Die Modalanalyse ist ein inspirierendes Werkzeug meiner Klangforschung.
Sie ermöglicht es, den großen alten Meistern – Stradivari, Guarneri del Gesù, Guadagnini oder Montagnana – gleichsam über die Schulter zu schauen.
Ihre Instrumente werden so nicht nur zu historischen Vorbildern, sondern zu gegenwärtigen Lehrern in meiner Werkstatt. Eine gute Geige besitzt über achtzig Eigenschwingungsformen in ihrem Spielbereich. Sie bilden einen akustisch unverwechselbaren, individuellen Fingerabdruck.
Violine von Antonio Stradivari (1721) – für einige Sternstunden der akustischen Forschung in meinem Labor.
Neben der Werkbank das hochmoderne Akustiklabor: digitale Signalprozessoren, Monitore, Schwingungssensoren und ein auf Kugellager-Schienen positionierbarer Messtisch.
Es zeugt von den akustischen Prozessen, die den Werdegang eines jeden Instrumentes begleiten.
Unsere Laborarbeit nimmt in der Anwendung wissenschaftlicher Akustik für den praktischen Geigenbau international eine Pionierrolle ein.
Die Erforschung der akustischen Geheimnisse Antonio Stradivaris:
Artikel
Experimentelle
Modalanalyse
Die experimentelle Modalanalyse zeigt die faszinierenden Eigenschwingungen einer Violine von Antonio Stradivari (1712).
Diese Violine wurde über viele Jahre von Pinchas Zukerman gespielt. Für Klangeinstellungen und vertiefte akustische Analysen war sie immer wieder für einige Stunden auf meiner Werkbank und in meinem Akustiklabor.
3D Animation der Eigenschwingungen
Erläuterung
Es handelt sich nicht um eine Simulation, sondern um die gemessenen Schwingungen des realen Instrumentes – in diesem Fall einer berühmten Violine von Antonio Stradivari aus dem Jahre 1712 („Schreiber-Stradivari“).
Für die Bildschirmanimation werden die Amplituden stark übertrieben, die Frequenzen stark verlangsamt dargestellt.
Zur Messung wird das spielfertige Instrument mittels Impulsgeber angeregt und mit hochsensiblen Körperschallsensoren abgetastet.
An jedem Gitternetzpunkt und in jeder Raumrichtung wird eine Übertragungsfunktion gemessen.
Um die feine Auflösung der Darstellung zu erreichen, waren 595 Messpunkte nötig.
Das Ergebnis lässt sich als Drahtgitteranimation oder durch animierte Höhenschichtlinien (Konturdiagramme) darstellen. Deutlich erkennbar sind etwa die Biegeschwingung des Griffbrettes, die Torsion des Saitenhalters sowie die tieffrequent atmende Bewegung des Korpus und die umlaufenden Knotenlinien im Bereich der fünf ersten Korpusresonanzen.
Mode 1 von 14
Frequenz: 276 Hz
Mode 2 von 14
Frequenz: 409 Hz
Mode 3 von 14
Frequenz: 448 Hz
Mode 4 von 14
Frequenz: 512 Hz
Mode 5 von 14
Frequenz: 680 Hz
Mode 6 von 14
Frequenz: 768 Hz
Mode 7 von 14
Frequenz: 817 Hz
Mode 8 von 14
Frequenz: 889 Hz
Mode 9 von 14
Frequenz: 1190 Hz
Mode 10 von 14
Frequenz: 1490 Hz
Mode 11 von 14
Frequenz: 1690 Hz
Mode 12 von 14
Frequenz: 1840 Hz
Mode 13 von 14
Frequenz: 1890 Hz
Mode 14 von 14
Frequenz: 2060 Hz
Animiertes Konturdiagramm der Eigenschwingungen
Erläuterung
Zur Phasenlage: Die blauen Bereiche schwingen mit einer Phasenverschiebung von 180° gegenphasig zu den gelb-roten Bereichen. So sind die monopolartigen Anteile der Schwingungsformen gut zu erkennen. Diese haben eine besonders wirksame Schallabstrahlung zur Folge.
Mode 1 von 13
Frequenz: 268 Hz
Mode 2 von 13
Frequenz: 409 Hz
Mode 3 von 13
Frequenz: 448 Hz
Mode 4 von 13
Frequenz: 513 Hz
Mode 5 von 13
Frequenz: 769 Hz
Mode 6 von 13
Frequenz: 817 Hz
Mode 7 von 13
Frequenz: 884 Hz
Mode 8 von 13
Frequenz: 1190 Hz
Mode 9 von 13
Frequenz: 1480 Hz
Mode 10 von 13
Frequenz: 1690 Hz
Mode 11 von 13
Frequenz: 1840 Hz
Mode 12 von 13
Frequenz: 1880 Hz
Mode 13 von 13
Frequenz: 2060 Hz
Mode 14 von 14
Frequenz: 2060 Hz
Grundlagenartikel
Entwicklung akustischer Werkzeuge:
Eine von uns entwickelte Auswertung der Modalanalyse ist die sog. »Modale Aktivität«. Diese erlaubt es, zwei unterschiedliche Instrumente in ihrem akustischen Eigenleben objektiv miteinander zu vergleichen und so Rückschlüsse auf die konstruktiven und akustischen Charakteristika des jeweiligen Meisters zu ziehen.
Wie ein feinsinniger Seismograph der Schwingungen erhebt sich die Modalanalyse zum vertrauten Mentor des zeitgenössischen Geigenbaus – ein Werkzeug, das Klanglandschaften sichtbar macht – ein Resonanzkompass für die schöpferische Hand des modernen Geigenbauers.
Abbildungen
Vergleich der Schwingungspegel zweier Violinen von Antonio Stradivari:
Schreiber-Stradivarius (anno 1721) – rote Farblegende vs. Turban-Stradivarius (anno 1721) – blaue Farblegende
Dargestellt ist die modale Aktivität: Gemittelte Admittanzpegel innerhalb eines vordefinierten Frequenzbandes (fu…fo) als Funktion des Ortes auf dem Geigenkorpus (Coord.).
Antonio Stradivarius (anno 1721) – rote Farblegende vs. Joseph Guarnerius del Gesu (anno 1733) – blaue Farblegende
Dargestellt ist die modale Aktivität: Gemittelte Admittanzpegel innerhalb eines vordefinierten Frequenzbandes (fu…fo) als Funktion des Ortes auf dem Geigenkorpus (Coord.).