Computer Aided Tuning


Kann man bestehende Didgeridoos klanglich verbessern?
Ja, in vielen Fällen ist das möglich. Allerdings ist das Thema sehr komplex und wird wahrscheinlich die Möglichkeiten vieler Selbstbauer übersteigen.

 

Hier ein paar Infos vorab:

Um die Klang- und Spielcharakteristik eines bestehenden Didges zu verändern, ohne es unwiderrufbar zu ruinieren, gehen wir so vor:

  1. Das Instrument wird mit verschiedenen Anschlag- und Anspieltechniken akustisch analysiert (mittels frei verfügbarer FFT-Software)
  2. Die erhaltenen Klang-und Eigenresonanzspektren werden analysiert (Kenntnisse der physikalischen Vorgänge sind dabei unerlässlich)
  3. Die Innenform des Instrumentes wird vermessen oder mit unseren CADSD-Tools akustisch rekonstruiert.

Mit Hilfe der so gewonnenen Daten wird mit den CADSD-Tools das gemessene Spektrum mit der Simulation abgeglichen. Falls alles passt, können dann mittels Simulationsrechnungen die Auswirkungen verschiedener Änderungen der Innenform auf die Klangcharakteristik (auch abhängig von der Spielcharakteristik) untersucht werden. Ohne entsprechende Erfahrungen ist die Beurteilung der Berechnungen schwierig.


Nach diesen Untersuchungen können Aussagen getroffen werden, ob eine Klangverbesserung überhaupt möglich ist. Natürlich ist die Beurteilung von Klang auch eine subjektive Sache, die von den Vorlieben und dem spielerischen Können und Spielstil bzw. –technik abhängt. Ja nachdem, ob sich gewünschte Verbesserungen ergeben, können diese dann praktisch am Instrument nachgearbeitet werden. Ohne das Risiko, dass man das Instrument unbrauchbar macht.
Da die Klang- und Spielcharakteristik immer von der gesamten Innenquerschnitts-Kontur des Instrumentes bestimmt wird, sind die in verschiedenen Foren diskutierten Einzelerfahrungen meist nicht verallgemeinerbar.

 

Noch ein paar Statements zur Klangentstehung:
Die Basis für die jeweilige Klangcharakteristik ist der gesamte Querschnittsverlauf der Innenform eines Instrumentes. Holzart und Wandstärke haben nur noch einen geringen abrundenden Einfluss auf die Klangcharakteristik, können aber die Klangabstrahlung verbessern und oft ein „i-Tüpfelchen“ auf die empfundene Spiel- und Klangcharakteristik setzen. Von den Holzeigenschaften wird meist nur noch die selektive Adsorption von Obertönen geringfügig verändert. Aus diesem Grund bevorzugen wir sehr harte Hölzer. Auch durch die Innenwand-Oberflächen-Beschaffenheit kann selektiv die Dämpfung von Obertönen beeinflusst werden.
Beim Spielen auf einem ausgehöhlten Stamm oder einer Bohle ist bereits die gesamte Klangcharakteristik enthalten. (eben die Seele des Instrumentes, das Holz ist „nur“ die Hülle).

 

Einfluss der Eigenschaften auf den Klang:

Je dichter und härter das Holz (hohe Steifheit), desto weniger werden die Resonanzen der Luftsäule im höheren Frequenzbereich absorbiert (gedämpft). Der Klang wird klarer, obertonreicher und „härter“. Es bilden sich weniger Material-Resonanzen in tiefen Frequenzbereichen aus.

Prinzipiell führt die Übertragung von Schallenergie der Luftsäule auf das Material zu einer Verringerung der Energie der schwingenden Luftsäule. Dies kann zu einer Verringerung der Schallamplitude (Lautstärke) und zusätzlich minimaler Senkung der Frequenzen höherer Obertöne führen.

 

Bemerkung zur Wandstärke:
Bei harten Hölzern führt eine Verringerung der Wandstärke zusätzlich zu einer verbesserten Ausprägung von Materialresonanzen im höheren Obertonbereich. Dadurch wird dort mehr Schallenergie abgestrahlt, was bei gleicher Grundstimmung zu einem deutlich höheren Timbre (Klangcharakteristik) führen kann.
Vorsicht bei zu weichen Hölzern! Hier kann eine zu geringe Wandstärke zu Schallabsorption durch das Material führen und eine unklare Klangcharakteristik entstehen.

Beim Spielen von Didgeridoos entstehen teilweise beachtliche Druckschwingungen in den Instrumenten. Diese können bei dünnwandigen Instrumenten zu sogenannten Atmungseffekten des Querschnittes (Querschnittsschwingungen) führen. Bei Instrumentenbereichen mit einer deutlichen Abweichung vom kreisförmigen Querschnitt kann es zusätzlich zu erzwungenen Querschnitts-Form-Schwingungen kommen.
Hier ist die Kunst und Erfahrung des Didge-Bauers gefragt je nach Grundstimmung und Holzart diese zusätzlichen Materialresonanzen herauszuarbeiten. Durch das Abtragen von Material an vorher experimentell bestimmten Stellen außen vom Didgeridoo kann teilweise eine Anpassung der Holzeigenresonanzen an bestimmte Obertöne erfolgen.

 

Bemerkung zur Rauigkeit der Innenoberfläche:
Je glatter und härter die Innenoberfläche im mikroskopischen Bereich ist (z.B. statt Grobschliff eine harte Lackierung), desto weniger wird die Schallenergie der höheren Obertonschwingungen der Luftsäule durch Reibung gedämpft. Die Klangcharakteristik wird analytischer und klarer. Zum Teil leidet aber dadurch die Ausprägung eines typischen weichen erdigen Klangcharakters. Ein Nebeneffekt dieser visko-elastischen Effekte an rauen unbearbeiteten Oberflächen kann dazu führen, dass die klingenden Töne nach dem Polieren und Härten der Innenoberfläche bis zu ca. 1-3% höher werden können.

Die Ausprägung der Innenoberfläche im nichtmikroskopischen Bereich (z.B. grobe Beitel-Spuren) spielt physikalisch eine eher untergeordnete Rolle. Wenn die Schwingungsamplitude eines bestimmten Obertones beeinflusst werden soll, kann nach Berechnung der Stellen im Didgeridoo, wo für diesen Oberton die Luftbewegung (Schallschnelle) am größten ist, durch polieren bzw. aufrauen/strukturieren dieser Oberton unterstützt bzw. gedämpft werden.

 

Trotz des Einflusses der Materialeigenschaften auf den Klang spielen die Form und die Resonanzen der schwingenden Luftsäule die wesentlich wichtigere Rolle bei der Ausprägung der Klangcharakteristik!


Die Form der schwingungsfähigen Luftsäule bleibt die „Seele“ des Instrumentes.

Hier ein Extrembeispiel:
Im Frühjahr 2011 erhielt ich eine Email von Manfred. Er hatte einen von Termiten ausgehölten Eukalyptus-Stamm (einen Rohling) aus Australien gekauft, um daraus ein Instrument zu bauen. Nach dem Entrinden, Zuschneiden und Aufbohrversuchen wurde leider schnell klar, dass der Fraßgang ungeeignet für ein gut klingendes Didgeridoo war.

 

(Eine leider oft typische Situation. Ein von außen bearbeiteter von Termiten ausgehölter Eukalyptusstamm wird eben nur in den wenigsten Fällen zu einem wirklich guten spielbaren Didgeridoo. Nicht umsonst treffen die Aborigines im Arnhemland eine auf viele Generationen Erfahrungen beruhende Auswahl an zu fällenden Stämmen. Und selbst von diesen ist die Entstehung von guten Instrumenten nicht so häufig. Wirklich gute Instrumente werden natürlich selbst verwendet. Die dabei anfallenden Durchschnitts-Instrumente finden dann häufig ihren Weg in die Touristen-Shops. Mir sind nur wenige Händler bekannt, die ausgefressene Rohlinge nur dann verkaufen, wenn diese auch zu gut spielbaren Instrumenten führen. Leider sind die Märkte auch von vielen nicht authentischen billigen Touristen-Instrumenten durchdrungen, die oft nur unter die Kategorie „akustischer Schrott“ fallen. Ein Fakt, der diesem tollen unikaten Instrument eher schadet.)

Um die Reste vom Eukalyptusrohling als Brennholz vor dem Feuer zu retten, schlug ich Manfred vor, den noch vorhandenen langen Rohling aufzusägen und den Innenformverlauf zu vermessen.

 

Mit diesen Daten und den von mir definierten Parametern für eine erstklassige Mago-Akustik fütterte ich die directed Evolution Tools, um einen Innenformverlauf zu finden, der in diesen Rohling passt.

 

Nach einer Reihe von Evolutionsläufen stellte ich Manfred die nach meiner Meinung beste Alternative für einen Innenformverlauf zur Verfügung. Hier ein Auszug aus dem email, das ich einige Tage später von Manfred erhielt:

… „Es ist vollbracht. Geölt und schon spielbar. Faszination pur was aus diesem kleinen Stick für Klänge produzierbar sind. Es ist für mich von der Spielbarkeit irgendwie das erste "richtige Mago". Seine Elastizität und die Mischtöne "erregen meine Lungen und Ohren".“… … „Die Erfahrung der Art und Weise, beim Bau dieses Instruments, war für mich sehr freudig. Ein eigentlich nicht spielbares Stick aus Eukalyptus aufzuschneiden, dann eine Form herauszuarbeiten, dabei bestehendes zu belassen und anschließend ein Produkt der Spitzenklasse spielen und hören zu können.“…


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Computer Aided Tuning

Can the sound quality of existing didgeridoos be improved?
Yes, in many cases this is possible. However, the topic is very complex and will probably exceed the potential of many self-employed.

 

Here is a few info in advance:

In order to change the sound and performance characteristics of an existing didge without irreversibly ruining it, we proceed as follows:

  1. The instrument is acoustically analyzed by various slap- and playing techniques (using freely available FFT software)
  2. The obtained impedance- and sound- spectra are analyzed (knowledge of the physical processes are essential)
  3. The internal shape of the instrument is measured or acoustic reconstructed with our CADSD-tools.

Using this data, the measured spectrum is matched with the CADSD-tool simulation. If everything fits, the effects of various changes of the inner shape on the sound characteristics (also depending on the playing characteristics) can then be examined by means of simulation calculations. Without appropriate experience the assessment of the calculations is difficult.

According to these investigations, it can be stated whether sound enhancement is possible at all. Of course, the assessment of sound is also a subjective thing, which depends on the preferences, the playing skills, style and technique.
Depending on whether desired improvements result, these can then be reworked practically on the instrument. Without the risk of rendering the instrument useless.


Since the sound and play characteristics are always determined by the overall internal cross-sectional contour of the instrument, the individual experiences discussed in different forums are usually not generalizable.

 

A few statements on sound development:
The basis for the respective sound characteristics is the total cross-sectional shape of the inner form of an instrument. Wood and wall thickness have only a minor influence on the sound characteristics, but can improve the sound coverage and provide a "finishing touch" to the perceived playing and sound characteristics. The selective absorption of harmonics varies slightly with the properties of the wood. For this reason, we prefer very hard wood. The selective attenuation of harmonics can also be influenced by the interior wall surface texture.

When playing on a hollowed-out log or plank, the characteristics of the entire sound are already included. (The “soul” of the instrument! The wood is "only" the shell.)

 

Influence of the wood properties on the sound:

The denser and harder the wood (high stiffness), the less the resonances of the air column are absorbed (damped) in the higher frequency range. The sound becomes clearer, more powerful and "harder". Less material resonances are formed in low frequency ranges.

In principle, the transfer of sound energy from the air column to the material leads to a reduction in the energy of the vibrating air column. This can result in a reduction in sound amplitude (loudness) plus minimal lowering of higher harmonic frequencies.

 

 

Note on wall thickness:
In the case of hard woods, a reduction in wall thickness leads to an improved formation of material resonances in the higher harmonic range. Thereby, more sound energy is radiated there, which can lead to a significantly higher timbre (sound characteristics) with the same basic tuning.
Be careful with too soft woods! In this case, a too thin wall thickness can lead to sound absorption through the material and an unclear sound characteristic can arise.

When playing the didgeridoos there are sometimes considerable pressure oscillations in the instruments. For thin-walled instruments, these can lead to so-called breathing effects of the cross-section (cross-section vibrations). In the case of instrument regions with a clear deviation from the circular cross-section, there may be additional cross-sectional shape vibrations.


Here, the art and experience of the Didge crafter is asked to work out these additional material resonances depending on the basic tuning and the type of wood. The remove of material at previously experimentally determined locations on the outside of the didgeridoo can partly lead to an adaptation of the wood resonances to specific harmonics.

 

Note on the roughness of the inner surface
The smoother and harder the inner surface in the microscopic range (for example, hard coats instead of coarse grinding), the less the sound energy of the higher harmonic vibrations of the air column is dampened by friction. The sound characteristics become more analytic and clearer. In some cases, however, the characteristic of a typical, earthy sound character suffers.
A secondary effect of these visco-elastic effects on rough unprocessed surfaces can lead to the sounding tones being able to be increased up to approx. 1-3% after the polishing and hardening of the inner surface.
   
The extent of the inner surface in the non-microscopic range (e.g., coarse chisel traces) plays a rather subordinate role physically. If the oscillation amplitude of a particular harmonic overtone is to be influenced, this harmonic can be supported or dampened by polishing or roughening / structuring, after calculation of the locations in the didgeridoo, where the air movement (sound velocity) is greatest for this harmonic.

 

Despite the influence of  the material properties on the sound, the shape and the intrinsic resonances of the oscillating air column play a much more important role in the development of the sound characteristics!


The shape of the oscillating air column remains the "soul" of the instrument.

Here is an extreme example:
In the spring of 2011 I received an email from Manfred. He had bought an eucalyptus trunk from Australia to build an instrument from it. After barking, trimming and boring tests, it soon became clear that the bite channel was not suitable for a well-sounded didgeridoo.

(Unfortunately, a typical situation. An eucalyptus trunk, which has been worked on from the outside, is only a good playable didgeridoo in the fewest cases. Not for nothing, the aborigines in Arnhemland decide with many generations of experiences which trunks they choose for cutting. And even of these the formation of very good instruments is not so frequent. Really good instruments are used by themselves. The resulting average instruments often find their way into the tourist shops. I am aware of only a few traders, who only sell by termites hollowed trunks, if these lead also to well playable instruments. Unfortunately, the markets are also permeated by many non-authentic cheap tourist instruments, which often fall under the category "acoustic scrap". A fact that hurts this great unique instrument.)

In order to save the remains of the eucalyptus trunk as firewood from the fire, I suggested to Manfred to saw the 117 cm-long trunk, which is still present, and to measure the shape of the inner mold.


With these data and the parameters I defined for a first-rate Mago-Acoustics, I fed the directed Evolution Tools to find an inner shape pattern that fits into this trunk.

After a series of evolutions, I gave Manfred the best alternative for an inner mold course. Here is an excerpt from the email, which I received a few days later from Manfred:

… "It is finished. Oiled and playable. A fascination of what can be produced from this little stick for sounds. It is for me of the playability somehow the first "right Mago". Its elasticity and the heterodyne frequencies "excite my lungs and ears." "..." The experience of the way, in the construction of this instrument, was very joyful for me. To cut a really unplayable stick out of eucalyptus, to work out a shape, to leave existing and then to play and to hear a product of the top class. "...


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