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Physik | Technik
Lena Künnecke, 2000 | Liestal, BL
Trompete und Cornet, zwei Blechblasinstrumente, die sich auf den ersten Blick sehr ähnlich sind, werden in der Musik aufgrund ihres unterschiedlichen Klanges gezielt eingesetzt. Hier wurden diese Unterschiede physikalisch untersucht. Tonaufnahmen professioneller Spielender wurden mithilfe der Fourier-Transformation in Frequenzspektren zerlegt. Die Analysen zeigten, dass der typische brillante Klang der Trompete, im Gegensatz zum weicheren Klang des Cornets, durch die lauteren und in grösserer Anzahl vorhandenen Obertöne verursacht wird. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass die Spielenden einen grossen Einfluss auf die Klangbildung bis hin zur Imitation des jeweilig anderen Instrumentes ausüben können.
Fragestellung
Die Blechblasinstrumente Trompete und Cornet, deren Bauweise und Aussehen eng verwandt sind, finden aufgrund ihrer Klangunterschiede in der Musik verschiedene Einsatzgebiete. Animiert durch die Frage, wo der Unterschied zwischen Trompete und Cornet liegt, wurde in dieser Arbeit mit physikalischen Methoden untersucht, welchen Einfluss die Obertöne auf den Klang einer Trompete und eines Cornets haben. Weiter wurde analysiert, inwiefern die Spielenden den Klang beeinflussen können, sodass dieser sich dem jeweilig anderen Instrument annähert.
Methodik
Es wurden Tonaufnahmen von acht professionellen Spielenden gemacht, die entweder Cornet, Trompete oder beides spielen. Die Spielenden spielten zuerst die C-Dur-Tonleiter vom c1 bis zum c3. Danach spielten sie die gleiche Tonfolge nochmals, wobei sie versuchten, den Klang des jeweilig anderen Instrumentes zu imitieren. Die Tonaufnahmen wurden mithilfe der Fourier-Transformation in ihre Frequenzkomponenten, sprich Grundton und Obertöne zerlegt. Die euklidische Distanz diente als Mass für die Ähnlichkeit der Obertonspektren. Darauf basierend, wurde die klangliche Differenzierung vom Cornet- und Trompetenklang bestimmt und untersucht, wie stark der Cornet- und Trompetenklang durch die Spielenden moduliert beziehungsweise der Klang des anderen Instruments imitiert werden kann. Weiter wurden die Einflüsse der Einschwingvorgänge und der Lautstärke auf den Klang näher untersucht. Zudem wurde die akustische Impedanz von einem Cornet und einer Trompete gemessen.
Ergebnisse
Die Datenauswertung ergab, dass der Trompetenklang mehr Obertöne als das Cornet aufweist und die Obertöne der höheren Frequenzen bei der Trompete bis zu 64-mal lauter sind als beim Cornet. Der Unterschied, gemessen als euklidische Distanz, lag hier bei hohen 134. Dies führt dazu, dass die Trompete einen brillanten und das Cornet einen eher weichen Klang aufweist. Weiter sind bei der Trompete die Einschwingvorgänge im Vergleich zum Cornet schneller abgeschlossen, was zusätzlich zu einem spitzeren Anklingen führt. Die akustische Impedanzmessung zeigte, dass die Bauform von Instrument und Mundstück massgebend für die Klangeigenschaften ist. Diese können jedoch durch die Spielweise wesentlich beeinflusst werden. Die Spielenden waren in der Lage, den Klang ihrer Instrumente aktiv zu modulieren und mit guter Näherung Trompeten- beziehungsweise Cornetklänge mit dem jeweiligen anderen Instrument zu imitieren. Dies zeigt sich durch eine kleine euklidische Distanz von nur 13. Im Verlaufe der Arbeit wurde klar, dass auch die Lautstärke einen Einfluss auf das Obertonspektrum hat. Weitere Analysen zeigten, dass lauteres Spielen zu einem obertonreicheren Klangspektrum führt und die (gewollten) Klangunterschiede zwischen Trompete und Cornet verstärkt.
Diskussion
Mit dieser Arbeit konnte aufgezeigt werden, dass die Obertöne massgebend für den Klangunterschied zwischen Trompete und Cornet sind und dass die Spielenden durch aktives Einwirken einen grossen Einfluss auf den Klang ausüben können. Für eine verallgemeinerbare quantitative Aussage müssten noch weit mehr als acht Spielende analysiert werden. Aufgrund der bisher gewonnenen Erkenntnisse wäre es sinnvoll, Lautstärkeunterschiede als Faktor miteinzubeziehen. In dieser Arbeit wurden die verschiedenen Tonaufnahmen zwar auf die Gesamtlautstärke normalisiert, jedoch wurde nicht explizit darauf geachtet, dass alle Musizierenden gleich laut spielten.
Schlussfolgerungen
Diese Arbeit zeigt auf, dass zwischen Instrument, Mundstück und Spieler oder Spielerin eine extrem komplexe Verbindung besteht. Die Modulation einer Komponente kann zu beträchtlichen Klangunterschieden führen. Diese Arbeit bietet eine Grundlage, die Musiker/-innen helfen kann, ihr Instrument besser zu verstehen, und ihnen erlaubt, den Klang gezielter zu gestalten. In Zukunft wäre es daher sehr spannend, die einzelnen Komponenten und deren Verbindungen noch genauer zu erforschen.
Würdigung durch den Experten
Philipp Schütz
In Ihrer Arbeit untersuchte Frau Künnecke welchen Einfluss die spielende Person und deren Spielweise auf den Klang einer Trompete und eines Cornets haben. Besonders interessant an der Arbeit ist, dass Frau Künnecke studiert, ob und wie gut Spielende den Klang des einen Instruments anpassen können, um damit das zweite zu imitieren. Die Arbeit zeichnet sich durch eine bemerkenswerte Versuchsplanung, eine rigorose Analyse der Messdaten und einer spannenden Resultatdiskussion aus. Damit leistet die Studie einen vielversprechenden Beitrag zur Untersuchung der Klangfaktoren für Blechblasinstrumente.
Prädikat:
hervorragend
Sonderpreis Metrohm – London International Youth Science Forum (LIYSF)
Gymnasium Liestal
Lehrer: Dr. Christian Freiburghaus