Akustik der Gitarre mit Smartphone APPs messen

Staufer-TAP-2048Wie kann man eine gute Gitarre eigentlich erkennen? Künstler arbeiten meist mit Gefühl und beschäftigen sich nur ungern mit Physik. Meist wird schon in der Schule der Grundstein für eine lebenslange Aversion gebildet. An den Musikhochschulen wird Akustik auch ziemlich stiefmütterlich behandelt. Kunst hat vor allem mit Mystik zu tun – exakte Daten stören da nur! Allerdings gibt es auch schon Musikpädagogen die Programme zur Frequenzanalyse z.B. für den Gesangsunterricht (Musikhochschule Stuttgart) einsetzen.

Bei den Gitarristen gibt es zwei Lager:

  • die E-Gitarristen verwenden ungehemmt, Verstärker, Verzerrer und vielerlei Effekte
  • die klassischen Gitarristen verlassen sich auf ihr „Holz“ und lehnen auch Verstärker ab, sodaß man sie beim Zusammenspiel mit anderen Instrumenten oft nicht hört.

Der Umgang mit Meßgeräten und Analyseprogrammen war bisher Spezialisten vorbehalten. Allerdings haben die Toningenieure bei professionellen CD Aufnahmen ähnlich wie bei Orchesteraufnahmen ziemlich viel „gearbeitet“. Der Laie wundert sich dann, wie gut und schön die Profis spielen können. Inzwischen gibt es aber bereits komplette Tonstudios nicht nur für PC sondern auch auf dem Smartphone. Auch Amateur-Gitarristen können damit ihr Gitarrenspiel und die Akustik ihrer Gitarre(n) vermessen und verbessern  gemäß dem alten Motto der Ingenieure: „Miß es oder vergiß es“. Moderne Gitarrenbauer wie z.B. Matthias Dammann (Interview zur Akustik der Gitarre) verwenden heute Meßgeräte um Basisdaten zu sammeln. Die „Qualität“ einer Gitarre kann man ähnlich wie die Qualität einer Geige nicht vermessen, weil das System hoch komplex ist und weil die Beurteilung sehr subjektiv ist. Ein sehr gutes Buch zur Akustik der Gitarre  hat Jürgen Meyer [1] geschrieben, der auch Gitarren vergleicht und wichtige Meßwerte ermittelt (Einführung zeigt in Videos die Schwingung der Decke)

Man kann aber auch mit heute verfügbaren Geräten und ohne großen Aufwand wesentliche akustische Eigenschaften einer Gitarre(n) und Aspekte des Spiels analysieren.

Mit dem Smartphone kann man Audio einfach aufnehmen indem man das Gerät vor sich auf den Notenständer legt. Dann kann man das Gerät auch einfach bedienen. Für höhere Ansprüche kann man ein Mikrofon verwenden, das man auch an den PC anschließen kann. Empfohlene Starter Audio Programme (und Geräte)  für Gitarristen:

  • Smartphone: WavePad Audio Editor Free, iSaidWhat?! (iPhone, Android) für Frequenzen > 200 Hz
  • Handy Recorder Optional: Zoom H2  (eignet sich auch für CD und YouTube Audio Aufnahmen) für Frequenzen > 50 Hz
  • Audacity Open Source Software für Aufnahme und Bearbeitung von Audio. Dieser Audio Editor wird gerne an Schulen verwendet (Einführung bei Lehrer Online)
  • Octave RTA Real Time Frequency Analyzer (für Android und iPhone – kostenpflichtige Version 5 €, die kostenlose Version wird nicht empfohlen. Profi Version ca 20 $))

Leider nimmt die Empfindlichkeit des iPhone Mikrophons ab Frequenzen  < 200 Hz (iPhone Mikrofon Empfindlichleit) ab. Manche Recorder, die für Spracheinnahmen vorgesehen sind dämpfen den Frequenzbereich < 200 Hz zusätzlich.  Man kann also nur relative Vergleiche zwischen Gitarren machen, die mit dem gleichen Recorder aufgenommen wurden.. Der zoom H2 Recorder nimmt dagegen auch Frequenzen bis herunter zu 50 Hz auf, wenn er nicht an einen PC angeschlossen ist. Zur Analyse muss man die Audio Daten an den PC schicken.

Mit einer einfachen Aufnahme der Leersaiten der Gitarre kann man bereits wesentliche Erkenntnisse über die Akustik der Gitarre und über den Einfluss des Spielers gewinnen. Hierzu startet man auf dem iPhone eine Aufnahme mit dem Audio Recorder z.B. Wave Pad, schlägt nacheinander E A D g h e an und speichert das Signal. Anschließend schickt man das Signal als WAV Datensatz per Email  an den PC und liest die WAV Datei mit Audacity ein.

Duran-Leersaiten-Blog

Bild 1: Duran Leersaiten EADghe

 

Bei der Aufnahme habe ich die Leersaiten meiner Duran Granada Gitarre nacheinander gespielt. Bei allen Tönen sieht man den bei Gitarren üblichen Tonverlauf. Zunächst wird beim Anschlag ein relativ lauter Ton erzeugt, der typisch in etwa 2 Sekunden abklingt. Manche Töne sind aber noch nach 5 Sekunden zu hören. Es fällt auf, dass die E Saite und d-Saite eine geringere Anfangsamplitude haben, die dem Hörer praktisch nicht auffällt. Subjektiv hört man allenfalls einen Ton der um 20% weniger laut ist. Das könnte durch unterschiedliche Anschlagsstärke hervorgerufen sein. Es zeigt sich aber dabei eine grundsätzliche Eigenschaft des klassischen Granada Gitarrenmodells. Die „Schwäche“ der d-Saite kann man teilweise z.B. kompensieren indem man eine Saite (wie bei d’Addario) mit höherer Spannung verwendet.

Äusserst interessant für Gitarristen ist die Anfangsphase der Töne.

Duran-Blog-A-Saite

Bild 2: Einschwingen A-Saite

Man sieht, dass der Ton eigentlich erst 0.1 sec nach dem Anschlag schnell ansteigt. Will man im Takt spielen muss man die Saite (wie bei anderen Instrumenten auch) vor dem Beat anschlagen! Man kann nun verschiedene Saiten mit unterschiedlicher Anschlagstechnik anschlagen (freier Anschlag, mit/ohne Nagel, am Steg oder am Griffbrett anschlagen) und anschließend kontrollieren wie sich der Ton ändert. Man sieht auch am Tonverlauf, dass mehrere, unterschiedliche Frequenzen angeregt werden. Bei vielen Gitarren (und Gitarristen) hört man den Basston (110 Hz) nur kurz. Meist dominiert dann die nächste Oktave mit 220 Hz. Gegen Schluss hört man dann nur noch sehr hohe Töne. Der Ton der Gitarre ist offensichtlich eine recht komplexe Angelegenheit. Nachdem nach dem Anschlag kann der Gitarrist den Ton allenfalls noch durch ein Vibrato beeinflussen. Ohne Vibrato ist allein  die Gitarre entscheidend für den Ton.

Mit AUDACITY kann man die in einem Ton vorhandenen Frequenzen bestimmen (FFT – Fast Fourier Transformation). Man wählt hierfür einen Zeitabschnitt, klickt auf Analyse und wählt dann Frequenzanalyse.

A-FFT-Analyse-JPG1

Bild 3: Ton A2 (110 Hz) FFT mit Audacity

Die im Ton enthaltenen Frequenzen werden dann wie folgt dargestellt.

A-Frequenzanalyse

Bild 4: A (110 Hz) Frequenzanalyse

Man erkennt, dass nicht der Grundton der A-Saite (A2 110 Hz) dominant ist sondern die Oktave A3 mit 220 Hz. Der Grundton wird vom iPhone nicht richtig aufgenommen.  Ausserdem sieht man viele Obertöne. Dieses Frequenzspektrum ist wohl typisch für die Gitarre, die den Ton erzeugt hat. Die Untersuchung einzelner Töne einer Gitarre ist interessant – man kann aber damit eine Gitarre nur mit hohem Aufwand charakterisieren.

Im Institut für Musikinstrumentenbau Zwota wurde eine einfache Methode zur Analyse von Gitarren entwickelt, die u.a. im Musikinstrumentenmuseum Leipzig zur Charakterisierung der Weissgerber Gitarren in der Sammlung verwendet wird. Die Gitarre wird mit einem leichten Schlag mit einem Messhammer zu Eigenschwingungen angeregt (Beschreibung des Verfahrens) und der dabei entstehende Ton analysiert. Man erhält so eine Art Signatur der akustischen Eigenschaften der Gitarre.

Weissgerber-Impact-Analyse

Bild 5: Frequenzkurve Weissgerber Gitarre (Impact Hammer)

Eine „gute“ Gitarre sollte sowohl im Bassbereich als auch bei hohen Frequenzen gut ansprechen und im Mittelbereich, der für das Volumen verantwortlich ist ein möglichst hohes Plateau haben. Bei dem gezeigten Frequenzverlauf kann man annehmen, dass diese Weissgerber Gitarre recht brillant ist.

Gitarristen, die keine ausgebildeten Akustiker sind, sollten möglichst nicht mit einem Hammer auf ihre teure Gitarre klopfen. Man kann aber bereits mit einem leichten Schlag (TAP) mit dem Knöchel des Daumens auf die Mitte des Steges (das machen die Flamenco Spieler gerne) die Gitarre zu Schwingungen anregen.

Duran-TAP-04032015A

Bild 6: TAP Frequnzkurve Duran Gitarre (Zoom H2 Aufnahme)

Mit dieser schonenden Methode kann man offensichtlich die Gitarre speziell im interessanten Bereich von 80 Hz bis 100 Hz ganz gut anregen. Die ganz tiefen und die ganz hohen Töne werden durch den „weichen“ Schlag mit dem Daumen offensichtlich verfälscht. Für den Vergleich verschiedener Gitarren ist die Methode aber ausreichend. Man sieht deutlich die für Torres Modelle typische Absenkung der Abstrahlung beim D3 (146 Hz).  Diese „Mulde“  verursacht das leise D beim Abspielen der Leersaiten wie in Bild 1 gezeigt.

Das Verfahren um zu einer Signatur einer Gitarre zu kommen ist recht einfach aber doch recht umständlich. Diese Signatur sagt auch nichts aus über das zeitliche Verhalten der Töne (Sustain). Mit einem Smartphone kann man aber eine erweiterte Methode der Frequenzanalyse einsetzen. Bei der Real Time Analysis (RTA) wird auf vielen Kanälen z.B. mit einer Breite von zwei Ganztönen die Frequenzen gemessen. Man kann dann nicht nur die Spitzenwerte der verschiedenen Frequenzen wie bei FFT sehen, sondern kann auch beobachten wie sich die Amplituden der Frequenzen über die Zeit ändern.

Duran-TAP-TT16

Bild 7: Tap Frequenzkurve Duran RTA

 

Für die Aufnahme der Frequenzkurve in Bild 7 wurde ein iPhone mit der APP Pocket RTA (ich verwende die Version, die 5 € kostet) verwendet. Das iPhone lag dabei auf dem Notenständer. Man startet die Anwendung und klopft auf den Steg der Gitarre (Achtung die Saiten müssen alle gedämpft werden). Man sieht dann sofort die obere Kurve (Höchstwerte), die der FFT Analyse entspricht, und stoppt die Aufzeichnung z.B. nach z.B. einer Sekunde. Die untere Kurve zeigt die Mittelwerte der abgestrahlten Frequenzen beim Stopp. Die hohen Frequenzen sind da schon ziemlich abgeklungen. Das Ergebnis kann man mit Screen Copy aufzeichnen, per Email an den PC schicken und dort auswerten. Mit der  Professional Version von Pocket RTA kann man die Kurven direkt auf dem Smartphone speichern und vergleichen.

Mit der Anwendung kann man sehr gut das zeitliche Verhalten der Gitarre untersuchen. Spielt man z.B. die A-Saite so wird man sehen, dass bei den meisten Gitarren der Grundton sehr schnell verschwindet. Man kann die APP auch verwenden um zu kontrollieren, ob man beim Anschlag wie gewünscht tiefe Töne oder eine Klangfarbe erzeugt. Durch die Realzeit Anwendung hat man eine direkte Rückkopplung. Sänger verwenden diese Methode u.a. um die Gestaltung der Töne zu kontrollieren.

Natürlich kann man die Qualität einer Gitarre und des eigenen Spiels nicht mit einfachen physikalischen Verfahren messen zumal die Geschmäcker und die Anforderungen der Gitarristen sehr unterschiedlich sind.. Die Messungen können aber das Ohr unterstützen. Als kleine Übung empfehle ich die „Tips zum ausprobieren klassischer Gitarren“ von Sebastian Stenzel mit RTA auszuprobieren. Da kann man viel über die Eigenschaften seiner Gitarre und seines Anschlags lernen. Ein kleines Beispiel ist das Profil einer Gitarre wenn die Töne chromatisch vom E2 (82 Hz)  bis zum G5 (783 Hz) gespielt und analysiert werden. Die gemessene Duran Gitarre ist offensichtlich sehr ausgeglichen – meist ein Zeichen einer guten Gitarre.

Duran-TonProfil-TT13

Bild 8: Ton Profil E2 bis G5 – Duran

Viel Spaß und Erfolg mit der RTA Analyse.

Siehe: Welche Messwerte zeichnen eine gute Gitarre aus

[1] Jürgen Meyer: Akustik der Gitarre in Einzeldarstellungen, Bochinsky 1985, ISBN 3-923639-66-X

[²] Angela Waltner: Aspekte des Gitarrenklangs (PDF)

 

 

Advertisements

Eine Antwort zu “Akustik der Gitarre mit Smartphone APPs messen

  1. Pingback: Welche Messwerte zeichnen eine gute Gitarre aus? | Böblingen Gitarre Blog

Kommentar verfassen

Trage deine Daten unten ein oder klicke ein Icon um dich einzuloggen:

WordPress.com-Logo

Du kommentierst mit Deinem WordPress.com-Konto. Abmelden / Ändern )

Twitter-Bild

Du kommentierst mit Deinem Twitter-Konto. Abmelden / Ändern )

Facebook-Foto

Du kommentierst mit Deinem Facebook-Konto. Abmelden / Ändern )

Google+ Foto

Du kommentierst mit Deinem Google+-Konto. Abmelden / Ändern )

Verbinde mit %s