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Funktionsweise der Gitarre

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Ein grundlegendes Problem das der Gitarrenbau mit sich bringt, ist die Klanggestaltung des Instrumentes. Es braucht schon eine langjährige Erfahrung um beim Planen, Konstruieren und dem letztlichen Bauprozess ein Gefühl dafür zu entwickeln, welche Eigenschaften das Instrument aufzeigen wird. Wird sie ausreichend kraftvolle Bässe haben, wird der Diskant die gewünschte Süße hervorbringen, bedient sie den Musiker mit genügend Sustain und trifft die Klangfarbe der eigenen Vorstellung den Geschmack der Musiker?

Über all diese Punkte sollte sich der Gitarrenbauer bewusst sein, bevor er sein Projekt in Angriff nimmt. Das ist jedoch ohne jegliche Erfahrung ein schier unüberwindbares Hindernis und so hält man sich zu Beginn an bekannte Konzepte die sich schon in der Vergangenheit bewährt haben und Erfolg versprechen. Die Basis dieses Konzeptes legte Antonio de Torres Mitte des 19.Jahrhunderts. Er wird als Vater der klassischen Gitarre angesehen und nahezu alle heute bekannten Gitarrenkonstruktionen gehen auf ihn zurück.

Um nun aber den Anforderungen der 'heutigen' Gitarristen gerecht zu werden reicht das bekannte System wie es Torres entwickelte nicht aus. Heutzutage wird nach mehr Lautstärke und Volumen verlangt, Kriterien die das altbewährte System nicht in der Lage ist umzusetzen. Wenn man nun aber solch gezielte Veränderungen im Instrument vornehmen möchte oder bestimmte Absichten und Vorstellungen mit einbringen will, dann sieht man sich plötzlich mit einer unzähligen Anzahl von Stellschrauben konfrontiert die sich wie ein Loch ohne Boden plötzlich im gesamten Instrument vorfinden lassen. Trial and Error war die Vorgehensweise der alten Meister. Das muss allerdings nicht der einzige Weg sein den man bestreiten kann um ein größeres Bewusstsein oder ein besseres Verständnis für die Funktionsweise der Gitarre zu erlangen. Die Wissenschaft, die sich in der jüngsten Vergangenheit immer deutlicher in den Gitarrenbau integriert hat, zeigt nun plötzlich Wege auf, die einem logischen und physikalischem Muster folgen und es dem Gitarrenbauer ermöglicht die Komplexität der Gitarre besser zu verstehen.

Um die Funktionsweise der Gitarre für den Musiker verständlicher zu machen, möchte ich als Einführung ein Beispiel der schwingenden Saite aufzeigen. Ein Gitarrenton ist weitaus komplexer als man es sich vorstellen kann, denn er besteht nicht nur aus einer Frequenz, sondern aus einem Grundton und zahlreichen, harmonischen Obertönen, die in ihrer unterschiedlichen Pegelstärke letztlich die Klangfarbe des Tones formen. Zupft man beispielsweise die Saite nahe am Steg an, so sind die Pegelspitzen der hohen Obertöne weitaus ausgeprägter als die tiefen und formt die Klangfarbe dieses Tones hell und scharf. Wenn man jedoch die Saite am Schalloch anzupft, so sind die Spitzen des Grundtones und die tiefen, darauf folgenden Obertöne ausgeprägter und die Farbe wird dunkel. Die Obertöne der schwingenden Saite könnte man auch als so genannte 'Schwingungsmode' deklarieren, das für das weitere Verständnis von der Funktionsweise des Korpus von größter Bedeutung ist.

Der Grundstein liegt einzig und allein in der Betrachtungswiese vom Aufbau der gesamten Konstruktion, die in ihrem Wesen lediglich als Verstärkung zur schwingenden Saite dient, da diese alleine nicht im Stande wäre genügend Luft in Bewegung zu versetzen damit ein ausreichend lauter Ton entsteht. Deshalb koppelt man die Saite an einen Korpus, der durch ihre Anregung wiederum in Schwingung versetzt wird, diese Schwingungen an die umgebene Luft abgibt und somit überhaupt erst ein ‚Ton’ hörbar wird. Diese Schwingungen, die maßgeblich von der Decke ausgehen, sind mit bloßem Auge nicht zu erkennen, physikalisch jedoch messbar und somit auch darstellbar.

 

FdG-Deckenschwingungen

Wie man sieht entstehen alle Deckenschwingungen hauptsächlich im Unterbug, unterhalb des Schallloches und in verschiedenster Art. Diese Schwingungen oder auch 'Moden' genannt, sind unterteilt in Schwingungsfelder und Knotenlinien, die sich mit steigender Frequenz in immer kleinere Schwingungsbereiche unterteilen und wie auch die Obertöne der schwingenden Saite zu betrachten sind, mit dem Unterschied, dass die Moden der Decke nicht in einem harmonischen Verhältnis stehen. Wie bereits erwähnt überträgt die schwingende Saite ihre Energie auf die Decke, diese beginnt daraufhin zu schwingen und versetzt die umgebende Luft in Bewegung, in Form von Schalldruckänderung. Diese Luftbewegung ist im wesentlichen die mechanische Verstärkung des Korpus die man letztendlich als Gitarrenton wahrnimmt.

Von diesem Standpunkt aus betrachtet, ist es zwangsläufig erforderlich in erster Linie darauf zu achten eine gute ‚Luftpumpe’ zu konstruieren, die für ausreichend Schalldruck sorgen kann. Die Intensität des Schalldruckes kann durch spezielle Messverfahren für jede einzelne Mode ermittelt werden und gibt in dieser Weise Auskunft über die klanglichen Eigenschaften der Gitarre, wie in Form eines Fingerabdruckes. Mit Hilfe gezielter Manipulationen von Intensität und Frequenzlage der Moden ergeben sich demzufolge klangliche Unterschiede und erlauben es uns bestimmte Eigenschaften der Gitarre hervorzuheben oder zu unterbinden. Wird z.B. die Intensität der hoch frequentierten Moden gesteigert, sprich das Schwingungsverhalten in der Hinsicht verbessert, dass ein größerer Ausschlag der Schwingungsbäuche ermöglicht wird, so entsteht eine Gitarre mit einem hellen und klaren, wenn man es erzwingt, auch scharfen Charakter. Stärkt man hingegen das Schwingungsverhalten der tiefen Moden, erhält man ein dunkles Timbre, basshaltig und voluminös.

FdG - Kurve

In der oben stehende Grafik ist nun das komplette Frequenzspektrum einer Gitarre abgebildet und die jeweiligen Moden sind als Resonanzspitzen dargestellt. Jede Spitze (Peak), verkörpert eine Mode, eine Korpusschwingung, die in ihren Intensitäten unterschiedlich ausgeprägt sind und somit die Klangfarbe, den Charakter der Gitarre formen. Diese Pegelspitzen kann man im Grunde wie die Regler eines herkömmlichen Equalizer betrachten, mit denen man durch Intensitätsänderungen in bestimmten Frequenzbereichen die Klangfarbe der Gitarre steuern kann.

Eine Besonderheit, die von den Resonanzen ausgeht, ist der so genannte 'Wolfston', von dem wahrscheinlich schon jeder Musiker gehört hat. Ein Wolf lässt sich meist deutlich von seinen benachbarten Tönen unterscheiden, da die Ausklingzeit dieses Tones wesentlich kürzer ist, als die der benachbarten und auch in seinem Klangcharakter eher als störend und unsauber wirkt. Diese Wölfe lassen sich über das gesamte Griffbrett finden, doch liegen die zwei am stärksten hervortretenden auf der tiefen E-Saite im Bereich von Fis und auf der 3.Saite auf dem g, das jedoch von Gitarre zu Gitarre um ein bis zwei Halbtöne schwanken kann. Dieses Phänomen ist mit der Frequenzkurve der obigen Grafik leicht zu verstehen. Trifft ein angespielter Ton mit seiner Frequenz auf eine Resonanzspitze, eine Decke/Korpusschwingung mit ähnlicher Frequenz, findet eine schnellere Energieübertragung von der schwingenden Saite auf den Korpus statt und der Ton klingt dadurch schneller aus. So hat z.B. die 3.Saite (g) eine Frequenz von 196 Hz, in unserer Grafik ist eine deutliche Resonanzspitze bei 192 Hz zu erkennen, somit liegen beide Frequenzen sehr nahe beieinander. Die Deckenschwingung dieser Resonanz entzieht der angezupften g-Saite förmlich die gesamte Energie auf einen Schlag, das sich in Form einer sehr schnellen Ein- und Ausklingzeit bemerkbar macht und so den Charakter eines Wolfstones prägt. Demzufolge sind alle in der Grafik zu sehende Resonanzspitzen potentielle Wolfstöne die sich mehr oder weniger deutlich über den gesamten Tonumfang der Gitarre bemerkbar machen. Diese Eigenheit lässt sich leider nicht umgehen, basiert sie doch auf der Funktionsweise der Gitarre die ohne Resonanzen, ohne Korpusschwingungen nicht erklingen könnte und man die Wölfe die in jedem Instrument zu finden sind, demzufolge in Kauf nehmen muss.

Wenn man sich nun dieses physikalische Verständnis zunutze macht, kann man in der Lage sein, die Erfahrung die in der Konstruktion der traditionellen Gitarre steckt, besser zu verstehen und erhält somit einen starken Wegbegleiter neben der Empirie. Der Gitarrenbauer ist somit in der Lage verschiedene klangliche Richtungen aufzuzeigen, aber es wird letztlich der Spieler sein, der entscheidet, in welche Richtung die Entwicklung gehen wird.

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