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Hammerköpfe

Foto 161Hammerkopf neu befilzen, neue Hammerköpfe oder alte Hämmer?

Wenn man über Flügel spricht, ist der Hammerkopf ein Dauerthema. Oft werden die Hämmer dabei sogar isoliert vom restlichen Piano betrachtet und müssen bald für fast alle Probleme herhalten. Oder aber sie sollen die Lösung für alle Probleme bieten. In der Flügelherstellung nehmen die Hammerköpfe nur einen kleinen Kostenpunkt ein, deren Nachbearbeitung verschlingt dagegen viel Zeit. Es gibt zahlreiche Theorien zum Hammerköpfe-Abziehen zur Erlangung der richtigen Hammerform, in der Art "ein spitzer Hammerkopf kling auch spitz" oder "ein Birnenförmiger klingt nach? ... Birne" oder umgekehrt. Noch viel umfangreicher sind die Theorien zur Intonation, wobei mittels zahlreicher zum Teil hunderter Nadelstiche nach mysteriösen Schemen der Filz optimiert werden soll. Natürlich verändert sich dadurch der Klang aber zumeist nicht sehr dauerhaft. Die Intonation soll die Unregelmäßigkeiten der Akustik ausgleichen, sprich den Klang an das schwächste Glied anpassen. Ob das klanglich so vorteilhaft ist? Dazu hat fast jeder schon seine eigenen Erfahrungen gesammelt. Könnte man nicht lieber die Akustik intonieren, damit es gar nicht erst zu Unregelmäßigkeiten kommt? Mit moderner Messtechnik scheint dies sogar machbar.

Ich hatte in einer historischen Literatur einmal gelesen, dass der Hammer, so wie er aus der Hammerkopf-Presse kommt, klingen muss und wohl auch tat. Ob dem so war oder dies auch nur eine weitere "Hammerkopf - Wahrheit" ist, weiß ich natürlich auch nicht. Aber neugierig bin ich doch. Ich hatte im Zuge meiner Studienarbeit etliche wissenschaftliche Arbeiten zu diesem Thema gelesen. Die Lösungen auf meine Fragen waren dort auch nicht zu finden, aber ich hatte neue Anhaltspunkte. Schließlich wollte ich wissen, wie funktioniert der Hammerkopf im Allgemeinen und wo gibt es Unterschiede im Konkreten. Hierzu hatte ich versucht, die wichtigen physikalischen Größen zu isolieren und hierfür eine Messmethode entwickelt. Daraufhin konnte ich verschiedene Hammerköpfe etwas objektiver vergleichen. Neben klangprägenden Größen, die aber per se weder gut noch schlecht waren, konnte ich eine Größe isolieren, die mir sehr entscheiden erschien. Es ist so eine Art innere Reibung, genauer gesagt, der dissipative Anteil des viscoelastischen Federverhaltens des Hammerkopf-Filzes. Diese Reibung nimmt scheinbar durch allerlei Nachbearbeitung noch zu. Weshalb dies schlecht ist, sollte jedem einleuchten, insofern Reibung den Verschleiß erhöht und einem stabilen Klangbild im Wege steht. Eine Folge ist die rasche Veränderung der Intonation und der Klang wird nie mehr "so wie früher", bis vielleicht neue Hammerköpfe die Uhr zurückstellen.

Was nun? Die anfängliche Frage: Hammerkopf neu befilzen, neue Hammerköpfe oder alte Hämmer? Bei den Hammerköpfen aus dem Experiment hatten die alten Hämmer von 1900 eine etwas niedrigere innere Reibung. Neue und insbesondere junge gebrauchte Hammerköpfe hatten eine größere innere Reibung. Das Dilemma beginnt dann, wenn die alten Hämmer einfach zu abgespielt sind. Nun würde ich dahingehend einen neuen Hammerkopf der Neubefilzung vorziehen, da ich diesen Hammer vor dem Einbau testen kann und so nicht die Katze im Sack kaufe. Aus Sicht der Restaurierung wäre natürlich ein Neubefilzen schöner.

Die innere Reibung ist nicht konstant und verläuft auch nicht linear. Bei besonders leichtem Anschlag verläuft die Deformation bei einigen Hämmern fast rein elastisch, das heißt, ohne nennenswerte Reibungsverluste. Ich habe dies an verschiedenen Instrumenten getestet und war überrascht, dass man in der Tat beim leisesten Pianissimo das Gefühl hat, das unverfälschte Instrument zu hören und die Hammerkopf-Eigenheiten in den Hintergrund rücken. 

Ich werde an anderer Stelle noch gezielter auf die Hammerkopf-Physik eingehen. Geht man mit der Maus über das Bild oben, sind im Wechsel ein alter Bechstein-Hammerkopf und ein neuer Renner-Hammerkopf zu sehen. Deutlich sind die Unterschiede der Filzfaser und der Struktur zu sehen. Unten: Getestet Hammerköpfe.

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Den Klang verstehen

Hammertest

um diesen zu lenken.

Grob lässt sich der typischen Klavierklang analysieren und von anderen Instrumenten unterscheiden. Dafür werden der charakteristische Partialtonaufbau, die vom Anschlag angeregten perkussiven Anteile und der Zeitverlauf beobachtet. Hieraus nun den Unterschied zwischen einem Klavier und einer Geige zu erkennen ist recht einfach. Die deutlich hörbaren Unterschiede zwischen zwei verschiedenen Flügel sind dagegen kaum erkenntlich. Es bedarf da schon etwas kompliziertere Software um deutliche Darstellungen zu generieren. Der benötigte theoretischen Tiefgang und die ausdauernden Messungen um diese Unterschiede darzustellen, schieben dieses Vorhabe in die Rubrik Forschung und Wissenschaft.

Sucht man zusätzlich den Zusammenhang zwischen Klang und Konstruktion wird es noch viel komplexer. Betrachtet man das ganze experimentell, so könnte nach einer konstruktiven Veränderung die Klangveränderung gemessen und dargestellt werden. Will man das ganze dagegen im Detail physikalisch erklären um die Ursachen zu verstehen, übersteigt dies die bisher geleisteten Forschung zum Thema Klavier.

Der Praktiker hat es da etwas einfacher. Mehr beiläufig trainiert er seine Intuition, welche Ursache und Wirkung verknüpft. Da dies aber subjektiv geschieht, kann dieses Wissen nur schwer vermittelt werden. So wurden die komplette Klavierentwicklung bis weit ins 20 Jhd. hinein, primär experimentell quasi evolutionär nach Versuch und Irrtum vorrangeschoben. Das Verständnis war aber so schwer zu vermitteln, dass über die Hintergründe bis auf wenige Literatur kaum etwas bekannt ist.

Hammertest

Heute nutzen wir vereinfachte physikalische Modelle, welche zwar deutlich übervereinfacht sind, aber gut kommuniziert werden können. Sofern man die Vereinfachung nicht ignoriert sondern immer wieder hinterfragt, werden Irrwege vermieden. So lassen sich mittels dieser Modelle und passender Messungen zuvor unsichtbare Parameter und Hintergründe rekonstruieren. Als Beispiel sei da die Hammerelastizität genannt. Zwei optisch identische Hämmer können doch verschieden klingen, so ist hier die optische Beurteilung irreführend. Es bedarf daher anderer Parameter, die die Funktion treffend beschreiben.

Auf der oberen Abbildungen ist eine Mechanik nachgestellt. Der Hammer schlägt hier jedoch gegen einen Kraftsensor. Ein Beschleunigungssensor misst dabei dessen Bewegung. Die hieraus darstellbaren Hysteresen sind auf der unteren Abbildung zu sehen. In rot dargestellt, ein vereinfachtes Computermodell eines simulierten Hammers.

Rothe, J. Z Herz- Thorax- Gefäßchir (2016) 30: 132.

"The final publication is available at Springer via http://dx.doi.org/10.1007/s00398-016-0060-y".

Auf der Suche nach dem „richtigen“ Klavier

BuchAuch wenn früher nicht alles besser war,...

... waren es die Klaviere vielleicht doch?

Musikalische Ambitionen, die nicht für die Bretter der Welt bestimmt sind, kommen doch oft im Privaten zur Geltung. Vielleicht kommen diese hier sogar zur Vollendung, denn die Kunst im Privaten ist zumeist frei von äußeren Zwängen. Es sind daher viele Hobbymusiker, die die Werkstatt des Autors aufsuchen und darunter häufig auch Ärzte. Dies führte zu einer Verbindung, aus der der Gedanke erwuchs, einen Beitrag für die vorliegende medizinische Fachzeitschrift zu schreiben. Ob dem nun ein besonderer Grund oder reiner Zufall zugrunde liegt, ist nicht klar. Hier soll es jedoch um Klaviere und Flügel gehen. Speziell um Instrumente des endenden 19. und frühen 20. Jhs. Dieser Zeitraum beschreibt den Hochpunkt des deutschen Klavierbaus [2] und steht für technisch ausgereifte Pianos, die nach alter Tradition gebaut wurden.

Was zeichnet die alten Klaviere
aus?

Es ist die Suche nach dem ganz speziellen Charakter, der mal stark oder auch nur ganz schwach aus den „alten Klapperkisten“ zum Vorschein kommt. Die Mischungen verschiedenster Geräusche, die auf den Verschleiß schließen lassen, können doch das Schöne nicht ganz überdecken. Schließlich hat der Klang neben dem hohen Gewicht und dem dekorativen Design den über 100 Jahre alten Instrumenten bisher das Überleben gesichert. Doch wie wichtig ist dabei der Klangaspekt überhaupt? Zurzeit gibt es enorm viele alte Tasteninstrumente, die auf dem Gebrauchtwarenmarkt veräußert werden. Ein Blick in Ebay genügt, um bei der Klaviersuche vollends verunsichert zu werden. Im Gegensatz zu vielen anderen Alltagsprodukten gilt für Klaviere, dass neu nicht immer die erste Wahl ist. Da die Alterung und der Verschleiß recht langsam erfolgen, sind gebrauchte Klaviere eine ernst zu nehmende Alternative zu neuen Instrumenten. Neben diesen häufig bis zu 30 bis 40 Jahre alten Klavieren gibt es aber auch weitaus ältere Modelle aus der vorletzten Jahrhundertwende. Was diese Instrumente auszeichnet, sind ein voller Klang und hervorragende Qualität. Allerdings kann ein Flügel nach 100 Jahren kaum ohne aufwendige Instandsetzung genutzt werden.
Warum gerade dieses Alter besonders herausragt, kann anhand der Geschichte gezeigt werden.

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"The final publication is available at Springer via http://dx.doi.org/10.1007/s00398-016-0060-y".

Saitenschwingung und Mensur,

Besaiten 07ein eher theoretisches Konstrukt.

Angeregt durch den Anschlagsimpuls des Hammers fangen die Saiten an zu schwingen. Die physikalischen Eigenschaften der Saite filtern den breitbandigen Hammerimpuls, sodass aus dem Anschlagsgeräusch ein Klangspektrum entsteht. Dabei bilden Saitenlänge und Durchmesser zusammen mit den Hammerparametern: Anschlagspunkt, Hammermasse und Federsteifigkeit, einen charakteristischen Partialtonaufbau in der Saitenschwingung. Die Ganzheit dieses Konstrukts aller Saiten zusammen, bezeichnet man als Mensur. Das Wort wird in der Musik auch bei anderen Instrumenten für andere Bereiche genutzt. Was diesem dabei gemein ist, ist die charakterbildende Bedeutung dieses Bereichs. Genau genommen gehört vom Hammer nur der Anschlagspunkt zur Mensur, da aber auch die anderen beiden Hammerparameter untrennbar die Saitenschwingung beeinflussen, möchte ich diese hier betonen. Den Klang der isolierten Mensur können wir nicht hören, da die Saiten zu dünn sind, um einen entsprechenden Luftschall anzuregen. Die Mensur bleibt so ein eher theoretisches Konstrukt, welches beispielsweise an Rechnern analysiert werden kann. Abgesehen von einigen breitbandigen Anschlagsgeräuschen oder sehr hochfrequenten Saitenschwingungen, wird der Klang maßgeblich vom Resonanzboden abgestrahlt. Resonanzboden und Steg filtern erneut die Saitenschwingung und koppeln die Saiten untereinander. Dies erfolgt nichtlinear sowohl in der Zeit wie auch in der Frequenz. Ein einfacher Transfer von der Saitenschwingung auf den hörbaren Luftschall ist nicht möglich, bzw. Versuche klingen dann so synthetisch wie ein Keyboard.