Schwingungsübertragung an Grenzflächen bei Gitarren

[Theo Sexton]

Ich habe mal eine Frage bzw. Anregung: Gitarren sind - wie andere Instrumente auch - schwingende Systeme. Mich interessiert die Schwingungsübertragung an Grenzflächen von Medien mit unterschiedlicher Dichte. Man braucht nur einen Stab ins Wasser zu stecken, um die Lichtbrechung beim Wechsel des Mediums zu beobachten. Was mit akustischen Wellen in Wasser bzw. Helium geschieht, ist ja ebenfalls geläufig. In Gitarren gibt es nun sehr unterschiedliche Materialien wie Hölzer, Lacke und Metalle unterschiedlicher Dichte, mit unterschiedlichen Resonanzen, aber auch der Dämpfung und Veränderung von Frequenzen. Hat sich hier mal jemand mit dem Thema beschäftigt? Über auch konträre Beiträge würde ich mich freuen.

 

[gustavz]

Nur wg. Klarstellung: du fragst nach Akustik Gitarren?

 

[blechgitarre]

Buchtipp:
http://digital.bib-bvb.de/view/bvb_...r.do?dvs=&frameId=1&usePid1=true&usePid2=true

ich habs allerdings nicht ganz gelesen, und auch nicht ganz verstanden

 

[Statler]

@blechgitarre :
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Wir bitten um Entschuldigung."

 

[netstalker]

Es schwingt die Oberfläche - der Lack kann nicht abers schwingen als das Holz, auf dem er aufgebracht ist - sonst würde der Lack in kürzester Zeit abbröckeln. Das heißt: die Oberfläche, die die Luft in Schwingung versetzt, ist alles was zu berücksichtigen ist.
Ob das jetzt ein Gummi-Lack oder feinster Nitro-Lack ist, steht auf einem anderen Blatt - denn durch die Lackierung wird die Oberfläche verändert - aber der "überhang" von Holz zu Lack ist hier irrelevant - das schwingende System ist immer als Ganzes zu betrachten.

 

[MS-SPO]

Gut, betrachten wir das Ganze einmal nur zweidimensional (2D).

Mich interessiert die Schwingungsübertragung an Grenzflächen von Medien mit unterschiedlicher Dichte. Man braucht nur einen Stab ins Wasser zu stecken, um die Lichtbrechung beim Wechsel des Mediums zu beobachten.

Dann kann man wellentheoretisch die Brechung auf unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeiten c1, c2 zurückführen. Je stärker sich beide unterscheiden, desto größer der Brechungswinkel.

In Gitarren gibt es nun sehr unterschiedliche Materialien wie Hölzer, Lacke und Metalle unterschiedlicher Dichte, mit unterschiedlichen Resonanzen, aber auch der Dämpfung und Veränderung von Frequenzen.

Nun, die Ausbreitungsgeschwindigkeiten werden hier nicht zu unterschiedlich sein. Selbst, wenn man den 2D-Fall irgendwie gescheit an der Gitarre herausgeguckt hat (entlang einer bestimmten Schnittfläche), dann wird da brechungsmäßig nicht viel passieren. Wenn Du beispielsweise die Lackdicke in Wellenlängen der akustischen Schwingung ausdrückst, dann ist die so dünn, dass andere Welleneffekte überwiegen werden (Beugung, Interferrenz, ...)

Allerdings hast Du Randbedingungen ohne Ende durch die beteiligten und räumlich begrenzten Formen.

Das heißt: die Oberfläche, die die Luft in Schwingung versetzt, ist alles was zu berücksichtigen ist.

Genau, das wäre dann ein vollständige Betrachtung in 3D. Überleg' einmal, wieviele Resonanzobjekte man dabei mitmodellieren müsste. Etwa diese hier:

• wenigstens eine Saite
• Longitudinal-, Transversal-, (Torsions-) und Biegewellen an mehreren Stellen (Hals, Körper, Saite(n) ...)
• Helmholtzresonator im Klangkörper
• Raumresonanzen
• Körperresonanzen des bedienenden Musikers
  
• Kopplungsfaktoren zwischen all diesen
• usw.

Die Frage ist ja, was Du aus so einer Betrachtung herausbekommen möchtest.

 

[Theo Sexton]

Nur wg. Klarstellung: du fragst nach Akustik Gitarren?

Das gilt für alle Instrumente. Wie wirkt sich die Brechung von Schwingungen an den Grenzflächen der Bauteile auf den Klang aus. Die einzelnen Bauteile haben Eigenresonanzen. Bei mehreren Bauteilen treten diverse Interferenzen usw. auf.

der Lack kann nicht anders schwingen als das Holz, auf dem er aufgebracht ist

Der Lack beeinflusst aber die Schwingung des Holzes. Die Geigenbauer, die versuchen Amatis, Guaneris oder Stradivaris nachzubauen, wissen ein Lied davon zu singen.

Und zu MS-SPO: Da hast Du völlig Recht. Herausbekommen möchte ich die Auswirkung auf den Klang. Das kann ja dann mal jemand, der Physik und Musik studiert, zum Thema seiner Doktor-Arbeit machen. Instrumentenbauer können aber auch ohne wissenschaftliche Dissertation auf ihre Erfahrung bauen.

 

[netstalker]

Der Lack beeinflusst aber die Schwingung des Holzes. Die Geigenbauer, die versuchen Amatis, Guaneris oder Stradivaris nachzubauen, wissen ein Lied davon zu singen.

Lesen: Genau das hab ich oben geschrieben - das Gesamtsystem ist zu betrachten.

Bei Elektro-Gitarren (ich meine damit die, die mit magnetischem Tonabnehmer arbeiten) ist der Einfluss irgendwelcher Gitarrenoberflächen vorhanden, aber gegenüber akustischen Istrumenten marginal. Bei der Elektrogitarre wird lediglich Schingungsenergie durch den Body verbraucht - was eigentlich negativ zu bewerten wäre - es wird daurch aber auch der Klang beeinflusst, in welc her Weise und in welchem Umfang ist ein essentieller Punkt in der Diskussion was den Klang einer Gitarre bestimmt. Theorien gibt es dazu unzählige - keine davon sind sicher reproduzierbar und sind somit keine Fakten sondern Vermutungen.

 

[blechgitarre]

@blechgitarre :
"Die Anfrage konnte nicht verarbeitet werden:
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Wir bitten um Entschuldigung."

https://www.spektrum.de/rezension/buchkritik-zu-physik-der-elektrogitarre/1336616
dieses Buch, gibt es auch im Net zum lesen

 

[Statler]

Ach, der Zollner, sag das doch gleich!
Wenn dessen "Physik der Elektrogitarre" erwähnt wird, schließt die Moderation spätestens zwei Tage später den Thread, weil nur noch alle verbal entgleisen.

 

[gustavz]

Ich denke wir werden übereinstimmen, dass bei E-Gitarren die Saiten-Schwingungen vom Pickup abgenommen und dann mehrfach verstärkt werden.
Das diese Schwingungen von allen möglichen Faktoren beeinflusst werden können, ist eigentlich auch klar.
Für mich ist dabei tatsächlich nur relevant, ob das Instrument gut einstellbar und bespielbar ist, sowie dass es konstruktionstypisch gut klingt.

 

[LoboMix]

Mich interessiert die Schwingungsübertragung an Grenzflächen von Medien mit unterschiedlicher Dichte.

Das entscheidende Stichwort dazu heißt "Impedanzwandler". Je unterschiedlicher die Schallkennimpedanz dieser unterschiedlichen Medien ist, desto weniger Schall wird vom schallerzeugenden System (hier: Saiten) auf den Resonanzkörper, der den Schall aufnehmen muss (hier: Gitarrenkorpus) übertragen. Diese Funktion übernimmt bei akustischen Saiteninstrumenten der Steg, der die Schwingungen der Saiten möglichst effektiv auf den Resonanzboden übertragen soll.
Hier gibt es dazu einen Artikel (betrifft allerdings die Geige): https://www.violinorum.com/de/steg/

Wenn die Schallkennimpedanzen der Medien nicht zu unterschiedlich sind, sind die Anforderungen an den Impedanzwandler geringer.
Sehr groß ist der Unterschied zwischen Luft und Flüssigkeiten, was vor allem beim Ohr deutlich zum Tragen kommt. Deshalb gibt es die Gehörknöchelchen, die über ihr Hebelsystem die Vibrationen des Trommelfells (schwingt mit dem Luftschall mit) auf das Innenohr (mit Flüssigkeit gefüllt) übertragen, so dass keine Verluste bzw. Reflexionen entstehen. Die Gehörknöchelchen fungieren hier als Impedanzwandler. (siehe hier: https://de.wikipedia.org/wiki/Gehörknöchelchen)

Bei Blasinstrumenten wie Trompete und Klarinette sind es die Schalltrichter, die diese Impedanzanpassung des Schalls der stehenden Welle im Instrument auf die Luft vornehmen.

Weitere Parameter wie die Beschaffenheit des Resonanzbodens selber (Größe, Dicke, Dichte der Holzfasern), aber auch die Lacke usw. haben definitiv einen klangformenden Einfluss, einen sehr großen sogar, aber wie andere schon erwähnten, spielen hier Grenzflächen keine Rolle.

 

[Theo Sexton]

Meinen Dank für eure Antworten. Sie füllen meine Wissenslücke - insbesondere auch durch die Querverweise von LoboMix.

 

[blechgitarre]

Ach, der Zollner, sag das doch gleich!
Wenn dessen "Physik der Elektrogitarre" erwähnt wird, schließt die Moderation spätestens zwei Tage später den Thread, weil nur noch alle verbal entgleisen.

wenn nur die schimpfen, die das Buch verstanden haben wäre hier Frieden