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Auf den Spuren Stradivaris

Gemeinsam mit modernen Instrumentenbauern und Akustikexperten haben zwei TU-Institute (Werkstoffkunde und Materialprüfung sowie Industrielle Elektronik und Materialwissenschaften) versucht, den Erfolgsgeheimnissen Antonio Stradivaris mit wissenschaftlichen Methoden auf den Grund zu gehen.

Abb.1: achteckige Geigenbögen

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Abb.1: achteckige Geigenbögen

Abb.1: achteckige Geigenbögen

Abb.2: Messapparatur für Kriechtests

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Abb.2: Messapparatur für Kriechtests

Abb.2: Messapparatur für Kriechtests

Abb.3: CFK-Bogen vor der Optimierung mit (links) und nachher ohne (rechts) unerwünschten Gasblasen

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Abb.3: CFK-Bogen vor der Optimierung mit (links) und nachher ohne (rechts) unerwünschten Gasblasen

Abb.3: CFK-Bogen vor der Optimierung mit (links) und nachher ohne (rechts) unerwünschten Gasblasen

Abb.4: Bestimmung von Temperatur und Zeit für eine Wärmebehandlung von Stahldraht für Saiten

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Abb.4: Bestimmung von Temperatur und Zeit für eine Wärmebehandlung von Stahldraht für Saiten

Abb.4: Bestimmung von Temperatur und Zeit für eine Wärmebehandlung von Stahldraht für Saiten

Abb.5: Härtetests der Saitenseele mittels Nano-Indentation

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Abb.5: Härtetests der Saitenseele mittels Nano-Indentation

Abb.5: Härtetests der Saitenseele mittels Nano-Indentation

Abb.6: Eindringtiefe des Lacks (Mikroskopaufnahme links) und unterschiedliches Dämpfungsverhalten je nach Lackverarbeitungszustand (rechts)

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Abb.6: Eindringtiefe des Lacks (Mikroskopaufnahme links) und unterschiedliches Dämpfungsverhalten je nach Lackverarbeitungszustand (rechts)

Abb.6: Eindringtiefe des Lacks (Mikroskopaufnahme links) und unterschiedliches Dämpfungsverhalten je nach Lackverarbeitungszustand (rechts)

Abb.7: Messapparatur zur Bestimmung der Eigenresonanz von Klangholz

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Abb.7: Messapparatur zur Bestimmung der Eigenresonanz von Klangholz

Abb.7: Messapparatur zur Bestimmung der Eigenresonanz von Klangholz

Um das Bemerkenswerteste vorwegzunehmen: letzte Instanz im zweijährigen (Dezember 1998 bis Dezember 2000) und mit einer Million Euro dotierten EU-Projekts "Material Investigations and Advanced Methods of Production and Quality Control for Bowed Instruments" blieb das menschliche Gehör. Trotzdem gelang den Projektbeteiligten eine teilweise "Entmystifizierung" der Geheimnisse rund um den "guten Ton".

Bögen

Profis sind bereit, für einen guten Geigenbogen einen fünfstelligen Schillingbetrag auszugeben. Für Nachwuchstalente freilich sind diese edlen Hölzer unerschwinglich. Im Rahmen des Projektes galt es also, geeignete Materialien zu testen, die weniger kostspielig sind und eventuell Zusatznutzen erbringen. Schnell fand man in kohlenstofffaserverstärkten Polymeren (CFK) eine geeignete Alternative. Die Firma Ecoplan fertigte Prototypen, und an der TU wurde getestet. Mit einer einfachen Apparatur (Abb.2) wurden bei Zimmertemperatur Kriechversuche durchgeführt, um die Formstabilität zu testen. Es stellte sich heraus, dass der CFK-Bogen sich lediglich während der ersten rund 100 Stunden, also quasi während des Einspielens, "stärker" verformt (im Bereich von etwa zwei Zehntel Millimetern). Für den nächsten Zehntel Millimeter Verformung würden wohl 10 Jahre anzusetzen sein. Somit könnte ein solcher Bogen sicher 50 Jahre genutzt werden und es entfiele die bei Holzbögen immer wieder erforderliche Rückformung. Weiters wurden auch bei der Optimierung des Herstellungsprozesses wichtige Erkenntnisse gewonnen. Zu Beginn kämpfte man noch mit Problemen wie Gasporenbildung. Durch Optimierung der Temperatur- und Druckführung konnte dies in den Griff bekommen werden (vgl. Abb.3). Geeignet scheint das neue, mittlerweile schon in Serie gegangene, Produkt allerdings vor allem für EinsteigerInnen. Profis können ihr Spiel nur schwer auf die im Gramm-Bereich leichteren CFK-Bögen anpassen, obwohl diese klanglich mit hochwertigen Holzbögen zu vergleichen sind.

Saiten

Saiten werden aus Kunststoffen oder Metallen gefertigt. Das "Finishing" erfolgt teilweise mit Umwicklungen. Gemeinsam mit dem renommierten Saitenhersteller Thomastik-Infeld wurden u.a. Alternativen zum aufwendigen Beschichten von Metallsaiten untersucht. Getestet wurde - neben allgemeinen metallkundlichen Untersuchungen - z.B., wie durch Wärmebehandlung (vgl. Abb.4) der Klang der Saiten optimiert werden kann. Auch den Qualitätsunterschieden im Ausgangsmaterial, einem handelsüblichen Stahldraht, wurde unter anderem mittels Transmissionselektronenmikroskopie, Mössbauereffektmessungen (im Rahmen einer Diplomarbeit beim USTEM und am Institut für Angewandte und Technische Physik) und Nano-Indentation (Abb.5) auf den Grund gegangen.

Korpus

Auch der edle Geigen-Körper wurde vermessen. Materialkonstanten (z.B. Schallgeschwindigkeit, Dämpfung, Elastizitätsmodul) von den verwendeten Hölzern Ahorn und Fichte wurden bestimmt und die Auswirkungen verschiedenster Oberflächenbehandlungen ermittelt (vgl. Abb.6). Soll eine Geige klingen, muss der Schallpegel hoch und die Dämpfung gering sein. Auch hier wurde wieder einfach aber hoch präzise gemessen (Abb.7): mittels eines kleinen Magneten wurden die Korpusteile in Schwingungen versetzt und somit die Eigenresonanz und daraus z.B. die akustische Dämpfung bestimmt.

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