Dank der seitlichen Löcher, die es dem Musiker ermöglichen, die Länge der Luftsäule zu verändern, können auf Holzblasinstrumenten verschiedene Töne gespielt werden. Für alle modernen Instrumente wurde ein komplexes System von Klappen entwickelt, die diese Löcher öffnen und schließen.
Polster-Resonatoren
Ein Polster, meist aus lederbezogener Pappe, wird auf die Innenseite jeder Klappe geklebt und dient als Dichtung, damit keine Luft entweicht. Manchmal, insbesondere beim Saxophon, wird in der Mitte des Polsters ein Resonator angebracht. Resonatoren können unterschiedliche Formen haben (flach, kuppelförmig, wellenförmig ...) und aus verschiedenen Materialien bestehen (Kunststoff, Kupfer, Messing und sogar Gold!). Aber was genau ist die Aufgabe dieser Resonatoren?
Experimentelle Messung
Um ihre Rolle zu verstehen, haben wir ein kleines Experiment durchgeführt. Wir haben die Eingangsimpedanz gemessen (lesen Sie unseren Artikel überEingangsimpedanz: ein wichtiges Instrument zum Verständnis von Blasinstrumenten) eines zylindrischen Rohrs, das am Ende mit einem Schlüssel verschlossen ist. Wir haben drei identische Schlüssel mit unterschiedlichen Polstern verwendet: einen mit einem Metallresonator, einen mit einem Kunststoffresonator und einen ohne Resonator.
Die obige Abbildung zeigt, dass die erste Impedanzspitze des durch das Polster ohne Resonator verschlossenen Rohrs sehr niedrig ist, was bedeutet, dass das Polster viel Schallenergie absorbiert. Polster mit Kunststoff- und Metallresonatoren haben ein ähnliches Verhalten bei niedrigen Frequenzen: Sie reflektieren akustische Wellen viel stärker als das Polster ohne Resonator.
Wir haben auch die Eingangsimpedanz des offenen Rohrs gemessen, indem wir die Taste offen hielten (siehe Diagramm oben). Es zeigt sich, dass auch die Art des Polsters die Impedanz des offenen Rohrs beeinflussen kann. Dieser Effekt ist jedoch besonders ausgeprägt, wenn sich das Polster sehr nahe am Ende des Rohrs befindet.
Die obige Abbildung zeigt uns, dass die zweite und dritte Spitze durch das Polster ohne Resonator gedämpft werden, wenn es sich in einem Abstand von 1 mm vom Rohrende befindet. Das Polster ohne Resonator hat also eine absorbierende Wirkung auf hohe Frequenzen. Bei einem realen Instrument kann ein Abstand von 1 mm zwischen dem Polster und dem Loch jedoch nur in transienten Zuständen auftreten (wenn das Loch geöffnet oder geschlossen wird).
Der Abstand von 5 mm in der obigen Abbildung entspricht eher einer realen Situation, in der die Taste auf dem Saxophon ruht (offenes Loch). In diesem Fall ist der Unterschied in der Eingangsimpedanz zwischen den drei Polstern viel weniger offensichtlich, kann aber immer noch erkannt werden.
Auswirkung von Resonatoren auf die Eingangsimpedanz
Nun ist es interessant, die Wirkung der Resonatoren auf ein ganzes Saxophon zu untersuchen. In dieser Studie haben wir vier Yamaha YAS-480-Saxophone mit aufeinanderfolgenden Seriennummern verwendet. Wir haben zunächst die Eingangsimpedanz dieser Saxophone gemessen, die direkt aus der Fabrik kamen und mit Kunststoffresonatoren ausgestattet waren. Anhand dieser Messungen konnte festgestellt werden, dass die vier Instrumente sehr ähnlich waren, da sich ihre Impedanzen um weniger als 1 dB in der Amplitude und 5 Cent in der Frequenz unterschieden, was der Größenordnung der mit dem verwendeten Impedanzmesssystem erzielten Grenzgenauigkeit entspricht.
Dann blieben zwei Saxophone (Nr. 37 und 39) in ihrem ursprünglichen Zustand (mit Kunststoffresonatoren), während die beiden anderen mit neuen Polstern ausgestattet wurden. Das Saxophon Nr. 38 wurde mit resonatorlosen Polstern ausgestattet, während das Saxophon Nr. 40 mit Polstern mit Metallresonatoren versehen wurde.
In der obigen Abbildung ist zu erkennen, dass die Saxophone sehr ähnlich sind, mit Ausnahme von Saxophon 38, das niedrigere Impedanzspitzen aufweist. Dies steht in Gleichmäßigkeit mit dem oben beschriebenen Verhalten von Nicht-Resonator-Puffern auf einem zylindrischen Rohr. Wenn wir genau hinsehen, können wir erkennen, dass Saxophon Nr. 38 niedrigere Resonanzfrequenzen aufweist als die Resonanzfrequenzen der anderen drei Saxophone. Die Saxophone waren zuvor mit Resonatoren ausgestattet, so dass durch den Austausch der ursprünglichen Polster gegen solche ohne Resonatoren das Volumen der Schornsteine (bei geschlossenen Löchern) erhöht wird. Dadurch werden die Spielfrequenzen des Instruments tendenziell gesenkt. Auch die Amplitude wird um etwa 1 oder 2 dB von der 4. Impedanzspitze gesenkt. Kann man Unterschiede bei anderen Fingersätzen feststellen? Sie können die Griffweise des F3 sehen, bei der etwa die Hälfte der Seitenlöcher geschlossen ist. Bei dieser Griffweise sind die Resonanzfrequenzen des Saxophons Nr. 38 ebenfalls niedriger als bei den anderen Saxophonen, aber die Unterschiede sind weniger deutlich als beim Bb3. Beim F5, bei dem alle Löcher außer einem offen sind, gibt es fast keine Unterschiede zwischen den vier Saxophonen. Dies zeigt, dass die Wirkung der Polster in Bezug auf die Anzahl der geschlossenen Löcher kumulativ ist.
Schlussfolgerung
Als Fazit lässt sich sagen, dass Polster-Resonatoren einen messbaren Einfluss auf die Saxophonakustik haben. Der Reflexionskoeffizient des Polsters wird durch das Vorhandensein eines Resonators erhöht, wenn das Loch geschlossen ist, und die Amplitude der Impedanzspitzen des Saxophons wird um mehrere dB erhöht. Dieser Effekt ist umso größer, je mehr Löcher geschlossen sind. Aus akustischer Sicht ist der Begriff "Resonator" irreführend, da der Resonator nicht schwingt, sondern im Gegenteil dazu neigt, die Schwingungen des Polsters zu dämpfen. Ein "Resonator" könnte eher als "Reflektor" bezeichnet werden.
Und was sagen die Musiker dazu? Lesen Sie den zweiten Teil dieser Studie, um das herauszufinden:Polster-Resonatoren - Einfluss auf die Klangwahrnehmung
