Frenzl_Floetenansatz-tesis en Aleman

7/24/2019 Frenzl_Floetenansatz-tesis en Aleman

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Universität für Musik und Darstellende Kunst Wien

Institut für Wiener Klangstil

Messtechnische Erfassung des Ansatzes

bei Flötistinnen und Flötisten

Diplomarbeit aus Musikerziehung zur Erlangung des

akademischen Grades „Magistra artium“

von

Isabella Frenzl

Betreuer: o. Univ.-Prof. Mag. Gregor Widholm

und Univ.Ass. Mag.art. Helmut Kühnelt

Wien, im Jänner 2007



Inhaltsverzeichnis

EINLEITUNG 4

1 ÜBERBLICK 5

1.1 Thema dieser Arbeit 5

1.2 Ansatz allgemein / in der Flötenliteratur (Richter, Wurz) 7

1.2.1 Begriffsabgrenzung 7

1.2.2 Beteiligte Muskeln 8

1.2.3 Moderner Ansatz 10

1.3 Bisherige Forschungen am „Ansatz“ 13

1.3.1 Versuch nach Fletcher 13

1.3.2 Versuch nach Wurz 15

1.3.3 Versuch nach Fabre 15

2 GRUNDLAGEN 18

2.1 Beschreibung der Messparameter und deren Betrachtung aus physikalischer Sicht 18

2.1.1 Der Anblasdruck und die Strahlgeschwindigkeit 19 2.1.2 Lippenöffnung 21

2.1.3 Abdeckung des Mundloches 22

2.1.4 Anblasrichtung 23

2.1.5 Zusammenfassung und Abstimmung der Anblasparameter 24

2.2 Berechnete Kenngrößen 26

2.2.1 Fluss 26

2.2.2 Strouhalzahl 26

2.2.3 Reynoldszahl 27

2.3 „Klassische“ Methode 28

2.4 Vorstellung einer zweiten Methode und deren Umsetzungsschwierigkeiten 29

2.4.1 Beschreibung der Methode 29

2.4.2 Erstellung eines 3D-Modells 30

2.4.3 Schwierigkeiten 30

2.4.4 Probleme mit „nur“ zwei Kameras 33

2



3 MESSUNG 37

3.1 Versuchsaufbau 37

3.1.1

Die Messapparatur 37 3.1.2 Verwendete Messgeräte- und Programme 39

3.2 Versuchsablauf 41

3.2.1 Spieler 41

3.2.2 Tonfolge 42

3.2.3 Durchführung 42

3.3 Auswertung der Messergebnisse 44

3.3.1 Auswertung der Bilddateien 44

3.3.2 Auswertung der Druckdateien 47

3.3.3 Auswertung des Soundfiles 47

3.3.4 Weiterverarbeitung 48

4 AUSWERTUNG 49

4.1 Ansatzparameter und Kenngrößen 49

4.1.1 Abstand Lippe zu Kante 49

4.1.2 Strahlgeschwindigkeit 54

4.1.3 Fläche der Lippenöffnung 60

4.1.4 Abdeckung 65

4.1.5 Anblaswinkel 70

4.1.6 Fluss 75

4.1.7 Strouhalzahl 77

4.1.8 Reynoldszahl 78

4.2 Erkenntnisse und Schlussfolgerungen 79

5 ZUSAMMENFASSUNG 84

LITERATURVERZEICHNIS 86

ERKLÄRUNG 88

3



Einleitung

Schon seit einigen Jahrhunderten beschäftigt die Flötisten und Flötenpädagogen das

Phänomen des Ansatzes. Durch das Studium der Querflöte und insbesondere

aufgrund meiner eigenen Unterrichtstätigkeit bin ich selbst ständig mit dem Thema

„Flötenansatz“ beschäftigt. Jeder Flötist und Flötenpädagoge spricht vom Ansatz und

versucht seinen Schülern den „richtigen“ beziehungsweise „guten“ Flötenansatz zu

vermitteln.

Die Frage ist nur: Was zeichnet den richtigen Ansatz aus?

Der Ansatz ist offensichtlich ein sehr zentrales Thema beim Querflötespielen und

wird sehr heikel behandelt. Aufgrund der unterschiedlichen Lippengestalt eines jeden

Menschen sieht der Ansatz bei jedem Flötisten anders aus. Daher ist es

wahrscheinlich nicht möglich, allgemeingültige Regeln für die Bildung des

Flötenansatzes zu geben. Trotzdem müssen bestimmte Ähnlichkeiten und

Vorraussetzungen, die nicht unmittelbar sichtbar sind, gegeben sein, um einen Ton

produzieren zu können. Es gibt viele bekannte Flötisten, die alle einen optisch

anderen Ansatz haben, deren abgestrahlter Ton jedoch als „schön“ empfunden wird,

oder anders ausgedrückt, unserer heutigen Klangvorstellung entspricht.

Es stellt sich daher die Frage, wo die Ähnlichkeiten und wo die Unterschiede in den

verschiedenen Ansätze liegen.

Es lässt sich vermuten, dass die Parameter, die für die Ansatzbildung

ausschlaggebend sind, in einem bestimmten (messbaren) Bereich liegen

beziehungsweise gewisse Verhältnisse innerhalb der einzelnen Parameter bestehen,um einen Ton produzieren zu können, der als „schön“ wahrgenommen wird.

So entstand die Idee für ein Projekt, in dem die spieltechnischen Parameter des

Ansatzes analysiert werden und anschließend die Ergebnisse ausgewertet und

verglichen werden sollten.

4



1 Überblick

1.1 Thema dieser Arbeit

In diesem Projekt sollen die wichtigsten Spielparameter gemessen und ausgewertet

werden: Die Lippenöffnung, die Abdeckung, der Abstand von der Lippe zur

Kante, der Anblaswinkel und der Mundinnendruck.

Aus diesen Messgrößen werden im nächsten Schritt der Fluss, die

Strahlgeschwindigkeit und die dimensionslosen Kennzahlen Reynoldszahl und

Strouhalzahl errechnet.

Durch die Untersuchung der verschiedenen Ansatzparameter sollen

Gemeinsamkeiten und grundlegende Tendenzen im Flötenansatz gefunden werden,

um aus den gewonnenen Erkenntnissen mögliche Gesetzmäßigkeiten für die

Ansatzbildung ableiten zu können. Weiters sollen signifikante Unterschiede

aufgezeigt werden.

Für die Durchführung dieser Versuche am Institut für Wiener Klangstil stellten sich

fünf Flötisten der Musikuniversität Wien mit großem Interesse zur Verfügung.

Gliederung der Arbeit:

Im ersten Kapitel wird erklärt, was unter Ansatz beim Querflötespielen verstanden

wird, welche Muskeln bei der Ansatzbildung beteiligt sind und wie die gängige

Flötenliteratur den Ansatz beschreibt.

Darüber hinaus werden bisherige Forschungen, die den Ansatz zum Thema hatten,inklusive deren verwendete Messmethode, Durchführung und Ergebnisse angeführt.

Im zweiten Kapitel werden die Ansatzparameter, die bei diesem Projekt vermessen

werden im Detail vorgestellt und auch aus physikalischer Sicht beleuchtet. Dazu

werden die Erläuterungen eines Experiments mit einem künstlichen Bläser von

Ingolf Bork und Jürgen Meyer zu Hilfe genommen.

Anschließend werden die zwei im Zuge der Arbeit erörterten Messmethoden

vorgestellt.

5



Das dritte Kapitel widmet sich der eigentlichen Messdurchführung. Es enthält eine

Beschreibung der gebauten Messapparatur, des Versuchsaufbaus und dessen

Durchführung. Anschließend wird die Auswertung der erhaltenen Rohdaten, wie

Fotos, Druckwerte und Soundfile, beschrieben.

Das vierte und letzte Kapitel widmet sich der Auswertung und dem Vergleich der

Messergebnisse.

6



1.2 Ansatz allgemein / in der Flötenl iteratur (Richter, Wurz)

1.2.1 Begriffsabgrenzung

Beschränkt man sich beim Begriff „Ansatz“ oder „embouchure“ (frz.) auf seine

sprachliche Herkunft, so bedeutet er das Ansetzen des Mundstückes eines

Blasinstrumentes an die dafür vorgesehene Stelle am Mund.

Der Begriff wurde aber von jeher viel umfassender verwendet und reicht vom „an-

den-Mund-setzen“ bis hin zu pathologischen Erscheinungen.1

So spricht Gustav Scheck in seinem Buch „Die Flöte und ihre Musik“ von einem

guten Ansatz, wenn man „relativ unabhängig von äußeren, auch

Witterungseinflüssen ist, und wenn die Geübtheit, Kraft, Glätte und Schmiegsamkeit

der Lippen einen runden, farbenreichen und konzentrierten Ton, makelloses Binden

großer Intervalle, dynamische Kontraste, eine volle Tiefe und Pianissimo in der

hohen Lage, wohlklingendes Détaché und Staccato ermöglicht.“2

Ein guter Ansatz bedeutet also über das gesamte Tonmaterial verfügen zu können,sowohl die Erzeugung des Tones und seine klangliche Gestaltung betreffend, als

auch die Verbindung und Artikulation der Töne. Daraus resultiert, dass der Ansatz

nicht statisch, sondern dynamisch ist.

In Folge soll unterschieden werden zwischen Ansatz als übergeordnetem Begriff, der

die gesamte Tonbildung umfasst und Anlegen als Teilhandlung, welche das Ansetzen

der Mundplatte an die entsprechende Lippenpartie beschreibt.

1

Vgl. RICHTER, 1986, S. 1132 SCHECK, 1975, S. 61

7



1.2.2 Beteiligte Muskeln

Sämtliche Muskeln in der Mundregion wirken auf komplexe Art und Weise

zusammen um den Lippenspalt zu formen. Obwohl jeder Mensch anders ist, könnendoch gewisse Gesetzmäßigkeiten zur Formung des Ansatzes geltend gemacht

werden.

Nachfolgend daher ein Überblick der wichtigsten an der Bildung des Ansatzes

beteiligten Muskeln.

Abb. 1.1: Übersicht über die mimische Muskulatur [Faller, 2004, S. 212]

Die Eigenspannung des Mundringmuskels (musculus orbicularus oris) bewirkt das

Schließen der Mundspalte, sofern keine anderen Muskeln oberhalb und unterhalb der

Lippen entgegenwirken – also bei entspannter Gesichtsmuskulatur.

Eine große Rolle spielen der Bläsermuskel oder Trompetermuskel (musculus

buccinator), der die Mundwinkel nach außen zieht, der Lachmuskel (musculus

risorius), der große Jochbeinmuskel (musculus zygomaticus maior) und der

Mundwinkelheber (musculus levator anguli oris), die die Mundwinkel seitlich und

8



nach oben ziehen. Diesen entgegenwirkend zieht der Mundwinkelsenker (musculus

depressor anguli oris) die Mundwinkel nach unten.3

Die zur Seite ziehende Muskulatur bildet den Antagonist des Mundringmuskels. Das

bedeutet, dass durch die Kontraktion des Mundringmuskels die Lippen des Spielers

zur Bildung des Blasspaltes geschlossen werden und durch seine Antagonisten, den

Buccinator und den Risorius, die Lippen geglättet werden.

Für die Feineinstellung der Oberlippe sind vor allem zwei Muskeln zuständig:

Der kleine Jochbeinmuskel (musculus zygomaticus minor) und der Oberlippenheber

(musculus levator labii superioris alaeque nasi). Diese beiden Muskeln, welche die

Oberlippe anheben, sind beteiligt bei der Formung und Führung des Luftstrahles,

sowie bei der Intonationskorrektur und beim Vergrößern des Volumens der Töne der

dritten Oktave.4

Um die Unterlippe weiter vorstülpen zu können und dadurch eine größere

Abdeckung des Mundloches zu erzielen, werden hauptsächlich zwei Muskeln

unterhalb der Lippe benötigt:

Der Unterlippensenker (musculus depressor labii inferioris), senkt, wie sein Name

schon sagt, die Unterlippe, während der Kinnmuskel (musculus mentalis) dieUnterlippe zu einem „Flunsch“, vergleichbar einem weinenden Kind, formt.5

Kurz gesagt sind also neben dem Mundringmuskel sämtliche oberhalb, unterhalb und

seitlich des Mundes ansetzenden Muskeln an der Bildung des Ansatzes beteiligt.

3 Vgl. WURZ, 1989, S.98-994

Vgl. SCHECK, 1975, S. 635 Vgl. WURZ, 1989, S. 99

9



1.2.3 Moderner Ansatz

Das Thema „Ansatz“ hat die Menschen schon vor einigen Jahrhunderten beschäftigt.

So versuchte bereits Anfang des 18. Jahrhunderts Jacques Hotteterre in seinem Werk

„Principes de la Flute Traversière“ und ein halbes Jahrhundert später Johann Joachim

Quantz in seiner theoretischen Schrift „Versuch einer Anweisung, die Flöte

traversière zu spielen“ die Ansatztechnik zu erläutern. Die Theorien dieser zwei

Flötisten bleiben auch im 19. Jahrhundert maßgebend.

Marcel Moyse prägte von Frankreich aus die moderne Ansatztechnik und verfasste

das umfassende Werk „Einseignement Complet de la Flûte“. In dem aus diesem

Lehrwerk erschienen Heft „ De la Sonorité“ verlangt er die Freiheit der Lippen und

die Beweglichkeit des Unterkiefers. Durch seine Ansatzlehre hat der Flötenton an

Fülle und Farbenreichtum in allen Lagen gewonnen. Mehr als durch seine Lehrwerke

hat Moyse durch seine langjährige Unterrichtstätigkeit gewirkt und damit viele

Flötisten geprägt.

In etwa zur gleichen Zeit wirkte von Deutschland aus Gustav Scheck.6 Er vertritt in

seinem Lehrwerk „Die Flöte und ihre Musik“ die Technik des Stülpansatzes. Diese

Ansatztechnik ist dem bisherigen Breitansatz entgegengesetzt. Gustav Scheck erklärt

die Bildung des Ansatzes sehr detailliert als Zusammenspiel sämtlicher

Gesichtsmuskeln. Die Freiheit der Lippen wird durch die „fast ausschließliche

Fixierung des Mundstücks an der linken Mundseite erreicht.“7 Der moderne Ansatz

nach Scheck ist gekennzeichnet durch die Muskelkontraktionen im

Oberlippenbereich und die locker gehaltene Oberlippenmitte. So ist die Oberlippe

beteiligt an der Gestaltung von Dynamik, Klangfarbe und Tonvolumen und an der

Intonationskorrektur. Die Stelle, an der das Mundstück an die Unterlippe angelegt

wird, ist von der Beschaffenheit der Lippe abhängig. So ist die Anlegestelle bei

wulstigeren Lippen höher als bei dünnen Lippen.

6

Vgl. SCHECK, 19757 Ebenda, S.74.

10



Durch die genaue analytische Untersuchung der einzelnen Anlege-Dimensionen

versuchte Werner Richter 8 ein Grundmuster für die Ansatzbildung zu geben.

Vorraussetzung für die Entstehung eines Flötentones sind der benötigte Blasdruck

und die Formung des Blasstrahles.

Zu den einzelnen Anlege-Dimensionen zählt er:

- „Größe der freien Mundlochfläche (Überdeckung bzw. Abschirmung)

- Anlegestelle in seitlicher Richtung (Verschiebung)

- Anlegestelle in senkrechter Richtung (Versetzung)

- Winkel zwischen Lippenspalt und Flötenlängsachse (Neigung)

- Winkel zwischen der Frontalebene der Lippenpartie und der Flötenlängsachse

(Schwenkung)

- Winkel zwischen der Frontalebene der Lippenpartie und der Mundlochebene

(Drehung)

- Entfernung Lippenspalt-Mundlochkante (Distanz)“9

Hanns Wurz10 fasste die wichtigsten Maßnahmen für die Ansatzbildung

folgendermaßen zusammen:

Damit die Unterlippe frei und leicht beweglich bleibt, soll der Flötenkopf nur leicht

in der Kinngrube anliegen. Die Unterlippe deckt das Mundloch zu etwa 1/4 bis 1/3

ab. Die Oberlippe wird in der dritten Oktave etwas ausgestülpt, um auch in dieser

Lage einen runden Klang erzeugen zu können. Die Lippen, die Mundwinkel und der

Unterkiefer müssen locker und elastisch sein, um sämtliche

Klangfarbenschattierungen umsetzen zu können.

8 Vgl. RICHTER, 1986, S. 120 ff.9

RICHTER, 1986, S. 12010 Vgl. WURZ, 1989, S.106

11



Wurz unterscheidet zwei Ansatztypen, den Parallelansatz und den Schrägansatz.

Beim Parallelansatz wird die Flötenachse parallel zur Lippe gehalten und im rechten

Winkel zur Körperachse. Beim Schrägansatz befindet sich die Anlegestelle meistens

links von der Mundmitte und hat oft anatomische Ursachen wie zum Beispiel das

Oberlippenzäpfchen.

Der Ansatz ist ein dynamisches Phänomen und wird von mehreren Faktoren

beeinflusst. Deshalb ist es schwierig, eine allgemeingültige Beschreibung des

Ansatzes zu liefern. Durch die anatomischen Unterschiede wie z.B.: Kinnform,

Zahnstellung, Gestalt und Masse der Lippe – um nur einige zu nennen – ist es kaum

möglich eindeutige Regeln für die Ansatzbildung aufzustellen. Daher hat jeder

Mensch seinen eigenen Ansatz und daraus resultierend seinen eigenen Ton.

12



1.3 Bisherige Forschungen am „ Ansatz“

In der Vergangenheit wurden einige Versuche über den Flötenansatz und zusätzliche

Parameter wie den Mundinnendruck oder die Resonanzfrequenzen der Flöte

durchgeführt. All diese Projekte betrachteten aber entweder nur Einzelaspekte des

Ansatzes oder brachten diese in Beziehung mit weiteren Größen, wie z.B.: den

Mundinnendruck.

Bezüglich der Ansatzparameter (diese werden in Kapitel 2.1 vorgestellt) wurden

hingegen keine umfassenderen Untersuchungen durchgeführt.

Der weitere Verlauf dieses Kapitels gibt eine chronologische Zusammenfassung der bisherigen Forschungen am Flötenansatz.

1.3.1 Versuch nach Fletcher 11

An der Universität von New England machte Neville H. Fletcher Messungen der

physikalischen Parameter der Spieltechnik auf Querflöten. Es wurden der Blasdruck

sowie die Strahllänge gemessen und theoretische Verhältnisse hergestellt. Weiterswurde die harmonische Entwicklung des Flötentones und das Vibrato untersucht.12

Als Versuchspersonen stellten sich vier erfahrene Flötisten zur Verfügung. Unter

Zuhilfenahme eines Röhrchens, das in den Mundwinkel geführt wurde, konnte der

Blasdruck gemessen werden. Die erhaltenen Druckwerte stimmten bei den

verschiedenen Tönen weitgehend überein, nur bei den tiefsten Tönen gab es

Abweichungen in den Messergebnissen.

Fletcher fand eine lineare Korrelation zwischen Druck- und Frequenzanstieg. Er

versuchte sogar einen Wert für das Verhältnis zwischen der Frequenz ν (in Hertz) des

Tones, der erklingen soll, und dem Blasdruck p (in Millibar) anzugeben:

ν 008,0≅ p . Diese Formel ist jedoch mit einer relativ großen Abweichung von

±50% behaftet, sodass dieses Resultat am Ende diskussionswürdig bleibt.

11 Vgl. FLETCHER, 1975, S.233-237.12

Auf die Ausführungen über das Vibrato wird an dieser Stelle nicht näher eingegangen, da es bei denVersuchen in dieser Arbeit nicht berücksichtigt wird.

13



Von den verschiedenen Ansatzparametern wurde die Strahllänge untersucht, da diese

der wichtigste und beständigste Parameter zu sein scheint. Die Strahllänge gibt den

Abstand zwischen dem offensichtlichen Entstehungspunkt des Strahles an der Lippe

und der Kante des Mundloches, wo der Luftstrahl auftrifft, an. Auch hier konnte ein

mittleres Verhältnis von Strahllänge l (in mm) und Frequenz ν (in Hertz) ermittelt

werden:

2

1

1008,1 −

+≅ ν l

Die Abweichung der diesbezüglichen Messergebnisse lagen innerhalb von ± 20%.

Des Weiteren konnte nachgewiesen werden, dass die Dynamik keinen wesentlichen

Einfluss auf die Strahllänge hat.

Weiters wurde die harmonische Entwicklung des Flötentones untersucht. Dafür

wurden drei verschiedene Töne in zwei unterschiedlichen Lautstärken (laut und

leise) aufgenommen. Wiederum gibt es über weite Bereiche eine gute

Übereinstimmung bei den Spielern, aber es konnten doch einige Unterschiede

festgestellt werden:

• In der tiefsten Lage der Flöte und bei lautem Spielen liegt der Grundton unter

dem zweiten und dritten Teilton. Wird in dieser Lage leise gespielt, ist die

Amplitude des Grundtones gleich wie beim lauten Spielen, aber die Amplitude

der höheren Teiltöne ist niedriger.

• In der mittleren Oktave ist der Grundton sowohl im Forte als auch im Piano

dominant. Mit der Dynamik ändert sich der Schalldruckpegel des Grundtones ein

wenig.

• In der dritten Oktave ist der Grundton eindeutig dominierend und alle darüberliegenden Teiltöne liegen um mehr als 10 dB unter dem Grundton.

14



1.3.2 Versuch nach Wurz13

Muss beim Überblasen in die höhere Oktave der Blasdruck, der Mundinnendruck

und die Atemstütze verstärkt werden, und welche Beziehung besteht zwischen diesenKomponenten?

Auf diese Frage versuchte Hanns Wurz eine Antwort zu finden. Daher führte er im

Jahr 1986 Messungen über die Blasdruckverhältnisse beim Flötespielen durch.

In diesem Versuch wurden zeitgleich der Schneidendruck, der Mundinnendruck und

der Schallpegel gemessen. Die Messungen wurden an sieben Versuchspersonen

durchgeführt. Die Flöte wurde an einem höhenverstellbaren Stativ so befestigt,

sodass ein Ein- und Ausdrehen der Flöte möglich war und der Abstand zwischen

Spieler und Mikrofon gleich blieb.

Gemessen wurden sämtliche Töne zwischen g1 und cis2 mit ihren Oktaven. Die

Versuchspersonen sollten den Grundton und Oktavton mit demselben Schalldruck

blasen, was trotz optischer Kontrolle des Schalldrucks meistens nicht gelang. Die

Oktaven wurden durchwegs mit stärkerem Schalldruck gespielt, trotzdem wurden sie

subjektiv als leiser bis maximal gleich laut empfunden.

Aus den Messergebnissen konnte geschlossen werden, dass der Mundinnendruck

beim Überblasen vom Grundton in den Oktavton ungefähr um den Faktor 1,5

ansteigt. Der Schneidendruck steigt beim Überblasen etwa im Verhältnis 1,8 und der

Mundinnendruck ist höher als der Schneidendruck, nämlich um das 3,5-Fache bei

den Grundtönen und um das 2,5-Fache bei den Oktavtönen.

1.3.3 Versuch nach Fabre14

Benôit Fabre, Nicolas Montgermont, Laurent de Ryck und Patricio de la Cuadra

analysierten Flötenparameter durch Vergleich eines Anfängers mit einem erfahrenen

Spieler. Einige der wichtigsten Parameter für die Klangerzeugung, wie der Abstand

zwischen Lippe und Kante, die Form des Lippenloches, die Strahlgeschwindigkeit

13

Vgl. WURZ, 1989, S. 18-25.14 Vgl. FABRE, 2005, S. L27-31

15



und der Mundinnendruck wurden in diesem Experiment gemessen, ausgewertet und

anschließend miteinander verglichen. Aus Gründen der Umsetzbarkeit wurden der

Anblaswinkel und die Abdeckung nicht gemessen.

Die Versuche wurden in einem reflexionsarmen Raum durchgeführt. Es wurde

darauf geachtet die Spielbedingungen so „normal“ als möglich zu halten, außer, dass

die Flöte auf einem Fotostativ befestigt war und deshalb nicht aus- oder eingedreht

werden konnte. Aufgenommen wurden Skalen und Intervalle wie Quinten und

Oktaven.

Der Originalkork der Testflöte – eine Yamaha 281 S – wurde durch einen Korken

mit einem Loch im Zentrum, welches nach dem Einführen einer Mikrofonsonde

abgedichtet war, ersetzt. Der Klang wurde mit einem Mikrofon aus 1,5 m Entfernung

aufgezeichnet. Eine Digitalkamera machte aus zwei Meter Entfernung

Frontalaufnahmen des Ansatzes. Neben dem Ansatz in etwa 45 Grad zur Flöte wurde

ein Spiegel montiert, um zusätzlich zur frontalen Aufnahme ein Bild vom Profil zu

erhalten. Die Bildauswertung lieferte Daten für die Strahllänge, die Höhe der

Lippenöffnung und die Mundlochfläche.

Für die Analysen wurden außerdem die Strouhalzahl, die dimensionslose Frequenzund die Reynoldszahl (Re), beeinflusst von der Gestalt des Strahles, herangezogen.

Der Übergang von laminar zu turbulent liegt bei Re = 2500 – 3000. Die Strouhalzahl

beläuft sich auf einen Wert zwischen 0,1 – 0,3, was eine notwendige Bedingung für

die Produktion des Flötenklanges zu sein scheint.

Der Vergleich der beiden Spieler zeigt folgendes:

Beim Anfänger lassen sich eine geringere Strahlgeschwindigkeit bei tiefen Tönenund eine höhere Strahlgeschwindigkeit bei hohen Tönen als beim fortgeschrittenen

Spieler feststellen.

Bei beiden Spielern steigt die Strahllänge mit der Frequenz. Der Anfänger benötigt

jedoch eine höhere Strahlgeschwindigkeit, um den langen Strahl zu kompensieren.

Die hohe Strahlgeschwindigkeit, das größere Lippenloch und in Folge die höheren

Werte für den Strahlfluss des Anfängers resultieren in einen höhern Verbrauch an

Luft.

16



Das größere Lippenloch und die höhere Geschwindigkeit beeinflusst wiederum die

Reynoldszahl, welche beim Anfänger einen Wert von 3000 bis 7000 hat. Aufgrund

dieser hohen Zahl wurde der produzierte Strahl kurz nach dem Austreten turbulent,

was sich in einem für Anfänger typischen geräuschvolleren Ton widerspiegelt.

17



2 Grundlagen

2.1 Beschreibung der Messparameter und deren

Betrachtung aus physikalischer Sicht 15

Im Wesentlichen stehen dem Flötisten vier verschiedene Möglichkeiten zur

Verfügung, den Klang mit Hilfe der Anblastechnik zu gestalten:

- „Der im Mund erzeugte Luftdruck.

- Die Form und Größe der Lippenöffnung.

- Der Grad der Abdeckung des Mundloches durch die Lippen.- Die Richtung des auf die Mundlochkante geblasenen Luftstromes.“16

Die beiden Autoren, Ingolf Bork und Jürgen Meyer, haben für diese Untersuchung

keinen Flötisten, sondern eine Vorrichtung zum künstlichen Anblasen verwendet,

was eine unabhängige Betrachtung der einzelnen Parameter ermöglicht.

Anmerkung: Die in diesem Kapitel beschriebenen Ansatzparameter sind auch die

Messparameter für die Messungen in diesem Projekt. Das bedeutet,

dass die Ausführungen über die einzelnen anblastechnischen

Möglichkeiten auch eine Beschreibung der Messparameter darstellen.

15

Die Ausführungen dieses Kapitels basieren auf dem Artikel: BORK/MEYER, 1988, S.179-190.16 Ebenda.

18



2.1.1 Der Anblasdruck und die Strahlgeschwindigkeit

Unter dem Anblasdruck versteht man die Strömungsgeschwindigkeit des

Luftstrahles, der zwischen den Lippen des Spielers austritt. Diese Geschwindigkeitwird nach dem Gesetz von Bernoulli nur durch den Luftdruck bestimmt, der im

Mund herrscht.

Mit Hilfe eines durch den Mundwinkel geführten Röhrchens kann dieser Druck p

gemessen und in Folge die Strömungsgeschwindigkeit U [m/s] mit Hilfe der

Formel0

2

ρ

pU

⋅= errechnet werden.

0 ρ … Dichte von Luft (1,18 kg/m³ bei 25°C)

Eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit bewirkt eine Verkürzung der

Grundschwingungsperiode des vor der Mundlochkante pendelnden Strahles.

Das heißt, dass eine Erhöhung des Anblasdruckes eine Erhöhung der Grundfrequenz

nach sich zieht, sofern dieser Einfluss nicht durch eine der anderen spieltechnischen

Möglichkeiten kompensiert wird.

Die Stärke der einzelnen Teiltöne im Klangspektrum ist abhängig vom Maß derVerstärkung durch die Resonanzen des Flötenkorpus. Dieses Maß kann durch eine

Impedanzkurve veranschaulicht werden, die die Resonanzen des Instrumentes

aufzeigt.

19



Abb. 2.1: Ausschnitte aus der Impedanzkurve für den Griff g 1 (oben) und aus drei mit

unterschiedlichem Anblasdruck erzeugten Klangspektren. [Bork/Meyer, 1988, S. 180]

Bei niedrigem Anblasdruck (ca. 100 Pa) ist der Grundton des Klanges am stärksten,

der zweite und dritte Teilton schwächer, da sie unterhalb der entsprechenden

Resonanzen liegen (roter Bereich).

Wird der Anblasdruck erhöht und damit auch die Grundfrequenz, so verschieben sich

die höheren Teiltöne in den entsprechenden Resonanzbereich (grüner Bereich) und

gewinnen dadurch mehr an Intensität als der Grundton.

Das Spektrum rechts oben zeigt, dass bereits bei einem Anblasdruck von 400 Pascal

der zweite Teilton den Grundton überragt. Dadurch erhält der Ton eine hellere

Klangfarbe.

Das Faktum der sich bei steigendem Anblasdruck ändernden Klangfarbe wird von

den Instrumentalisten positiv wahrgenommen, da sich ihrem Empfinden nach dieMöglichkeiten der Ausdrucksfähigkeit erhöhen.

Neben der Frequenzlage der Resonanzen trägt deren Dämpfung dazu bei, in welchem

Maß der Spieler das Obertonspektrum beeinflussen kann. Je flacher die

Impedanzkurven im betroffenen Frequenzabschnitt sind (gelber Bereich), desto

weniger ist die Möglichkeit der Beeinflussung gegeben. Die Dämpfung der

Resonanzen ist von der Mensur und anderen Faktoren wie zum Beispiel den Polstern

abhängig.

20



Wird bei einem überblasenen Ton der Anblasdruck verringert, so springt der Ton

nicht an derselben Druckschwelle in die tiefere Lage, bei dem er überblasen hat; der

überblasene Ton kann auch mit einem etwas niedrigeren Druck stabil gehalten

werden.

2.1.2 Lippenöffnung

Der Spieler kann die Form der Lippen und die Größe der Öffnung zwischen den

Lippen variieren. Die Lippen sind normalerweise bei tiefen Tönen weiter und bei

hohen Tönen schmaler geöffnet. Ist die Lippenöffnung zu schmal, so sprechen die

tiefsten Töne überhaupt nicht mehr an.

Aus Gründen der Realisierbarkeit wurden von Bork und Meyer für die

Anblasvorrichtung zwei verschieden große Düsen verwendet, um Auswirkungen von

verschieden großen Lippenöffnungen aufzuzeigen. Das hatte zur Folge, dass die

kontinuierlichen Veränderungen des Lippenloches außer Acht gelassen werden

mussten.

In den Versuchen zeigte sich, dass die Lippenöffnung bei den höheren, noch nicht

überblasenen Tönen relativ stark variiert werden kann.

Bei der größeren Düse liegt der Schallpegel des Grundtones höher als bei der kleinen

Düse. Weiters kann der Anblasdruck mit der größeren Düse über einen größeren

Bereich verändert werden.

Bei der größeren Düse sind bei sehr niedrigem Druck die Obertöne schwächer

ausgeprägt als bei der kleinen Düse.

Das bedeutet für den Instrumentalisten, dass mit einer größeren Lippenöffnung einnicht ganz so leiser Ton wie mit einer kleinen Lippenöffnung gespielt werden kann,

dieser aber dunkler und weicher klingt. Um laute Töne zu spielen ist eine größere

Lippenöffnung besser, jedoch kann die Klangfarbe kaum durch die Größe des

Lippenloches verändert werden.

21



2.1.3 Abdeckung des Mundloches

Die wichtigste Maßnahme zur Veränderung des Ansatzes, die sich hauptsächlich auf

die Intonation auswirkt, ist das Ein- und Ausdrehen des Instrumentes. Weiters kannauch noch der Anpressdruck der Flöte an die Unterlippe verändert werden.

Das hat zur Folge, dass erstens das Mundloch mehr oder weniger abgedeckt ist,

wodurch sich die Rohrresonanzen verschieben und sich zweitens der Abstand

zwischen dem Lippenloch und der Kante des Mundloches ändert.

Die Abdeckung des Mundloches beeinflusst vor allem die Intonation und ist deshalb

eine wichtige Möglichkeit, um die Intonation zu korrigieren.

Ingolf Bork und Jürgen Meyer untersuchten den Einfluss unterschiedlicher

Abdeckung des Mundloches auf die Frequenzlage der Resonanzen. Es konnte

beobachtet werden, dass bei größerer Abdeckung des Mundloches die Resonanzen zu

tieferen Frequenzen verschoben werden.

Der Flötist kann den Grad der Abdeckung vor allem in der unteren Oktave zur

Abstimmung der Oberresonanzen nutzen, um den Rauschanteil im Klang zu

verringern. Der Grund dafür ist der nahezu parallele Verlauf der Kurven der unteren

Resonanzen bei unterschiedlicher Abdeckung.

Die Dämpfung der Resonanzen resultiert aus Reibungsverlusten am Mundloch,

Verlusten im Rohr und aus der Energieabstrahlung. Die Verluste am Mundloch

haben hauptsächlich auf die tieferen Frequenzen Auswirkung, die Verluste im

Resonanzrohr auf die höheren Frequenzen. Ein Einfluss der Abdeckung des

Mundloches ist folglich überwiegend bei tieferen Resonanzen feststellbar. Die

Amplitudenwerte der Impedanz im Bereich der Resonanzen ändern sich zusammen

mit der Dämpfung. Bei gleichem Schallfluss innerhalb der Flöte stellt sich durch

ihren Anstieg ein höherer Schalldruck ein, je kleiner die Öffnung ist, das heißt um so

mehr die Flöte abgedeckt ist. Mit zunehmender Einwärtsdrehung strahlt ein

niedrigerer Schallfluss nach außen ab.

Das hat in der Praxis Auswirkung auf die Dynamik, weil der Ton bei größerer

Abdeckung schwächer wird, auch wenn der Anblasdruck gleich bleibt. Da mit

22



größerer Abdeckung jedoch die Gefahr des Überblasens besteht, wird der

Anblasdruck oft verringert.

2.1.4 Anblasrichtung

Während einer Schwingungsperiode strömt der Luftstrahl in das Innere der Flöte und

nach außen. Wie lange der Strahl nach innen bzw. außen strömt, wird von der

Richtung, in der der Luftstrahl gegen die Mundlochkante geblasen wird, beeinflusst.

Bläst der Spieler sehr zentral auf die Kante – das heißt die Höhenverschiebung ist

gleich null – so bewegt sich der Strahl symmetrisch zur Kante. Wird der Luftstrahl

mehr nach außen gelenkt, so verweilt er länger außerhalb der Flöte als innerhalb. Die

Anblasrichtung auf die Mundlochkante hat daher große Auswirkungen auf die

Klangfarbe.

Bei der Untersuchung der Auswirkung der Anblasrichtung auf die ersten vier

Teiltöne wurde festgestellt, dass sich der Grundtonpegel bei unterschiedlicher

Anblasrichtung nur geringfügig ändert, sich jedoch bei den Obertönen eindeutig

feststellbare Unterschiede abzeichnen.

Ist das Zentrum des Strahles genau auf der Kante, so entsteht eine symmetrische

Strahlschwingung. Das bedeutet, dass die geradzahligen Teiltöne ein Minimum

aufweisen. Wird der Luftstrahl in seiner Höhe verschoben, nehmen die geradzahligen

Teiltöne an Stärke zu und der dritte Teilton wird schwächer.

In Summe können durch die Änderung der Anblasrichtung größere spektrale

Unterschiede erreicht werden, als durch die Variation von Anblasdruck oder

Abdeckung.

Berücksichtigt man die Tatsache, dass der 1., 2. und 4. Teilton Oktaven bilden und

der 3. eine Quint dazu, so wird klar, dass der Einfluss der Anblasrichtung auf die

Klangfarbe sehr groß ist. Liegt das Strahlzentrum genau auf der Kante wird der Ton

durch das starke Hervortreten der ungeraden Teiltöne eine hohle und gedeckte Farbe

bekommen.

Wird der Luftstrahl etwas nach außen oder innen gerichtet, wird der entstehende Ton

heller und markanter.

23



2.1.5 Zusammenfassung und Abst immung der Anblasparameter

Die Dynamik, die durch Änderung des Anblasdruckes erreicht wird, zieht eine

Veränderung der Tonhöhe nach sich, die wiederum durch eine Anpassung desGrades der Abdeckung des Mundloches korrigiert werden kann. Es bieten sich

verschiedene Möglichkeiten an, den Ton durch die vier Anblasparameter zu

beeinflussen. Wann wird nun der Klang als ideal empfunden?

Der Versuch mit der Anblasvorrichtung hat ergeben, dass die Testpersonen den

Klang als optimal empfunden haben, wenn der Anteil der Nebengeräusche minimal

war.

Außerdem sind die Amplituden-Verhältnisse der unteren drei Teiltöne sehr wichtig.Beim Verhalten der oberen Teiltöne zeichnete sich keine eindeutige Tendenz ab. Der

zweite Teilton sollte weit stärker sein als der dritte, um ein hervortreten der Quint zu

vermeiden. Der Grundton sollte beinahe so stark sein wie der zweite Teilton, da

ansonsten der Charakter des Klanges zur höheren Oktave tendiert.

Bei stärkerem Anblasdruck wird der Abstand zwischen Lippen und Mundlochkante

vergrößert. Das kommt sicherlich daher, dass bei höherem Druck die Intensität der

Obertöne zunimmt, bei größerem Abstand aber absinkt und daher der Zuwachs an

Obertönen bei hohem Druck durch die Verschiebung des Abstandes gemildert wird.

Bei größerem Abstand ist außerdem die Gefahr des Überblasens nicht so groß.

Außerdem hat ein höherer Anblasdruck eine Erhöhung der Grundfrequenz zur Folge,

wodurch die Amplitude des Grundtones nicht so stark ansteigt wie die der ersten

Teiltöne. Somit bringt eine Zunahme der Lautstärke eine Veränderung der

Klangfarbe mit sich.

Durch eine größere Lippenöffnung wird der Schallpegel höher, dafür kann der

Anblasdruck stärker variiert werden. Weiters ist der Obertongehalt bei größerer

Lippenöffnung niedriger, wodurch ein weicheres, wenn auch nicht ganz so leises

piano gespielt werden kann.

Wird der Abstand zwischen Lippenöffnung und Mundlochkante bei gleicher

Intensität des Grundtones vergrößert so werden die Obertöne schwächer. Bei höheren

Tönen wird zudem auch der Rauschanteil im Klang höher.

24



Was die Anblasrichtung betrifft, so ist diese in der tiefen Lage eher nach außen, bei

den Tönen der zweiten Oktave nach innen und bei den sehr hohen Tönen

symmetrisch orientiert. Dabei ist auffällig, dass der zweite Teilton stärker ist als der

dritte, aber schwächer als der Grundton.

Bei höherem Anblasdruck sind die Veränderungen der Ansatzparameter klanglich

weniger kritisch als bei niedrigem Druck. Auch Intonationsprobleme treten bei

niedrigem Druck bei den Optimalpunkten stärker hervor.

Diese Ergebnisse stellen nur Tendenzen und typische Beispiele dar. Natürlich

können sich die spieltechnischen Parameter und Grad der Klangbeeinflussung bei

verschiedenen Flöten deutlich unterscheiden.

25



2.2 Berechnete Kenngrößen

2.2.1 Fluss

Der Fluss gibt an, welche Menge an Luft pro Zeiteinheit durch die Mundloch-

öffnung A hindurchfließt.

AU F ⋅= [l/s]

U …Strahlgeschwindigkeit [m/s]

A…Fläche der Mundlochöffnung [m²]

2.2.2 Strouhalzahl

Die Strouhalzahl ist eine dimensionslose Frequenz und beschreibt periodische

Strömungsvorgänge. Das bedeutet, die Geschwindigkeit im Strömungsfeld zwischenfixierten Punkten ändert sich zeitlich.17

Sie ist das Verhältnis aus dem Produkt von Frequenz und der Größe des umströmten

Hindernisses d und der Strahlgeschwindigkeit.

U

d f Str d

⋅=

U … Strahlgeschwindigkeit [m/s]

d … Abstand Lippe (Strahlaustritt) – Kante [m]

f … Frequenz [Hz]

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Störungen quer zur Blasrichtung beträgt in

40%-50% der Strahlgeschwindigkeit in der Mittelachse. Deshalb kann die

17 Vgl. BÖSWIRTH, 1995

26



Optimalbedingung einer halben Periodenverschiebung am Strahl mit Hilfe der

Strouhalzahl ausgedrückt werden und liegt bei Str d = 0,2 – 0,25.

2.2.3 Reynoldszahl

Die Reynoldszahl ist ebenfalls eine dimensionslose Kennzahl und wird verwendet

um die Gestalt des Strahles zu beschreiben.

ν

hU ⋅=Re

ν

…kinematische Viskosität der Luft

18

,

5

105,1

−

⋅=ν m²/s

U …Strahlgeschwindigkeit [m/s]

h…Höhe der Lippenöffnung [m]

Dabei wird zwischen laminaren und turbulenten Strömungen unterschieden. Der

Übergang von laminar zu turbulent liegt bei Re = 2500 – 3000.

Bei einer turbulenten Strömung handelt es sich um eine instationäre, wirbelartige

Zufallsbewegung. Reynolds hat gezeigt, dass der Übergang der laminaren in die

turbulente Strömung nur von dieser Kennzahl abhängt und vermutet, dass es sich um

ein Stabilitätsproblem handelt. Eine laminare Strömung wird bei großen

Reynoldszahlen instabil gegenüber Störungen, was bedeutet, dass schon kleine

Störungen eine große Auswirkung haben und die laminare Strömung in eine

turbulente Strömung überführen.19

Bei den höheren Registern der Flöte wurden Reynoldszahlen bis zu einem Wert von

Re = 10000 gemessen.20

18 ZIEREP, 1997, S.919

ZIEREP, 1997, S.12120 FABRE, 2005, L28

27



2.3 „ Klassische“ Methode

Diese Methode wurde schon bei den Versuchen von Fletcher und Fabre verwendet.

Für die Umsetzung wurden mit zwei Videokameras („Webcams“) zweidimensionale

Aufnahmen des Ansatzes während dem Spielen gemacht. Jede Kamera zeichnete

zwei Fotos pro Sekunde auf. Das Ergebnis waren Aufnahmen des Ansatzes von

vorne und von der linken Seite (Profil).

Zeitgleich mit der Fotoaufnahme sollte der Mundinnendruck gemessen und der

Klang aufgezeichnet werden.

Anschließend wurden die Fotos durch Bildanalyse vermessen und die Druckdaten,

sowie das Soundfile ausgewertet.

Um einen Umrechnungsfaktor von Pixel in mm zu bekommen wurden vor jeder

Aufnahme Kalibrierungsfotos eines 5x5mm Rasters geschossen:

Abb. 2.2: Kalibrierungsfotos

28



2.4 Vorstellung einer zweiten Methode und deren

Umsetzungsschwierigkeiten

2.4.1 Beschreibung der Methode

Die ursprüngliche Idee war, aus stereoskopisch aufgenommenen Fotos des

Flötenansatzes ein dreidimensionales Modell des Ansatzes zu erstellen. Dies sollte

mit Hilfe des Programms PhotoModeler Pro 4.021, einer auf

Nahbereichsphotogrammetrie spezialisierten Software zur Erstellung von 3D

Modellen aus 2D Aufnahmen, umgesetzt werden.

Dieses dreidimensionale Ansatzmodell sollte anschließend hinsichtlich der

spieltechnischen Parameter vermessen werden.

Ebenso sollte während des Spielens der Mundinnendruck gemessen und der

Flötenklang aufgezeichnet werden.

Um aus 2D Aufnahmen ein 3D Modell zu schaffen, müssen die aufgenommenen

Fotos überlappende Teilbereiche aufweisen und aus verschiedenen Blickwinkeln

geschossen werden. Deshalb waren die Kameras so positioniert, dass eine KameraAnsatzaufnahmen von links unten und die zweite Aufnahmen von rechts oben

machte.

Da die verwendeten Kameras nicht in der Auflistung an Kameras von PhotoModeler

vorhanden war, mussten diese zuerst kalibriert werden, um exakte und absolut

skalierte Ergebnisse zu erhalten.

Als Referenzfoto, um die exakten Kamera-Parameter zu erfassen, diente die

Aufnahme eines Rechtecks (105 x 148 mm) aus einem Abstand von 403 mm.

21 http://www.photomodeler.com

29



Abb. 2.3: Referenzfoto

2.4.2 Erstellung eines 3D-Modells

Sobald die Kameras kalibriert sind, kann ein neues Projekt in Photomodeler gestartet

werden.

Nach dem Importieren der beiden Fotos müssen auf jedem Bild mindestens acht

gleiche Punkte mit der Maus markiert und mit dem „Reference Mode“ bildweise

einander zugeordnet werden. Das ist notwendig, um im nächsten Schritt mit der

Funktion „Process“ die Orientierung zwischen den Fotos herzustellen. Gleichzeitigwerden die zugeordneten Punkte in ein 3D-Modell übergeführt.

Die weitere Arbeit mit PhotoModeler läuft nun weitgehend automatisiert ab. Die

Verwendung des Tools „Automatic Target Marking“ findet automatisch sämtliche

Punkte in der ausgewählten Region und mittels „Automatic Referencing“ werden die

Punkte einander zugeordnet und in das 3D-Modell übergeführt.

2.4.3 Schwierigkeiten

Um möglichst einfach und automatisch Referenzpunkte finden zu können, entstand

die Idee während der Aufnahmen ein Punktegitter auf das Gesicht zu projizieren. Das

hatte jedoch zur Folge, dass die Qualität der Fotos in einem Maß verschlechtert

wurde, dass eine Bearbeitung mit Photomodeler nicht mehr möglich war.

30



Möglich Gründe für die nicht ausreichende Bildqualität:

• Der Ansatzbereich war nicht ausreichend ausgeleuchtet, weshalb die

Oberlippe immer wieder Schatten geworfen hat.

• Aufgrund des auf das Gesicht projizierten Punktegitters konnten die Kameras

nicht scharf genug eingestellt werden. Deshalb schien das Punktegitter auf

den Fotos immer verschwommen zu sein.

Abb. 2.4: Beispiel eines Fotos mit schlechter Bildqualität

Somit wurde die Idee mit dem Punktegitter wieder verworfen und stattdessen die

Lippen des Spielers weiß geschminkt, um schärfere Kontraste zu erhalten und

schwarze Punkte ins Gesicht und auf die Flöte gemalt, um ausreichend

Referenzpunkte zu bekommen. Außerdem wurde die Flöte mit einem Mattspray

besprüht, damit diese auf den Fotos nicht mehr spiegelt. Diese Maßnahmen warenausreichend, um die Qualität der Fotos soweit zu verbessern, dass mit dem

Programm Photomodeler gearbeitet werden konnte.

31



Abb. 2.5: Geschminkter Lippenbereich

Die aufgemalten Punkte erleichterten außerdem das Finden der ersten

Referenzpunkte, um die Fotos zu orientieren. Der „Automatic Referencing“-Modus

stellte jedoch weiterhin ein Problem dar. Photomodeler konnte zwar automatisch

Punkte auf beiden Fotos finden und ordnete diese auch zu, jedoch stellte sich bei

näherem Hinsehen heraus, dass die Punkte oft nicht richtig zugeordnet waren.

Dieses Problem kann mit Hilfe des „Reference Mode“ veranschaulicht werden.

a) b) Abb. 2.6: Referenzhelferlinie für Punkt 75

32



Wird auf dem ersten Foto ein Punkt markiert (siehe Abb. 2.6, Foto a)), so erscheint

im zweiten Foto (siehe Abb. 2.6, Foto b)) eine Referenzhelferlinie, technisch

ausgedrückt eine Bipolarlinie. Wie hier leicht ersichtlich ist, kommen mehrere

Punkte zum Referenzieren in Frage und das Programm sucht sich den Punkt, der am

passendsten zu sein scheint, welcher aber nicht zwingend der richtige ist.

2.4.4 Probleme mit „ nur“ zwei Kameras

Folgende Punkte müssen bei der Positionierung der Kameras beachtet werden:

• Die Kameras müssen so positioniert werden, dass auf den Fotos ein genügend

großer überlappender Bereich vorhanden ist, um bei der Arbeit mit

Photomodeler genügend Referenzpunkte zu erhalten.

• Weiters müssen sich die Blickwinkel der Kameras auf den Ansatz deutlich

unterscheiden, um ein getreues 3D-Modell erhalten zu können.

• Trotzdem muss sichergestellt sein, dass das Lippenloch auf beiden Fotos

erkennbar ist, da ansonsten Linien, die die Lippenöffnung begrenzen, nicht

referenziert werden können und in Folge am 3D Modell nicht sichtbar sind.

Die Umsetzung der eben angeführten Punkte bereitete Schwierigkeiten. Waren die

Blickwinkel der Kameras so eingestellt, dass eine von links unten und die zweite von

rechts oben Ansatzbilder schoss, so war auf dem von rechts oben aufgenommenem

Bild die Lippenöffnung nicht sichtbar. Um dem entgegenzuwirken wurden die

Kameras auf in etwa gleicher Ebene links und rechts vom Ansatz positioniert. Nun

war der ganze Ansatzbereich auf beiden Fotos gut sichtbar, doch bei der Erstellung

des 3D-Modells waren die Kurven, die das Lippenloch begrenzten, nicht sichtbar.

33



Zur Veranschaulichung zwei Beispiele:

Abb. 2.7: Referenzierter Ansatzbereich mit dazugehörigem 3D-Modell

In Abb. 2.7 ist die Kurve, die das Lippenloch an der Unterlippe begrenzte im

3D-Modell nicht zu sehen.

34



Abb. 2.8: Referenzierter Ansatzbereich mit dazugehörigem 3D-Modell

In Abb. 2.8 ist die Kurve, welche die Grenze der Oberlippe zeigt, dreidimensional

darstellbar. Die Kurve, die die Grenze der Lippenöffnung an der Oberlippe darstellen

soll, ist im 3D-Modell jedoch nicht zu erkennen.

Es stellt sich nun die Frage warum manche der referenzierten Linien im 3D Modell

nicht sichtbar sind. Dieses Problem kann wiederum unter zu Hilfenahme des

„Reference Mode“ demonstriert werden.

35



a) b)

Abb. 2.9: Referenzhelferlinie für Punkt 277

Wird ein Punkt auf dem ersten Foto markiert (siehe Abb. 2.9, Foto a), so ist in

diesem Fall die Referenzhelferlinie beinahe parallel zu einer gedachten

Verbindungslinie der beiden Kameras. Weiters ist auch die Kurve, die das

Lippenloch an der Oberlippe abgrenzt und im 3D-Modell abgebildet werden soll, fast

parallel zur Referenzhelferlinie. Das Problem ist nun, dass PhotoModeler keine

Kurven berechnen kann, die parallel zur Hilfslinie sind.

Um dieses Problem zu lösen, müsste ein weiteres Foto mit vertikalen Abschnitten

importiert werden. Durch das Hinzufügen eines solchen Fotos können die

horizontalen Abschnitte verbessert und in Folge berechnet werden. Ein Foto mit

mehr vertikalen Abschnitten bedeutet praktisch eine Aufnahme, die von oben auf das

Objekt blickt. Eine solche Aufnahme von oben würde bei der Berechnung von den

Horizontalabschnitten helfen.

Es war also nicht möglich aus zwei Fotos ein 3D-Modell zu erstellen. Es konnte aber

auch nicht mit mehr als zwei Kameras gleichzeitig am PC gearbeitet werden. Schon

das zeitgleiche Arbeiten mit zwei Kameras führte wegen Treiberproblemen der

Kameras und des USB-Controllers bei synchronisierten Aufnahmen oft zu

Schwierigkeiten.

Aus technischen Gründen war diese Methode nicht realisierbar, sodass der

ursprüngliche Ansatz der Evaluierung mit Hilfe von 3D-Aufnahmen verworfen

werden musste und die zuvor beschriebene „klassische“ Methode verwendet wurde.

36



3 Messung

3.1 Versuchsaufbau

3.1.1 Die Messapparatur

Die Konstruktion einer Messapparatur war notwendig, um die benötigten Hilfsmittel

• Flöte

• Kameras

• Beleuchtungskörper und

• Druckmessgerät

zu befestigten und so eine reproduzierbare Aufnahmesituation für die Spieler zu

schaffen.

Die Basis für die Apparatur bildete ein dreibeiniges Stativ mit einem flexiblen

Montagesystem der Firma Flexlink.

Mit Hilfe von zwei darauf befestigten Laborklemmen konnte die Flöte fixiert

werden, um das Ein- und Ausdrehen der Flöte während des Spielens zu verhindern.Das war notwendig, um die für eine genaue Messdurchführung erforderlichen

exakten Bildaufnahmen zu erhalten.

Als Träger für die Kameras fungierten zwei senkrechte Schienen, auf denen die

Kameras über einen Kugelkopf befestigt waren. So konnten die Kameras in alle

Richtungen bewegt werden.

Die Kameras waren zueinander im rechten Winkel ausgerichtet, um simultane

Aufnahmen von vorne und links zu ermöglichen.

Des Weiteren wurde auf der Messapparatur noch das Druckmessgerät befestigt, von

dem ein Schlauch zum Mund des Spielers geführt wurde.

Eine besondere Herausforderung stellte die richtige Einstellung der Beleuchtung dar.

Eine gute Ausleuchtung des Lippenbereiches war die Vorraussetzung für eine gute

Bildqualität mit scharfen Kontrasten. Daher musste ein Weg gefunden werden, um

ein Schatten werfen der Oberlippe zu verhindern.

37



Überaschenderweise stellte nach mehren Versuchen eine „normale“, auf der

Messvorrichtung befestigte Schreibtischlampe die zweckdienlichste Lösung dar.

Zusätzlich wurde eine zweite Lampe mit LEDs so auf der Apparatur befestigt, dass

der ganze Lippenbereich von unten ausgeleuchtet wurde.

Nachfolgend ein Foto der Messapparatur:

Abb. 3.1: Messapparatur

Einen Meter von der Messvorrichtung entfernt war das Mikrofon für die

Tonaufnahmen (am Foto nicht sichtbar) positioniert.

38



Folgende Abbildung skizziert die Anordnung der Komponenten:

Spieler

100cm ± 5cm

Mikrofon

Druckmessgerät

Abb. 3.2: Anordnung der Komponenten

3.1.2 Verwendete Messgeräte- und Programme

Kameras

Die Bildaufnahmen wurden mit zwei digitalen Videokameras („Webcams“) mit

VGA-Auflösung (640x480) gemacht. Die Originalobjektive wurden ersetzt durch

Objektive mit 6mm Brennweite.

Mit Hilfe des Programms LabVIEW von National Instruments wurden die Abläufe

der Kameras programmiert. Dieses Programm steuerte das gleichzeitige Starten und

39



Stoppen der Kameras, die Aufnahme von zwei Bildern pro Sekunde und deren

Speichern in einem festgelegten Ordner auf einer PC-Festplatte.

Druckmessgerät + Software

Mit dem digitalen Druckmessgerät GMH 3150 der Firma Greisinger wurde der

Mundinnendruck gemessen. Der Messbereich des Drucksensors reichte von -2000

bis 2500 Pascal.

Das Druckmessgerät lieferte einen Messwert pro Sekunde mit je einem Wert für den

Minimaldruck, den Maximaldruck und einen Mittelwert.

Als Sonde für die Mundinnendruckmessung diente eine umgekehrte Spritzenkanüle

vom 10cm Länge und 1mm Durchmesser, die in den Mundwinkel eingeklemmt

wurde. Der Plastiktrichter am Ende der Kanüle wurde abgeschnitten, damit der

Störfaktor in der Mundhöhle so gering wie möglich gehalten wird. Um die Kanüle

mit dem Schlauch zu verbinden, wurde ein Stöpsel aus Silikonmasse am

Schlauchende befestigt und mit der Nadelspitze durchstochen.

Die Bedien- und Auslese-Software für Messgeräte GSOFT 3050 zeichnete die

Druckdaten auf, die anschließend als Textfile und Messdaten gespeichert wurden.

Mikrofon + Software

Für die Tonaufnahme wurde ein Kondensatormikrofon der Marke AKG mit dem

Speiseteil SE 300B mit der Kapsel CK 92, das ist eine Mikrofonkapsel mit

kugelförmiger Richtcharakteristik, verwendet.

Die Aufnahmen wurden mit dem Programm Sound Forge 6.0 durchgeführt.

40



3.2 Versuchsablauf

3.2.1 Spieler

Bei den Spielern handelt es sich um Studenten, Absolventen sowie einer Professorin

der Studienrichtung IGP.

Sie alle spielten auf ihren eigenen Instrumenten, um das gewohnte Spielgefühl das

Instrument betreffend zu gewährleisten. Für dieses Projekt sind die individuellen

Ansatzpositionen von Interesse, unabhängig davon auf welcher Flöte gespielt wird.

Die Spieler sollen die Töne ihren eigenen Klangvorstellungen entsprechend

produzieren können.

Die Spieler waren:

ao. Univ.-Prof. Furugh Karimi Djafar-Zadeh

Professorin der Studienrichtung IGP, Flöte: Muramatsu (14 Karat Gold,

Silbermechanik, C-Fuß) mit Lafin – Kopf (Modell Adler, 18 Karat Gold)

Isabella Frenzl

Sudentin IGP-Mag., Flöte: Muramatsu, Modell SR (Silber, gelötete Kamine,

Ringklappen, H-Fuß)

Mag. Helmut Kühnelt

IGP-Mag., Flöte: Nagahara (Silber, Kopf mit Gold Mundplatte (14 Karat), Kamin

(18 Karat), gelötete Kamine, H-Fuß)

Lisa Lehmann

IGP1, Flöte: Sankyo (Silberrohr, C-Fuß) mit Tomasi – Kopf

Regina Parb

IGP-Bakk., Flöte: Muramatsu, Modell AD (Silber, dickwandig, Ringklappen, H-Fuß)

41



3.2.2 Tonfolge

Das Aufnahmeprogramm bestand aus langen Einzeltönen (5sec.), die von der ersten

bis zur dritten Oktave reichten und folgende acht Töne umfasste:

d1 – g1 – h1 – d2 – g2 – h2 – d3 – g3

Um eine möglichst große Bandbreite an Ansatzpositionen zu erhalten und mögliche

Unterschiede bei veränderter Dynamik feststellen zu können, wurde diese Tonserie

im Forte, Mezzoforte und Piano aufgezeichnet.

Jeder Spieler wählte die vorgegebene Dynamik nach seinem subjektiven Empfinden,was mit Sicherheit leichte Abweichungen in der Lautstärke zur Folge hatte.

Die Aufgabenstellung für die Spieler lautete, jeden Ton mindestens fünf Sekunden

auszuhalten und auch auf eine Pause zwischen den gespielten Tönen von ungefähr

zwei Sekunden zu achten. Diese Pause war erforderlich, um die aufgenommenen

Messdaten bei der Auswertung den einzelnen Tönen eindeutig zuordenbar zu

machen.

3.2.3 Durchführung

Die Versuchsreihe wurde an der Universität für Musik und darstellende Kunst Wien

durchgeführt. Die für das Experiment verwendeten Aufnahmen wurden im

reflexionsarmen Raum des „Instituts für Wiener Klangstil“ gemacht.

Eine mögliche Beeinträchtigung für die Versuchspersonen stellte die Spielposition

dar. Idealerweise spielt ein Flötist bzw. eine Flötistin im Stehen, führt die Flöte zum

Körper und kann sich frei bewegen. Die Versuchspersonen mussten jedoch im Sitzen

mit der an der Messvorrichtung fixierten Flöte spielen. Um die Situation etwas zu

erleichtern, konnte die Höhe und die Neigung der Messvorrichtung an die Wünsche

42



des Spielers angepasst werden. Trotzdem musste der (Ober)Körper zur Flöte geneigt

werden.

Außerdem wurde die Kanüle im Mundwinkel zu Beginn als große Behinderung bei

der Tonproduktion empfunden. Es war schwierig die Kanüle im Mundwinkel so zu

halten, dass diese während dem Spielen nicht verrutschte, aber trotzdem die

Mundwinkel nicht mehr zusammengepresst wurden als beim alltäglichen Spielen.

Ein Zusammenpressen der Mundwinkel wäre nicht nur entgegen der gewohnten

Spielweise, sondern würde mit großer Wahrscheinlichkeit auch eine Veränderung

anderer Ansatzparameter nach sich ziehen.

Nach einigen Spielversuchen waren die Flötisten – bis auf eine Ausnahme – mit der

ungewohnten Spielsituation soweit vertraut, dass sie in der Lage waren auch mit der

fixierten Flöte und der Kanüle im Mundwinkel ihrer Klangerwartung entsprechend

und ohne Schwierigkeiten zu spielen. Diese Rückmeldung der Spieler war für mich

sehr wichtig, um davon ausgehen zu können, dass die gewonnen Resultate auch

aussagekräftig sind. Erst danach wurde mit den PC-gesteuerten Aufnahmen

begonnen.

Nachdem alle Aufnahmeprogramme gestartet waren, begannen die Spieler dieTonserie in einer von ihnen ausgewählten Lautstärke zu spielen. Nach jeder Tonserie

einer Dynamik wurden die Daten auf der Festplatte gespeichert und die nächste

Tonserie konnte aufgenommen werden.

43



3.3 Auswertung der Messergebnisse

3.3.1 Auswertung der Bilddateien

Das Rohergebnis der Messung bestand pro Tonfolge aus einem Soundfile,

Druckmessdaten und ca. 250-300 Fotos (2 Bilder pro Sekunde) im JPEG-Format.

Von den 250-300 Fotos pro Tonfolge mussten nun diejenigen herausgefiltert werden,

die zu exakt jenem Zeitpunkt aufgenommen wurden an dem ein Spieler gerade einen

Ton spielte.

Hierzu wurden die Zeitstempel der Töne im Soundfile mit den

Aufnahmezeitpunkten22 der Bilddateien verglichen. Auf diese Weise konnten die

Bilderserien den einzelnen Tönen zugeordnet werden.

Es zeigt sich dabei, dass pro Tonfolge jeweils 100-130 (ca. 40%) der Aufnahmen

verwertbar waren. Der Rest entfiel auf Aufnahmen von Atmen, Anlegen,

Zwischentönen, etc.

Mit Hilfe des Programms Image J 23 wurden die Bilderserien anschließend

vermessen.

Image J ist ein lizenzfreies Bildanalyseprogramm, das am National Institute of

Health entwickelt wurde. Mit Hilfe dieses Programms können Bilder analysiert,

bearbeitet, gespeichert und gedruckt werden. Das Programm unterstützt „stacks“, das

bedeutet, dass eine ganze Bilderserie importiert werden kann, die sich ein einzelnes

Fenster teilen. Diese Funktion war für die Auswertung der Fotos äußerst hilfreich.

Mit Image J können unter anderem Flächen berechnet, Abstände und Winkel

gemessen werden, um nur einige Funktionen zu nennen, die für die Bildanalyse

verwendet wurden.

22

Als Aufnahmezeitpunkt wurden Uhrzeit und Datum der Erstellung der JPEG-Datei herangezogen.23 http://rsb.info.nih.gov/ij/

44



Um die Mundlochöffnung zu berechnen wurde die Funktion „Threshold“ verwendet.

Diese segmentiert das Bild in Objekte, die von Interesse sind, und Hintergrund,

indem untere und obere Grenzbereiche festgelegt werden. Pixel mit einem

Helligkeitswert größer oder gleich dem unteren Grenzbereich und kleiner oder gleich

dem oberen Grenzbereich werden in rot dargestellt.

Abb. 3.3: Anwendung der Funktion „Threshold“ zur Berechnung der Lippenöffnungsfläche

Der Grenzbereich musste bei jeder Bilderserie auf die jeweiligen

Mundcharakteristiken der Spieler angepasst werden. Dadurch ergeben sich

zwangsläufig Messabweichungen in der Größe der Lippenöffnung, die bei weiterer

Betrachtung von daraus abgeleiteten Kennzahlen zu beachten ist.

Mit dem Befehl „Analyze Particles“ wurde das ausgewählte Objekt (Lippenöffnung)

vermessen. Die zuvor festgesetzten Messgrößen waren die Fläche und eine an die

Lippenöffnung angepasste Ellipse.

45



Die Ergebnisliste der Bilderserie enthielt nun folgende Daten: den Flächeninhalt und

die Längen der Haupt- und Nebenachse der Ellipse.

Um den Abstand zwischen Lippe und Kante und zwischen Kante und Unterlippe

(offener Bereich der Abdeckung) zu messen, wurde das „Straight Line Tool“

herangezogen. Die Funktion „Measure“ lieferte neben der Länge der Abstände auch

den Winkel, der von der Linie mit der horizontalen Bildachse eingeschlossen wird.

Der Anblaswinkel ließ sich daher aus der Differenz der beiden Winkel

(Winkel(Abstand Lippe-Kante) – Winkel(Abdeckung)) berechnen.

a) b)

c)

Abb. 3.4: a) Abstand Lippe – Kante, b) Abstand Kante – Unterlippe, c) Anblaswinkel

46



3.3.2 Auswertung der Druckdateien

Die Auswertung der Daten für den Mundinnendruck erfolgten mit den in einem

Textfile abgespeichert Messwerten und dem dazugehörigen Druckdiagramm desMessprogramms.

Die Zuhilfenahme des Druckdiagramms erleichterte es, die aussagekräftigen Daten

für den Mundinnendruck zu ermitteln.

Im Druckdiagramm sind der Relativdruck (rot), der Minimaldruck (grün) und der

Maximaldruck (blau) abgebildet.

Abb. 3.5: Druckdiagramm

3.3.3 Auswertung des Soundfi les

Die mit Sound Forge 6.0 aufgenommenen Flötenklänge wurden mit diesem

Programm auch nachbearbeitet. Geräusche und kurze Tonversuche wurden gelöscht,

große Zeitabstände zwischen den Tönen herausgeschnitten.

Die Analyse der Soundfiles wurde mit TAP-Tools, einem kommandozeilenbasiertem

Signalverarbeitungspaket, welches am IWK von Prof. Wilfried Kausel entwickelt

wurde, durchgeführt.

47



Das Programm segmentiert das Soundfile, indem es die Tonanfänge sucht und

berechnet für ein bestimmtes Zeitintervall (im gegebenen Fall 0,5sec) den

Schalldruckpegel. Weiters wurde mit TAP-Tools eine Grundtonerkennung und eine

harmonische Analyse der ersten fünf Teiltöne durchgeführt.

Alle diese Werte wurden in einem Textfile abgespeichert.

3.3.4 Weiterverarbeitung

Pro aufgenommenen Ton standen zwischen sechs und acht Fotos für die Vermessung

des Ansatzes zur Verfügung.

Die Fotos wurden zuerst jedes für sich vermessen. Danach wurde aus den jeweils

einem bestimmten Ton zugeordneten Messdaten das arithmetische Mittel errechnet.

Das Ergebnis war pro Ton ein Wert für die Mundlochöffnung, den Anblaswinkel,

die Abdeckung und den Abstand von Lippe zu Kante.

Pro Tonfolge gab es ein Druckfile. Dabei wurde von allen aussagekräftigen Werten

für den Mundinnendruck das arithmetische Mittel pro Ton berechnet.

Daraus konnten nun die weiteren Kennzahlen wie Strömungsgeschwindigkeit,

Strouhalzahl, Reynoldszahl und Fluss berechnet werden.

48



4 Auswertung

4.1 Ansatzparameter und Kenngrößen

4.1.1 Abstand Lippe zu Kante

4

5

6

7

8

9

10

11

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

m m

forte mezzoforte piano

Abb. 4.1: Abstand Spieler 1

Bei Spieler 1 liegt der Verlauf der Kurven in den unterschiedlichen Dynamiken sehr

nah beisammen. Die Unterschiede liegen bei den einzelnen Tönen mit Ausnahme der

beiden tiefsten aufgenommenen Töne, dem d1 und dem g1, unter 1mm.

Im Piano wird der Abstand vom höchsten bis zum tiefsten Ton von 10mm auf 5mm

halbiert. Im Forte und Mezzoforte verringert sich der Abstand vom d1 zum g³

zwischen 35% und 40%.

49



2

3

4

5

6

7

8

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

m m



Bei Spieler 2 ist der Abstand beim g² in allen Lautstärken gleich groß, bei den

höheren aufgenommenen Tönen überschneiden sich bemerkenswerterweise die

Kurven für das Piano und Forte. Im Mezzoforte ist die Entfernung der Lippe zur

Kante geringer.

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

m m

mezzoforte piano


Anmerkung: Spieler 3 hatte Probleme mit der Kanüle im Mundwinkel die Töne im

Forte zu spielen. Da diese daher nicht aussagekräftig sind, fehlen bei Spieler 3 in

vielen Grafiken die Werte für die Töne im Forte.

50



Der Verlauf des Abstandes bei Spieler 3 liegt in den beiden Dynamiken Mezzoforte

und Piano sehr nahe beisammen und nimmt mit steigender Frequenz kontinuierlich

ab. Der Abstand von Lippe zu Kante beträgt beim d1 5,36mm und verringert sich bis

zum g³ auf ca. 3,33mm.

4

5

6

7

8

9

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

m m



Ab einer Frequenz von 600 Hz sind bei Spieler 4 die Abstände von der Lippe zur

Kante im Mezzoforte und Forte gleich groß. Im Piano ist der Abstand geringer. Für

die tieferen Frequenzen ist der Abstand im Forte kleiner als im Mezzoforte. Beim

Spielen im Piano steigt der Abstand bis zum Ton h1 leicht an und liegt an dieser

Stelle deutlich über den jeweiligen Werten dieses Tons im Forte bzw. Mezzoforte.

Die Kurve, welche den Abstand von Lippe zu Kante beschreibt, lässt sich bei

Spieler 4 in zwei Teile zerlegen:

• Bis zu einer Frequenz von 800Hz fällt die Abstandskurve steil ab. Vom d1 im

Mezzoforte bis zum g² im Piano verkleinert sich der Abstand um 40% oder

anders ausgedrückt von 8,5mm auf 5,2mm.

• Ab einer Frequenz von 800Hz im Piano und 1000Hz in allen Dynamiken ist

der Verlauf der Kurve beinahe horizontal und der Abstand von Lippe zu

Kante beträgt durchschnittlich 5mm.

51



Der Grund für das Gleichbleiben des Abstandes liegt darin, dass der Abstand nicht

weiter verkleinert werden kann, um noch einen Ton produzieren zu können.

3

4

5

6

7

8

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800Hz

m m



Bei Spieler 5 liegen die Abstände im Forte und Mezzoforte ebenfalls sehr nahe

beieinander und sind kleiner als der Abstand im Piano.

Vergleich aller Spieler

3

4

5

6

7

8

9

10

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

m m

Spieler 1 Spieler 2 Spieler 4 Spieler 5

Abb. 4.6: Abstand im Forte

52



2

3

4

5

6

7

8

9

10

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

m m

Spieler 1 Spieler 2 Spieler 3 Spieler 4 Spieler 5

Abb. 4.7: Abstand im Mezzoforte

Im Forte und Mezzoforte lassen sich die Spieler in zwei Gruppen teilen.

Die Abstände von Spieler 1 und 4 sind größer als die der übrigen Spieler und

unterscheiden sich über beinahe den gesamten Spielbereich durch einen ähnlichen

Wert. Der Abstand von Spieler 2 und 5 deckt sich im Mezzoforte über weite

Bereiche, im Mezzoforte können letztgenannte gemeinsam mit Spieler 3 zu einer

Gruppe zusammengefasst werden.

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

m m


Abb. 4.8: Abstand im Piano

53



Im Piano ist die oben angeführte Gruppierung nicht mehr gültig. Spieler 1 hat nach

wie vor den größten Abstand zur Kante, jedoch verlaufen die Kurven von Spieler 1,

5 und 3 in einem gleich bleibenden Abstand.

Für alle drei Dynamiken gilt jedoch, dass der Verlauf der Kurven bei allen Spielern

sehr ähnlich ist und der Abstand Lippe – Anblaskante mit dem Ansteigen der

gespielten Töne kleiner wird. Beim g³ liegen die Werte für den Abstand in einem

engeren Intervall als bei den übrigen Tönen.

Mit zunehmender Frequenz nähern sich die Abstände jeweils unterschiedlichen

unteren Schranken. Unterhalb dieses individuellen Abstandsminimums kann ein

Spieler keinen Ton erzeugen.

4.1.2 Strahlgeschwindigkeit

15

20

25

30

35

40

45

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

m

/ s


Abb. 4.9: Strahlgeschwindigkeit Spieler 1

Spieler 1 spielt im Mezzoforte und Forte mit einer annähernd gleichen

Strahlgeschwindigkeit. Im Piano ist die Geschwindigkeit etwas geringer als im

Mezzoforte oder Forte: Zwischen d1 und d2 um ca. 20%, bei den restlichen Tönen um

ca. 10%. In allen drei Dynamiken wird der Kurvenverlauf ab dem h² etwas flacher,

was besonders deutlich im Piano zu sehen ist.

54



15

20

25

3035

40

45

50

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

m / s



Im Gegensatz zu Spieler 1 liegen bei Spieler 2 die Kurven für die

Strahlgeschwindigkeit im Mezzoforte und Piano sehr nahe beieinander. Mit

Ausnahme des höchsten und des tiefsten Tones ist die Strahlgeschwindigkeit im

Mezzoforte und Piano um etwa 20% bis 25% niedriger als im Forte. Im Mezzoforte

und Piano steigen die Kurven beinahe linear an, im Forte wird der Verlauf der Kurve

ab dem h² etwas flacher.

15

20

25

30

35

40

45

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

m / s



55



10

20

30

40

50

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

m / s



Bei Spieler 4 steigt ebenfalls über den gesamten Spielbereich die

Strahlgeschwindigkeit mit der Frequenz an. Betrachtet man jedoch den Verlauf der

Kurven so sind immer wieder Auffälligkeiten zu erkennen:

• Im Forte fällt die Strahlgeschwindigkeit, mit einer Ausnahme beim g1, vom

d1 bis zum g² leicht ab und beginnt erst dann wieder stark anzusteigen. Das

heißt, Spieler 4 verwendet für den überblasenen Ton g² einen geringeren

Blasdruck als für den Ton der ersten Oktav, das g1.

• Betrachtet man die aufgenommenen Töne im Mezzoforte etwas genauer, so

fällt auf, dass die tieferen Töne d1 und g1 mit einer höheren Geschwindigkeit

gespielt werden, als die folgenden Töne h1 und d². Die Strahlgeschwindigkeit

beginnt erst mit dem h1 stetig zu steigen.

Die geringe Strahlgeschwindigkeit beim h1 erscheint logisch, wenn man

bedenkt, dass auch der Abstand von Lippe zu Kante beim h1 kleiner ist als

beim gleichen Ton im Piano.

• Ab einer Frequenz von 1000Hz ist die Strahlgeschwindigkeit im Mezzoforte

und Piano gleich groß.

56



10

20

30

40

50

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

m / s



Bei Spieler 5 steigt die Strahlgeschwindigkeit kontinuierlich mit der Frequenz an. Im

Piano und Mezzoforte überschneiden sich die Kurven für die Geschwindigkeit des

Strahles über weite Strecken. Nur bei den Tönen der dritten Oktave bleibt die

Geschwindigkeit im Piano geringer als im Mezzoforte.


15

20

25

30

35

40

45

50

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

m / s


Abb. 4.14: Strahlgeschwindigkeit im Forte

57



Mit Ausnahme der Töne d1, g1 und h1 von Spieler 4, zeigt die Grafik für die

Strahlgeschwindigkeit im Forte, dass alle Spieler mit einem ähnlich hohen Druck die

Töne anspielen. Bei den Tönen zwischen d1 und g² beträgt die Abweichung bei

jedem Ton in etwa ± 5% und zwischen h² und g³ maximal ± 8%. Die

Durchschnittsgeschwindigkeit von 22,22m/s beim d1 verdoppelt sich bis zum

höchsten Ton g³ auf 44,66m/s.

Die höchste Geschwindigkeit des Blasstrahles wurde bei Spieler 4 beim höchsten

Ton g³ im Forte gemessen und betrug 48 m/s – das sind 172,8 km/h!

Ab dem Ton h² steigt die Strahlgeschwindigkeit nicht mehr so stark an wie bei den

tieferen Frequenzen.

10

1520

25

30

35

40

45

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

m / s


Abb. 4.15: Strahlgeschwindigkeit im Mezzoforte

Im Mezzoforte liegen die Werte nicht so dicht beisammen wie im Forte. Die

Strahlgeschwindigkeit von Spieler 1 ist bis zum h² deutlich höher als die der übrigen

Spieler.

Bei der Betrachtung des Abstandes von Lippe zu Kante ist aufgefallen, dass bei

Spieler 1 der Abstand im Mezzoforte deutlich größer ist als bei den übrigen Spielern.

Das bedeutet, dass Spieler 1 eine höhere Strahlgeschwindigkeit benötigt um den

größeren Abstand zu kompensieren.

58



Abb. 4.15 verdeutlicht noch einmal den Druckeinbruch von Spieler 4 beim h1.

Im oberen Frequenzbereich sind die Messergebnisse von Spieler 1, 2 und 5 in einem

ähnlich kompakten Bereich wie im Forte.

15

20

25

30

35

40

45

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

m / s


Abb. 4.16: Strahlgeschwindigkeit im Piano

Der Kurvenverlauf veranschaulicht, dass auch im Piano die Strahlgeschwindigkeitmit der Frequenz ansteigt.

Auch im Piano lässt sich bei den Spielern 1, 3 und 4 die Tendenz erkennen, dass ab

einer Frequenz von 1000Hz der Kurvenverlauf abflacht.

So wie beim Forte verdoppelt sich auch im Piano die Strahlgeschwindigkeit vom

tiefsten bis zu höchsten Ton von durchschnittlich 17,7m/s auf 36,2m/s.

59



4.1.3 Fläche der Lippenöffnung

0

1

2

3

4

5

6

7

8

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

m m ²


Abb. 4.17: Lippenöffnung Spieler 1

Betrachtet man die Lippenöffnung des ersten Spielers, so lassen sich große

Unterschiede feststellen. Im Mezzoforte weist die Öffnung die geringsten

Änderungen auf. Erwartungsgemäß wird im Piano die Mundlochfläche mit dem

Ansteigen der Töne immer kleiner.

0

1

2

3

4

5

6

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

m m ²



Dass die Größe des Lippenloches mit dem Ansteigen der Töne in allen drei

Dynamiken immer kleiner wird ist bei Spieler 2 besonders deutlich erkennbar. So ist

60



das Lippenloch im Mezzoforte und Piano vom d1 bis zum g², mit Ausnahme des

Tones h1 im Piano, zwischen 4mm² und 5mm² groß. In diesen Dynamiken

verkleinert sich die Fläche der Lippenöffnung beim Wechsel von g² auf h² sehr stark.

Die Mundlochfläche ist bei den höheren Tönen ab dem h² kleiner als 2mm² und läuft

bis zum höchsten Ton auf beinahe einen Punkt zusammen. So ist die Lippenöffnung

beim höchsten aufgenommenen Ton – dem g³ – in allen Lautstärken beinahe gleich

groß und beträgt zwischen 0,66 – 0,89 mm² – der kleinsten realisierbaren

Lippenöffnung.

Auffällig ist, dass die Fläche der Lippenöffnung vom d1 bis zum g² im Forte deutlich

kleiner ist als im Mezzoforte oder Piano.

0

1

2

3

4

5

6

7

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

m m ²

mezzoforte piano


Im Piano ist die Lippenöffnung vom h² aufwärts ähnlich klein wie bei Spieler 2.

Auch hier gilt wiederum, dass das Formen eines noch kleineren Lippenloches nicht

mehr möglich ist.

Im Mezzoforte liegen die Werte für die Öffnungsfläche in konstantem Abstand über

den Werten im Piano.

61



0

2

4

68

10

12

14

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

m m

²



Spieler 4 hat eine auffällig große Lippenöffnung beim tiefsten aufgenommen Ton d1

im Forte und Mezzoforte. Diese beträgt 12,91mm² im Forte bzw. 13,24 mm² im

Mezzoforte.

Die Messergebnisse der Lippenöffnung im Piano sind immer kleiner als im

Mezzoforte oder Forte.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

m m ²



Bei der fünften Versuchsperson liegen die Messergebnisse im Mezzoforte – mit

Ausnahme der tieferen Töne d1

, g1

und h1

– zwischen den Werten für Piano und

62



Forte. Beim höchsten Ton, dem g³, ist die Fläche des Lippenloches im Mezzoforte

und Piano gleich groß aber deutlich kleiner als im Forte.


0

2

4

6

8

10

12

14

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

m m ²


Abb. 4.22: Lippenöffnung im Forte

0

2

4

6

8

10

12

14

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

m m ²


Abb. 4.23: Lippenöffnung im Mezzoforte

63



Der Vergleich aller Spieler in den unterschiedlichen Dynamiken zeigt:

Beim Mezzoforte und Forte sticht nur Spieler 4 beim tiefsten aufgenommenen Ton

d1 mit einer auffallend großen Lippenöffnung hervor. Diese beträgt das Vierfache

vom Durchschnitt der anderen Spieler.

Die Lippenöffnung bei Spieler 2 ist im Forte und Mezzoforte bei den Tönen h², d³, g³

deutlich kleiner als bei den übrigen Spielern. Im Mezzoforte sind die Flächen der

Lippenöffnungen bei eben genannten Tönen kleiner als 2mm². Die Flächen von

Spieler 1, 3 und 5 liegen zwischen 2mm² und 5mm².

Insgesamt lässt sich im Mezzoforte jedoch bei allen Spielern erkennen, dass die

Mundlochfläche mit ansteigender Frequenz tendenziell kleiner wird.

0

12

3

4

5

6

7

8

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

m m ²


Abb. 4.24: Lippenöffnung im Piano

Am deutlichsten lässt sich im Piano erkennen, dass die Lippenöffnung umso kleinerwird, je höher die Lage der Töne ist.

Im Kurvenverlauf der Lippenöffnung sind zwei Tendenzen zu erkennen:

• Bis zu einer Frequenz von 800Hz fällt die Kurve der Lippenöffnung sehr steil

ab. Die Verkleinerung der Lippenöffnung ist bei Spieler 1 am größten, von

7,5mm² beim d1 auf 2,23mm² beim g²

64



• Ab 800Hz (Spieler 4) bzw. 1000Hz (Spieler 3) verlaufen die Kurven

horizontal. Bei den übrigen Spielern wird der Verlauf der Kurven deutlich

flacher und konzentrieren sich immer mehr auf einen Punkt hin. So liegen

beim g³ alle Messwerte unter 2mm². Hier ist deutlich erkennbar, dass eine

Grenze erreicht ist, an der die Mundlochfläche nicht mehr weiter verkleinert

werden kann.

4.1.4 Abdeckung

3

4

5

6

7

8

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

m m


Abb. 4.25: Abdeckung Spieler 1

Bei Spieler 1 steigt die Abdeckung der Mundlochöffnung der Flöte näherungsweise

linear mit der Frequenz an.

65



4

5

6

7

8

9

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

m m



Im Piano ist der Anstieg der Abdeckung ebenso wie bei Spieler 1 beinahe linear. Im

Mezzoforte beträgt die Abdeckung zwischen d1 und h1 in etwa 5mm und steigt dann

bis zum h² stark an. Ab diesem Ton wird der Kurvenverlauf eindeutig flacher. Beim

g³ wird im Piano und Mezzoforte derselbe Wert erreicht. Im Forte wird die

Abdeckung bis zum h² immer größer und bleibt bei den höheren Tönen gleich.

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

m m

mezzoforte piano


Auch bei Spieler 3 laufen die Abdeckungskurven in beiden Dynamiken auf einen

Punkt zusammen.

66



4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

8,5

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

m m



Bei Spieler 4 ist die Schwankungsbreite der Abdeckung, die Töne g1 und h1

ausgenommen, am geringsten. Die Mundlochöffnung der Flöte ist generell weit

abgedeckt und zwar zwischen 6mm und 7,7mm.

4

5

6

7

8

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

m m



Im Piano verläuft die Abdeckungskurve wie schon bei Spieler 1 und Spieler 2

beinahe linear.

67




4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

m m


Abb. 4.30: Abdeckung im Forte

Bei Spieler 4 ist die Abdeckung der Mundlochöffnung der Flöte am größten.

Auffällig ist die größere Abdeckung vor allem bei den tieferen Tönen. Dadurch

ergibt sich ein im Vergleich zu den anderen Spielern flacherer Verlauf der

Abdeckungskurve.

3

4

5

6

7

8

9

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

m m


Abb. 4.31: Abdeckung im Mezzoforte

68



3

4

5

6

7

8

9

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

m m


Abb. 4.32: Abdeckung im Piano

In allen drei Dynamiken wird die Abdeckung mit der ansteigenden Frequenz größer.

Die Abdeckung des Mundloches liegt in einem Bereich zwischen 4mm und 8mm.

Das entspricht einer Abdeckung der Mundlochöffnung der Flöte zwischen 36% und

72%. In der einschlägigen Fachliteratur wird als Richtlinie für die Abdeckung

etwa ein Drittel des Mundloches angegeben.

Auffällig ist, dass dieser Wert von allen Versuchspersonen nur annähernd bei den

tiefsten Tönen im Piano erreicht wird.

Bei der Abdeckung der Mundlochöffnung der Flöte wird der Wert von 8mm nicht

überschritten. Somit scheint es sich dabei um einen Grenzwert für die Abdeckung zu

handeln um noch einen Ton erzeugen zu können.

69



4.1.5 Anblaswinkel

30

40

50

60

70

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

G r a d


Abb. 4.33: Anblaswinkel Spieler 1

Betrachtet man den Anblaswinkel in den drei verschiedenen Dynamiken, so ist der

Verlauf bei Spieler 1 am homogensten.

Für die Töne d1 bis h2 ist der Unterschied immer kleiner als 5 Grad. Bis zum g² ist

steigt der Anblaswinkel nur wenig an.

Ab dem g² wird der Anstieg der Kurve deutlich steiler und daher sind auch die

Winkel im Forte und Mezzoforte sehr steil und betragen 66° (Forte) bzw. 65°

(Mezzoforte).

30

35

40

45

50

55

60

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

G r a d



70



Bei Spieler 2 ist vor allem der Anblaswinkel beim d³ im Forte und Mezzoforte

auffällig. Der Winkel ist an dieser Stelle sehr flach und beträgt nur 36° (Forte) bzw.

35° (Mezzoforte).

40

45

50

55

60

65

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

G r a d

mezzoforte piano


Im Mezzoforte ist der Anblaswinkel bei Spieler 3 sehr konstant und bewegt sich –die tiefen Töne ausgenommen – immer um die 50 Grad mit einer Abweichung von

weniger als 2°. Im Piano wird das g² mit einem sehr steilen Winkel von 61°

angeblasen.

25

28

31

34

37

40

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

G r a d



71



Der Anblaswinkel ist bei Spieler 4 sehr flach, was sich im Vergleich mit den anderen

Spielern noch viel deutlicher beobachten lässt. Der steilste Winkel mit knapp 38°

lässt sich beim Ton h² im Mezzoforte messen.

30

35

40

45

50

55

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

G r a d



Bei Spieler 5 und ebenso bei Spieler 3 ist der Anblaswinkel im Piano größer als bei

den anderen beiden Dynamiken.


30

35

40

45

50

55

60

65

70

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

G r a

d


Abb. 4.38: Anblaswinkel im Forte

72



30

35

40

45

50

55

60

65

70

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

G r a d


Abb. 4.39: Anblaswinkel im Mezzoforte

Im Forte und Mezzoforte ist der Anblaswinkel von Spieler 1 bei den höheren

aufgenommenen Tönen h², d³, g³ deutlich größer. Im Mezzoforte liegt der

Unterschied zwischen Spieler 1 und dem nächstliegenden Spieler 3 beim Ton g³ bei

18°. Der Anblaswinkel der übrigen vier Spieler liegt innerhalb eines Bereiches

von 15°.

Bei Spieler 3 verläuft die Kurve des Anblaswinkels bis zum d² ansteigend und bleibt

ab diesem Ton beinahe horizontal, was bedeutet, dass sich der Winkel kaum ändert.

25

30

35

40

45

50

55

60

65

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

G r a d


Abb. 4.40: Anblaswinkel im Piano

73



Spieler 4 hebt sich in allen drei Dynamiken deutlich von den anderen

Versuchspersonen ab. Der Winkel ist signifikant kleiner als bei den übrigen Spielern.

So ist zum Beispiel im Forte der Winkel von Spieler 1 doppelt so groß wie von

Spieler 4. Nur bei Spieler 5 ist der Winkel beim d1 und g1 beinahe gleich groß.

Der Grund für diesen kleinen Anblaswinkel bei Spieler 4 liegt in der Drehung der

Flöte. Betrachtet man die Anlegeposition der Flöte, so ist diese bei Spieler 4 generell

weit mehr ausgedreht als bei den übrigen Versuchspersonen. Daraus resultiert die

kleinere Winkeldifferenz für den Anblaswinkel.

Folgende Darstellung verdeutlicht den Unterschied von Spieler 4 zu einem der

anderen Spieler:

Abb. 4.41: Anlegeposition von Spieler 2 (links) und Spieler 4 (rechts)

Die gelben Linien markieren die Drehung der Flöte und die Unterschiede im

Anblaswinkel.

Auf dem linken Foto ist gut zu sehen, dass die Mundlochöffnung bei Spieler 2 in der

Mundplatte horizontal liegt. Bei Spieler 4 auf dem rechten Foto hingegen ist die

Mundlochöffnung deutlich nach außen gedreht.

74



4.1.6 Fluss

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

l / s


Abb. 4.42: Fluss im Forte

0,00

0,05

0,10

0,15

0,200,25

0,30

0,35

0,40

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

l / s


Abb. 4.43: Fluss im Mezzoforte

75



0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

0,20

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

l / s


Abb. 4.44: Fluss im Piano

Erwartungsgemäß ist im Forte die pro Sekunde durch die Mundlochöffnung

hindurchströmende Luftmenge am größten. Doch auch bei den lauten Tönen liegen

die oberen Werte nur bei lediglich 0,24 l/s bzw. 0,26 l/s. Die einzige Ausnahme

bildet der beim d1 berechnete Wert von Spieler 4 im Forte (0,43 l/s) bzw.

Mezzoforte (0,31 l/s).

Ausgehend von einer Lungenkapazität von 4,8l ergibt sich, dass Spieler 4 und

Spieler 5 den Ton d² im Forte über ca. 24 Sekunden und Spieler 1 und 5 den Ton g³

über ca. 19 Sekunden aushalten können. Alle anderen Versuchspersonen müssten in

der Lage sein die aufgenommenen Töne länger auszuhalten, da sie einen Fluss von

0,03 l/s bis 0,15 l/s haben.

Den Ton noch länger als 24 Sekunden auszuhalten ist in der Realität jedoch nicht

möglich. Der Fluss ist das Produkt von Strahlgeschwindigkeit und

Lippenöffnungsfläche. Beide Messgrößen sind mit einem Messfehler behaftet. (Bei

der Berechnung der Lippenöffnungsfläche kann es aufgrund der Einstellung des

Grauwertes (siehe Kapitel 3.3.1 ) zu Abweichungen kommen.)

Aufgrund der Multiplikation von Strahlgeschwindigkeit und Lippenöffnungsfläche

wird auch der Messfehler potenziert. Daraus resultieren die großen Abweichungen

beim Fluss.

76



4.1.7 Strouhalzahl

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

S t r

Spieler 1 Forte

Spieler1 Mezzofor te

Spieler1 Piano

Spieler2 Forte


Spieler2 Piano


Spieler3 Piano

Spieler4 Forte


Spieler4 Piano

Spieler5 Forte

Spieler5 Mezzofor teSpieler5 Piano

Abb. 4.45: Strouhalzahl

Der gesamte Wertebereich für die Strouhalzahl liegt zwischen 0,07 und 0,25.

Diese Zahlen liegen in dem Bereich, den auch Benôit Fabre in seinen Versuchen

ermittelt hat. Er kam zu einem ähnlichen Ergebnis und hat für die Strouhalzahl einen

Bereich von 0,08 – 0,3 gefunden.24

Die Vermutung, dass dies eine notwendige Bedingung sei, um einen Flötenton

produzieren zu können, scheint sich daher zu bestätigen.

Bei den tieferen Töne d1 und g1 ist die Häufung der Werte zwischen 0,08 und 0,13

am größten. Für den Tonraum zwischen h1 und d³ häufen sich die Werte im Bereich

von 0,11 bis 0,2. Beim höchsten aufgenommenen Ton, dem g³, lassen sich zwei

Gruppen ausmachen. Die Spieler 2, 3, 5 liegen in allen Dynamiken in einem Intervall

von 0,12 bis 0,17. Für Spieler 4 trifft dies jedoch nur im Forte zu. Der Wertebereich

für Spieler 1 und 4 liegt zwischen 0,21 und 0,25, also doch deutlich höher.

24 FABRE, 2005, L29.

77



4.1.8 Reynoldszahl

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

R e

Spieler 1 Forte

Spieler1 Mezzoforte

Spieler1 Piano

Spieler2 Forte

Spieler2 Mezzoforte

Spieler2 Piano

Spieler3 Forte

Spieler3 Mezzoforte

Spieler3 Piano

Spieler4 Forte

Spieler4 Mezzoforte

Spieler4 Piano

Spieler5 Forte

Spieler5 Mezzoforte

Spieler5 Piano

Abb. 4.46: Reynoldszahl

Mit Hilfe der Reynoldszahl kann der Übergang einer laminaren Strömung in eine

turbulente Strömung angegeben werden. Der Übergangsbereich liegt zwischen

Re = 2500 – 3000.

Alle erhaltenen Werte für die Reynoldszahl liegen im laminaren Bereich, der

Großteil der Werte unter Re = 2000.

Die niedrigste Reynoldszahl ist bei einem Wert von Re = 414 im Mezzoforte sowie

im Piano.

Die größte Häufung liegt im Intervall von 500 bis 1500.

78



4.2 Erkenntnisse und Schlussfolgerungen

In diesem Kapitel werden exemplarisch einige auffallende Ergebnisse miteinander

verglichen.

Spieler 1 hat in allen drei aufgenommenen Dynamiken den größten Abstand von der

Lippe zur Kante. Daraus ergibt sich auch die Notwendigkeit einer höheren

Strahlgeschwindigkeit um einen Ton zu produzieren.

Die Strahlgeschwindigkeit im Mezzoforte ist bei den meisten Tönen auch tatsächlich

deutlich höher als die der übrigen Spieler. Im Piano ist die Geschwindigkeit ebenfallsetwas höher oder liegt zumindest im oberen Bereich. Im Forte ist die

Strahlgeschwindigkeit bei den oberen Tönen nicht größer, aber diese Töne weisen

einen etwas geringeren Schalldruckpegel auf als die hohen Töne der anderen

Versuchspersonen.

Bei Spieler 4 wurde in allen drei Dynamiken und über den gesamten

aufgenommenen Tonbereich eine sehr große Abdeckung des Mundloches der Flöte

gemessen. Aufgrund der auffälligen Drehung der Flöte nach außen (siehe

Kapitel 4.1.5) ist auch der Abstand von Lippe zu Kante sehr groß. Dieser könnte aber

wegen der Auswärtsdrehung der Flöte nicht weiter verkleinert werden.

Deshalb benötigt Spieler 4 eine hohe Strahlgeschwindigkeit um den großen Abstand

zu kompensieren. Im Forte wurde auch tatsächlich eine starke Strahlgeschwindigkeit

gemessen. Im Mezzoforte und Piano wurde bei Spieler 4 eine Strahlgeschwindigkeit

gemessen, die in etwa der Durchschnittsgeschwindigkeit von allen Spielern

entspricht.

Betrachtet man deshalb den Schalldruckpegel, so erscheint es logisch, dass die

Lautstärke bei Spieler 4 im Mezzoforte und Piano etwas unter dem Durchschnitt

liegt.

79



50

55

60

65

70

75

80

85

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Hz

d B

Spieler 1 Forte


Spieler1 Piano

Spieler2 Forte


Spieler2 Piano

Spieler3 Forte


Spieler3 Piano

Spieler4 Forte


Spieler4 Piano

Spieler5 Forte


Spieler5 Piano

Abb. 4.47: Schalldruckpegel

Bei genauerer Betrachtung des Schalldruckpegels der aufgenommenen Töne, fällt

auf, dass das h1 durchwegs lauter ist als das d² und auch in der Oktav sind die

tieferen Tönen g² und h² lauter als das d³.

Das bedeutet, dass Töne mit langem Rohr tendenziell leiser klingen als Töne mit

kurzem Rohr, obwohl der Spieler die Absicht hat, beide Töne gleich laut zu spielen.

Der Grund dafür liegt im Abstrahlverhalten und den Verlusten im Flötenrohr. Ein

Ton mit kurzem Rohr, wie das h1, benötigt wenig Energie um das Rohr in

Schwingung zu versetzen, im Gegensatz zu einem Ton mit langem Rohr, wie dem d²,

der viel Energie benötigt.

Beim Vergleich der Strouhalzahl ist bei Spieler 1 und 2 folgendes aufgefallen:

Spieler 1 hat beim Ton d³ im Mezzoforte einen Wert von Str d = 0,22, während sich

die Strouhalzahl bei Spieler 2 bei diesem Ton nur auf Str d = 0,11 beläuft.

Betrachtet man die Werte, die auf die Strouhalzahl Einfluss nehmen, nämlich

Frequenz, Strahlgeschwindigkeit und Abstand von Lippe zu Kante, so lässt sich

erkennen dass die Werte für Frequenz und Strahlgeschwindigkeit nahe beisammen

liegen, während der Abstand von Lippe zu Kante bei Spieler 2 nur halb so groß ist

wie bei Spieler 1.

80



Spieler 1 Spieler 2

Frequenz 1197Hz 1175 Hz

Strahlgeschwindigkeit 34,65m/s 34,88m/s

Abstand Lippe-Kante 6,47mm 3,38mm

Der Schalldruckpegel beträgt 71,9dB bei Spieler 2 und 68,3dB bei Spieler 1. Die

größere Lautstärke bei Spieler 2 resultiert aus dem kleineren Abstand bei gleicher

Strahlgeschwindigkeit.

Um weitere Auswirkungen auf den Klang feststellen zu können, müssen daher die

Teiltöne betrachtet werden:

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1 2 3 4 5

Teiltöne

d B

Spieler 1 Spieler 2

Abb. 4.48: Analyse der Teiltöne von Spieler 1 und Spieler 2

Diese Grafik zeigt, dass bei Spieler 1 die Abstände zwischen Grundton und erstem

und zweitem Teilton gleich groß sind.

Bei Spieler 2 liegen der Grundton und der erste Teilton sehr knapp beisammen,

während der Abstand zwischen ersten und zweiten Teilton sehr groß ist. Der dritte

Teilton überragt den zweiten Teilton.

Der Grundton und der erste Teilton sind bei Spieler zwei stärker als bei Spieler 1.

Beim zweiten Teilton ist es jedoch umgekehrt. Das bedeutet, dass bei Spieler 1 die

Quint stärker hervortritt als bei Spieler 2, was sich in einer helleren Klangfarbe

81



äußert. Wegen dem geringen Abstand zwischen Grundton und erstem Teilton und

dem schwachen zweiten Teilton klingt der Ton bei Spieler 2 etwas dunkler.

Wie schon im Kapitel 4.1.5 über den Anblaswinkel erwähnt ist dieser bei Spieler 2

aufgrund der Drehung der Flöte nach außen kleiner als bei den übrigen Spielern.

Bei Spieler 2 und Spieler 4 wurden beim h² im Piano für einige der Ansatzparameter

ähnliche Werte ermittelt. Der Vergleich dieser beiden Spieler soll mögliche

Auswirkungen auf den Klang zeigen.

Spieler 2 Spieler 4

Frequenz 988,52 Hz 998,67 Hz

Mundlochöffnung 1,8 mm² 0,47 mm²

Höhe d. Mundlochöffnung 0,49 mm 0,22 mm

Abdeckung 6,71 mm 7,08 mm

Anblaswinkel 48,3° 29,4°

Abstand Lippe-Kante 4,8 mm 4,82 mm

Strahlgeschwindigkeit 28,82 m/s 28,68 m/sStrouhalzahl 0,16 0,17

Reynoldszahl 949,39 420,78

Schalldruckpegel 71,02 dB 71,34 dB

Fluss 0,05 l/s 0,01 l/s

Die Auflistung der verschiedenen Messgrößen zeigt, dass die erhaltenen Werte für

die Frequenz, für die Abdeckung, für den Abstand von Lippe zu Kante, für die

Strahlgeschwindigkeit, für die Strouhalzahl und für den Schalldruckpegel in etwa

gleich groß sind.

Die Werte für die Mundlochöffnung, für die Höhe der Mundlochöffnung, für den

Anblaswinkel, für die Reynoldszahl und für den Fluss zeigen deutliche Unterschiede.

Die Reynoldszahl wird von der Höhe der Lippenöffnung und von der

Strahlgeschwindigkeit beeinflusst. Die Strahlgeschwindigkeit ist bei beiden Spielern

gleich hoch, die Höhe der Lippenöffnung ist jedoch bei Spieler 2 mehr als doppelt so

82



groß. Daher ergeben sich auch die signifikanten Abweichungen der Reynoldszahl.

Diese ist bei Spieler 2 mehr als doppelt so groß.

Um Auswirkungen des kleineren Anblaswinkels auf den Klang feststellen zu können,

werden die harmonischen Teiltöne betrachtet.

0

10

20

3040

50

60

70

80

90

100

1 2 3 4 5

Teiltöne

d B

Spieler 2 Spieler 4

Abb. 4.49: Analyse der Teiltöne von Spieler 2 und Spieler 4

Bei Spieler 2 beträgt der Unterschied zwischen Grundton und erstem Teilton 10dB.

Der Abstand zum zweiten Teilton ist deutlich größer und beträgt 24dB, während die

Abstände zu den weiteren Teiltönen wieder 10dB betragen.

Bei Spieler 4 liegen der Grundton und die Oktav näher beisammen als bei Spieler 2.

Der Abstand vom ersten zum zweiten Teilton beträgt 20dB. Der dritte Teilton ist in

etwa gleich stark wie der zweite Teilton.

Der zweite Teilton, die Quint zum Grundton, ist bei Spieler 4 deutlich schwächer als

bei Spieler 2. Das bedeutet, dass der Grundton im Klang sehr dominiert und daher

etwas dunkler klingt.

83



5 Zusammenfassung

In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass es trotz großer optischer Unterschiede

des Ansatzes viele Ähnlichkeiten im Ansatzverhalten gibt und sich bei einem

Großteil der Messergebnisse eine gemeinsame Tendenz abzeichnet.

Die Auswertung der Messdaten zeigt folgende Gemeinsamkeiten und Tendenzen:

• Der Abstand von Lippe zu Kante wird bei allen Spielern in den drei

dynamischen Stufen mit dem Ansteigen der Frequenz kleiner. Die Abstände

nähern sich bei jedem Spieler einer individuellen unteren Schranke.

Unterhalb dieser Schranke kann kein Ton erzeugt werden.

• In allen drei Dynamiken verdoppelt sich die Strahlgeschwindigkeit vom

tiefsten bis zum höchsten Ton. Spieler 4 erreichte beim g³ im Forte sogar eine

Spitzengeschwindigkeit von 48m/s.

Die maximale Abweichung der Strahlgeschwindigkeit im Forte und bei

einem Großteil der Töne im Piano beträgt ± 8%.

• Die Lippenöffnung wird mit dem Ansteigen der Frequenz kleiner.

Im Piano ist besonders deutlich zu erkennen, dass sich die Kurven, welche

die Lippenöffnungsfläche beschreiben, beim höchsten Ton g³ auf einen

ähnlichen Wert (< 2mm²) hinkonzentrieren. Bei diesem Wert ist eine Grenze

für die Verkleinerung der Lippenöffnungsfläche erreicht unter der kein Ton

mehr erzeugt werden kann.

• Die Mundlochöffnung der Flöte wird zwischen 36% und 72% abgedeckt.Der Großteil der Messwerte ergibt dabei eine Abdeckung von mehr als 50%

der Mundlochfläche der Flöte. Diese Messergebnisse widerlegen die

„allgemeingültige Regel“ ein Drittel des Mundloches der Flöte mit den

Lippen abzudecken.

Eine Abdeckung von 8mm wird jedoch nicht überschritten. Dieser Wert stellt

eine obere Schranke für die Abdeckung dar um noch einen Ton erzeugen zu

können.

84



• Der durchschnittliche Anblaswinkel von Spieler 1, 2, 3 und 5 beträgt im Forte

und Mezzoforte 47° und im Piano 50°.

• Der signifikanteste Unterschied im Ansatz der Spieler ist beim Anblaswinkel

von Spieler 4 zu beobachten.

So ist der Anblaswinkel von Spieler 4 bedeutend kleiner als der Anblaswinkel

der übrigen Spieler und beläuft sich auf durchschnittlich 35°. Dieser kleine

Winkel ist darauf zurückzuführen, dass Spieler 4 die Flöte deutlich mehr

ausdreht als die übrigen Spieler.

Die Arbeit zeigte jedoch auch Grenzen auf:

• Die ursprüngliche Methode, den Ansatz dreidimensional darzustellen und

anschließend zu vermessen, musste aus technischen Gründen nach vielen

gescheiterten Versuchen aufgegeben werden. Somit wurde der Ansatz mit

Hilfe der „klassischen“ Methode vermessen, indem ein Foto von vorne und

zeitgleich eines von der Seite (Profil) geschossen wurde.

• Mit der Verwendung dieser Messmethode konnten für den Fluss keine

Ergebnisse innerhalb realistischer Bereiche ermittelt werden. Der Grund

dafür liegt in der Fehlerfortpflanzung der Messfehler der in den Fluss

eingehenden Messgrößen.

• Es zeigte sich, dass eine Datenerhebung im Umfang von fünf Personen nicht

ausreichend ist, um aus den Messergebnissen allgemeingültige

Gesetzmäßigkeiten und Regeln für die Ansatzbildung abzuleiten.

Dafür müssen die in dieser Arbeit beschriebenen Untersuchungen an einer

größeren Anzahl von Flötisten durchgeführt werden.

85



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Zierep, Jürgen. Grundzüge der Strömungslehre. 6., neubearb. Auflage. Springer,

Berlin, Heidelberg, 1997.

87



Erklärung

Ich versichere, dass ich die Diplomarbeit selbständig verfasst, andere als die

angegebenen Quellen und Hilfsmittel nicht benutzt und mich auch sonst keiner

unerlaubten Hilfe bedient habe.

Documents

Frenzl_Floetenansatz-tesis en Aleman