Messung des Ausschwingverhaltens von Hackbrettern

Als Musikinstrumentenmacher (im speziellen als Hackbrettbauer) ist der Auftraggeber Herbert Rust immer wieder mit Kundenfragen bezüglich einer Vergleichbarkeit der Klangeigenschaften der Instrumente konfrontiert. Laut seiner Erfahrung ist das Ausschwingverhalten der Hackbretter ein wesentliches Qualitätskriterium.

Ein Hauptanliegen des Auftraggebers stellte es dar, eine Möglichkeit einer objektiven Vergleichbarkeit der Ausschwingverhalten der Instrumente nützen zu können, um einerseits das Bedürfnis der Kundschaft „ehrlich“ bedienen zu können. Zum anderen würde eine Messeinrichtung zum Vergleich der Ausschwingzeit als auch des Klanges auch Ihm als Instrumentenkonstrukteur in hohem Maß die Entwicklung neuer Instrumente, aber auch das Eingehen auf Kundenwünsche, erleichtern oder überhaupt erst ermöglichen.

Abb. 1: Steirisches Hackbrett

Leistungsbeschreibung

  • Ideenstudien
  • Vorbereitungsarbeiten für ein Forschungs-, Entwicklungs- und Innovationsvorhaben
  • Unterstützung bei der Prototypenentwicklung
  • Analyse von Technologietransferpotential
  • Analysen zum Innovationspotenzial des Unternehmens (Prozess, Produkt, Technologie)
  • Konzepte für technisches Innovationsmanagement (v.a. im Zusammenhang mit Analysen zum Innovationspotential des Unternehmens)

Nutzen und Ergebnis des Forschungsauftrages

Nicht nur, dass es durch die Nutzung des Innovationschecks dem Auftraggeber die Nutzung moderner wissenschaftlicher Methoden im Zusammenhang mit dem Instrumentenbau ermöglicht wurde, resultierten zwei wissenschaftliche Kongressbeiträge (hier zum herunterladen). Weiters wurde Herr Rust, auch auf Grund der Implementierung und Integration von Messtechnik in den Fertigungsprozess, vom Land Steiermark zum Innovativsten Klein- und Mittelunternehmers des Jahres 2010 gewählt. Überblick der Vorschungsarbeit Das steirische Hackbrett (Abb. 1) wird mit zwei (oder mehr) sogenanten "Schlegel" gespielt (siehe Abb. 2). Es gibt verschiedene ausführungsformen dieser Schlegel, meist kann der/die Musiker_in zwischen einer harten und weichen Seite wählen. Dies und die Variation von Anschlagparametern, wie in Abb. 3 skizziert führen zu einer Variationsmöglichkeit des erzeugten Klanges.

Überblick der Vorschungsarbeit

Das steirische Hackbrett (Abb. 1) wird mit zwei (oder mehr) sogenanten "Schlegel" gespielt (siehe Abb. 2). Es gibt verschiedene ausführungsformen dieser Schlegel, meist kann der/die Musiker_in zwischen einer harten und weichen Seite wählen. Dies und die Variation von Anschlagparametern, wie in Abb. 3 skizziert führen zu einer Variationsmöglichkeit des erzeugten Klanges.

 
Abb.2: links: Schlegel oder Hammer, eine Seite ist mit Leder bezogen und ermöglicht einen "weichen" Anschlag rechts: Anschlag am Instrument

Um nun für eine Vergleichbarkeit der Hackbretter einen reproduzierbaren Anschlag zu gewährleisten, ist eine kontrollierte Anregung mittels eines Anschlagautomaten notwendig.

 

 

φ Anschlagwinkel
α möglicher Rotationswinkel des Schlegels
β Variation des Anschlagwinkels in Bezug auf 90 Grad zu den Saiten
XPos Positionsvariation in Bezug Schlegel und Brücke
YPos Anschlagposition in Bezug zur Mitte der Saiten
F Anschlagkraft
v Anschlaggeschwindigkeit

 

 

Abb. 3: Variationsparameter des Anschlages

 

Anschlagautomat kurz vor dem Anschlag Anschlagautomat zum Zeitpunkt des Anschlages
Abb. 4: Anschlagautomat kurz vor dem Anschlag
Abb. 5: Anschlagautomat zum Zeitpunkt des Anschlages

Die Abbildungen 4 und 5 veranschaulichen den automatischen Anschlagvorgang. In der Schlegelhalterung ist ein Kraftaufnehmer integriert (siehe Abb. 6). Sobald der Schlegel auf den Saiten auftrifft, leitet dieser Sensor ein Signal an ein Computerinterface und leitet damit ein Automatisches hochziehen des Schlegels ein. Dadurch wird ein Prellen auf den Siten verhindert.

Aufbau des Anschlagautomats


Abb. 6: Aufbau des Anschlagautomats

Reproduzierbarkeit

Um ein Höchstmaß an Reproduzierbarkeit zu erhalten, können durch geeignete Stellschrauben und entsprechende Softwareeinstellung die oben diskutierten Parameter justiert werden. Die Steuersoftware übernimmt dabei auch die Aufgabe, den erzeugten Ton aufzunehmen und die zur weiteren Berechnung der Nachhallzeiten und Spektren notwendigen Signale zu generieren.

In einem direkten Vergleich Musiker - Maschine konnte die erhöhte Anschlagreproduzierbarkeit des Anschlagautomaten bewiesen werden. Dabei wurden je 5 Anschläge von einem Musiker und des Anschlagautomaten hinsichtlich der Nachhallzeiten verglichen. Nach jedem einzelnen Automatenanschlag wurde das Instrument entfernt und wieder neu positioniert. Trotzdem konnte mit der Maschine eine Standartabweichung von 0,12 und im Gegensatz dazu, der Musiker eine Standartabweichung von 1,23 erreichen (siehe dazu Abb. 7). Dies zeigt eindeutig, eine größere Wiederholgenauigkeit des Automaten. Für die doch noch verbliebene Restungenauigkeit des Anschlagautomaten sind vermutlich thermische Effekte innerhalb der Elektromagneten verantwortlich. Da aber durch den integrierten Kraftsensor die Anschlagkraft bekannt ist, kann das aufgezeichnete Klangsignal mit dieser Größe normalisiert werden und damit auch die Reproduzierbarkeit weiter erhöhen.

Abb. 7: Vergleich der Nachhallzeiten einer Note blau: Musiker , rot: Anschlagautomat

Abb. 7: Vergleich der Nachhallzeiten einer Note blau: Musiker , rot: Anschlagautomat

Da diese Apperatur in Zusammenhang mit der Steuersoftware auch für die Anregung von anderen Musikinstrumenten von großem Interesse ist, ist eine Adaption an andere Schlegelformen sowie eine generelle Weiterentwicklung angedacht.