Projektleiter: Dr.-Ing. Gunter Ziegenhals
Projektabschluss: Dezember 2002
Das Forschungsprojekt wurde aus Haushaltmitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft über die
Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" e.V. (AiF) gefördert. Der Bericht
ist über die Forschungsgemeinschaft Musikinstrumente e.V., 65191 Wiesbaden, Brunnenstraße 31, verfügbar.
Anhand der Ergebnisse der Untersuchungen zum abgestrahlten
Schall kann man feststellen, dass von der Wand keine direkten
Schallanteile an der Klangwahrnehmung der Instrumente beteiligt
sind.
Trompete Schilke Ton d
Punkt 177
Punkt 199
Schalldruckpegel / dB (0dB=1Pa)
-40
-50
-60
-70
-80
2000
3000
4000
-20
20
-40
-60
0
Frequenzlage Wandeigenmoden
-20
-80
-100
-40
-120
-60
-80
-140
Schalldruckspektrum 0°
2000
3000
4000
-160
5000
Zur Erzeugung und Aufrechterhaltung der unter normalen
Spielbedingungen festgestellten Wandschwingungen der Blasinstrumente werden zwischen 1% und im Extremfall 20% der
Leistung benötigt, die im abgestrahlten Schall steckt. Diese
Leistung geht entweder dem Ton verloren oder muss vom Spieler
zusätzlich aufgebracht werden. Es ist eine Größenordnung, die vom
Spieler bemerkt wird. Man kann diese Verlustleistung durch Minimierung der Schwingwege vermindern. Dies realisieren offensichtlich steifer gebaute Instrumente.
Es ist wahrscheinlich, dass der Musiker als Reaktion auf unterschiedliche Energieaufnahme der Wand seinen Ansatz und damit
die Klangfarbe des Instrumentes verändert, also ein indirekter
Wandeinfluss auf den Klang vorliegt.
Einflüsse auf die Resonanzen der Luftsäule konnten unter extremen
Bedingungen festgestellt werden. Sie sind jedoch selbst unter
diesen, im normalen Betrieb nicht zu erwartenden Bedingungen so
schwach, dass sie zwar unter Umständen vom Bläser gerade noch
wahrgenommen, aber problemlos ausgeglichen werden können.
Aussagen zum Einfluss des Materiales selbst können nicht
getroffen werden. Hierzu ist eine weitere Klärung verschiedener
Dämpfungsphänomene erforderlich.
-30
1000
0
40
Abbildung 2: Vergleich Luftschall- und Schwingungsspektrum
Tp Bach
Punkt 266
-20
5000
Frequenz / Hz
Punkt 29
-10
4000
Schwingungsspektrum Punkt 29
1000
2
0
1
3000
-100
Frequenzen der Wandeigenmoden
10
Tp Bach Ton b
2000
60
-2
Schwingungspegel / dB (0dB=1ms )
20
1000
2
Ziel des Forschungsprojektes war die Klärung des Einflusses des
Korpus, d.h. der Wand der Instrumente auf Klang und Ansprache.
Wesentliche Fragestellungen waren dabei der Energieanteil der in
die Wandschwingungen fließt und dessen Frequenzverteilung.
Weiterhin sollte geklärt werden, in welchem Maß er verändert
werden kann und wie dies den abgestrahlten Schall im Fernfeld
(beim Zuschauer) und im Nahfeld (am Spielerohr) beeinflusst. Es
schließt sich sofort eine weitere Frage an: Nehmen Spieler und
Zuschauer (Hörer) die Veränderungen wahr?
Modalanalysen liefern eine deutliche Modenstruktur der Instrumente, wobei erwartungsgemäß der Schallstückbereich in Bezug
auf die Schwingungsamplituden dominiert. Im Falle der Trompete
zeigte es sich, dass übliche Zusatzgewichte an der Unterseite der
Ventile die modalen Eigenschaften nicht nachweisbar beeinflussen.
Messungen der Betriebsschwingungen zeigten, dass die Dominanz
der Schallstückschwingungen im Betriebszustand nicht gegeben ist.
Der relativ starre Ventilbereich weist im Gegensatz zu den
Eigenschaften der Eigenmoden recht hohe Schwingungspegel auf.
Die Instrumente verhalten sich in ihrer Gruppe jeweils recht
ähnlich. Ein Zusammenhang zwischen Schwingungspegel und
Gesamtmasse der Instrumente ist nicht erkennbar.
Schwingungspegel / dB (0dB=1m/s )
Zusammenfassung
5000
Frequenz / Hz
Abbildung 1: Spektren der Betriebsschwingungen an
verschiedenen Wandpunkten; Messpunkte: 29-Schallstück,
177-Mitte Schallstückbogen, 199-Unterseite zweites Ventil, 266Mundstückzwinge; Strichlinien markieren die Frequenzen der
Wandmoden
Veröffentlichungen zum Projektthema
Ziegenhals, G.: Wandschwingungen von Metallblasinstrumenten;
Fortschritte der Akustik – DAGA 2006
Ziegenhals, G.: To the influence of the wall oscillations at brass
instruments; Vienna Talk 2010
Der dominierende Anteil der Wandschwingungsenergie steckt in
den erzwungenen Schwingungen. Erreger dieser erzwungenen
Schwingungen ist die schwingende Luftsäule. Den Wandeigenmoden kommt offensichtlich hierbei nur eine untergeordnete
Bedeutung zu.
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