gitarrenbau
Messungen
Hier geht es darum grundlegende Zusammenhänge beim Gitarrenbau mittels Spektralanalyse
zu ergründen. ( Was haben die einzelnen Teile zueinander im
Verhältnis zum Ton
für eine Bedeutung. Es geht hier nicht um "absolute" physikalische Ausmessungen, sondern
um einfache Versuche, wesentliche Zusammenhänge des Gitarrenbaus aufzuzeigen.)
Ich verwende dafür die unten abgebildete Versuchs-Gitarre.
Sie besteht aus einem 7,5 cm dicken Tannenholzklotz aus dem eine Gitarrenform ausgesägt
ist. Mittels einem Tannenholzbrett, aus dem die gleiche Gitarrenform ausgesägt wurde, können
nun Decken verschiedenster Art eingespannt werden. Das gleiche kann man mit dem Boden
machen.
Um möglichst regelmässige Bedingungen zu bekommen, habe ich auf einer Schiene einen
kleinen leisen Motor befestigt an dessen Achse ein Plektron fixiert ist, dass über 2 Saiten
schlägt. Dies wird im immer gleichen Abstand von 1.20 Meter zu einem
Grossmembran-Mikrophon mit dem Computerprogramm Spectra RTA ausgemessen.
(Das Gesamtvolumen wird bei den Grafiken auf der rechten Seite in einem vertikalen Balken mit einer den
Spektrallinien entsprechenden Farbmarkierung angezeigt . Da in den unteren Grafiken die Qualität leider
nicht mehr die beste ist, habe ich diese Markierungen farblich verstärkt. )
Bodenmessungen
Beim ersten Versuch geht es um die Bedeutung des Gitarrenbodens. Dazu sind drei
stark unterschiedliche Situationen ausgewählt. Die Decke ist bei allen Versuchen die gleiche.
Situation1: Versuchs-Gitarre ohne Boden,
Situation2: Versuch-Gitarre mit dünnem Boden,
Situation3: Versuchs-Gitarre mit dickem Novopanbrett-Boden
(Gemessen wurde die d und g Saite. Spactra RTA ist in eine Zwölfband Oktav-Skalierung
eingestellt. )
rosa Linie: Novopan
blaue Linie: ohne Boden
schwarze Linie: dünner Boden
Zuerst muss erwähnt werden, dass alle Schwingungen, die tiefer als der Grundton d (150 Hz)
sind, bis zirka 80 Hz aus Stör- und zwischen 80 und 150 Hz aus Schlaggeräuschen bestehen.
Diese Schlaggeräusche haben die grösste Dichte um 110 und 210 Hz. Das untere
Schlaggeräusch 110 Hz wird eigentlich nur von der Novopan-Version kräftig wiedergegeben,
die sowieso erstaunt, da sie im Gesamtvolumen noch vor der Version mit dünnem Boden
rangiert, und rein hörmässig am "basshaltigsten" wirkt. Vielleicht erstaunt es einige, dass
die Version ohne Boden am lautesten ist. Jeder Banjospieler aber weiss, dass ein Banjo ohne
Boden genauso laut ist , wie mit Boden. Bei der Trommel ist es sogar so, dass einfellige
Trommeln am lautesten sind. Auffallend ist dass diese Version in den Frequenzspitzen fast
immer vorne liegt. Vom Hören her wirkt sie dobroartig hell; also mit wenig
Bass-Anteilen.
Gesamthaft gesehen liegen aber alle drei Versionen nahe beieinander; in einem Abstand
von etwa 2 dB.
Referenz-Messung
Nun folgt eine Messung, wo drei Mal auf der Versuchs-Gitarre die gleiche Decke
aufgespannt wurde, also dreimal versucht wurde die gleiche Situation wieder zu erreichen.
Hier geht es darum zu zeigen, wie gross die Schwankungen bei dieser Messmethode
ausfallen, wenn Decken gewechselt werden.
(Es wurde hier die a und h Saite gemessen. )
Die Versuche rosa und grau sind im Gesamtvolumen gleich, obwohl in den einzelnen
Bändern Unterschiede bestehen. Der grüne Versuch ist gesamthaft gesehen etwa 0,5 dB
lauter. Erstaunlich ist, dass in den einzelnen Frequenzspitzen Unterschiede bestehen,
die sich aber auf das Gesamte gesehen wieder ausgleichen. (Ist eine Variation an einer
Stelle lauter als die andern, so ist sie an einer andern Stelle dagegen leiser.)
Dies ist so in etwa der Referenzmassstab für den Teil der weiteren
Messungen, wo Decken
getauscht werden müssen.
Lackmessungen
Acryllack
Beim nächsten Versuch gehe ich der Frage nach, wie Lacke auf den Ton wirken.
Zuerst habe
ich eine unlackierte Decke auf die Versuchs-Gitarre aufgespannt und
gemessen.
Danach diese gleiche Decke mit Acryllack lackiert und von neuem ausgemessen.
(Ich habe hier mit der a und h Saite gemessen)
blaue Linie: ohne Lackierung
rosa Linie: Acryllack
Anhand der Grafik sind keine Unterschiede in der Lautstärke
feststellbar. Auch im sonstigen
Spektrum sind die Abweichungen minim. (Speziell wenn man es mit der Referenzgrafik
vergleicht.) Offensichtlich hat ein Acryllack (der weichste der zu Gitarrenbauzwecken
verwendete Lack) nur einen minimen Einfluss auf den Ton.
Schellack
Beim Resultat der folgenden Grafik war ich sehr überrascht, da Schellack ein hartes etwas
sprödes Material ist, das in kleinen glasartigen Plättchen geliefert wird und nach längerer
Zeit nach dem Auftragen sich wieder in seinen alten Zustand zurückverwandelt. Ich war
überzeugt, dass Schellack trotz Beliebtheit nicht sonderlich gut abschneidet.
rosa Linie: Decke mit Schellack, Trocknungszeit etwa 3 Wochen
grüne Linie: Decke ohne Schellack
Die Gesamtlautstärke ist auch hier so ziemlich gleich.(Speziell wenn man die
Referenzgrafik berücksichtigt.) Im Vergleich zum Acryllack sind aber die Lautstärkenspitzen
in den einzelnen Frequenzbändern unterschiedlicher, was aussagt, das eine grössere
Veränderung in der Tonqualität stattfindet. Z.B. ist der Grundton a (220 Hz) bei der Version
ohne Schellack etwa um 4 dB stärker als bei der Version mit Schellack, die aber um etwa 2 dB
stärker ist beim ersten Oberton (440 Hz) und dann ebenfalls in den Höhen.
Balkenmessungen
Bei diesen Versuchen geht es darum aufzuzeigen, wie stark die Balken auf den Ton einwirken.
Ich habe hier eine Pappelsperrholzdecke(3,2mm) mit Balken versehen und ausgemessen und
danach, als nächste Situation, die Seitenbälkchen eliminiert und als letzte Messstation
die Hauptbalken dezimiert.
Natürlich ist dies aus statischen Gründen nur mit einer Sperrholzdecke möglich
(Ich habe hier mit der a und h Saite gemessen)
rosa Linie: Sperrholzdecke mit allen Balken
graue Linie: Sperrholdecke ohne Seitenbälkchen
grüne Linie: Sperrholzdecke ohne Seitenbälckchen und mit stark dezimierten Hauptbalken
Versuch rosa und grau sind etwa der Gesamtlautstärke gleich. Versuch grün ist etwa 1dB
lauter, was wahrscheinlich auf das enorm erhöhte(+14dB) dumpfe Anschlagsgeräusch (110Hz)
zurückzuführen ist, was man sehr gut hören kann. Im Grundton a
(220Hz) ist die rosa Version
am stärksten(+2,5dB). Beim Grundton h (500Hz) sind alle etwa gleich. Bei den Obertönen
herrschen wieder die teilweisen doch recht beträchtlichen Schwankungen, die sich aber
gesamthaft gesehen ausgleichen.
Summa summarum war ich erstaunt wie wenig sich diese drastischen Balkenverminderungen
auf das Gesamtvolumen auswirken.
Bei dem zweiten Balkenversuch habe ich auf eine Fichtenholzdecke Balken roh, also unbeschnitzt,
angebracht . Dies ergab die erste Messung. Danach habe ich die Balken wie üblich zugeschnitten,
und von neuem ausgemessen .
(a und h Saite)
rosa Linie: Balken zugeschnitten
graue Linie: Balken roh
Auch hier wird das Resultat vom vorherigen Versuch bestätigt! Das Gesamtvolumen ist in etwa
gleich, ja die Version mit rohen Balken ist sogar leicht lauter.
Erstaunlich ist hier, dass bei der Rohbalkenversion der Grunton a (220 Hz) fast 6 dB lauter ist als bei der
Version mit beschnittenen Balken. Ebenfalls lauter die darauf folgenden Grundtöne.
Beim Grundton h (500 Hz) ist es dann genau umgekehrt. Die Beschnittene Version ist dort satte 8 dB
lauter als die rohe, ebenso die darauf folgenden Grundtöne.
So scheinen die Balkenlagen ob viel oder wenig nicht die Gesamtlautstärke zu beeinflussen,
sondern das Klangspektrum und die Klangfarbe.
Schalllochmessungen
Beim diesem Versuch habe ich die Versuchsgitarre mit einem Boden versehen und bei der ersten
Messung eine Fichtendecke ohne Schallloch, nur mit ganz kleinem Druckausgleichsloch versehen (1cm),
aufgespannt. Bei der zweiten Messung habe ich nun aus der Decke ein normales Schallloch (10cm)
ausgesägt.
rosa Linie: ohne Schallloch
grüne Linie: mit Schallloch
Bei diesem Versuch war ich verblüfft, denn ich ging davon aus, dass beide Versionen so in etwa
gleich laut sind, sich aber im Klangspektrum unterscheiden. Nun ist aber die Version ohne Schallloch
etwa 3 dB lauter als die mit Schallloch. Auch sind die Grundtöne a und h (220 / 500 Hz) und die darauf
folgenden Obertöne beträchtlich lauter bei der schalllochlosen Version. Das Anschlagsgeräusch und
die Höhen um 2000 Hz sind dafür stärker bei der Lochversion, was
aber nicht so tonrelevant ist.