Berechnungen und Design von Griffbrett-Mensuren und Saiten: ein mathematisches und messtechnisches Konzept für Produktionsstätten und Instrumentenbauer mit Formeln, Rechenbeispielen und Darstellungen in Diagrammen
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Berlin
[Selbstverl.]
2012
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adam_text | Inhalt
Teil
I Die
Konzertzither..........................................................................................9
1. Die Konzertzither - Historie, Musik, Instrumente und Zitherbau 11
Historie....................................................................................................................................11
Spieltechnik............................................................................................................................11
Zithermusik.............................................................................................................................12
Konzertzither-Familie............................................................................................................13
Konstruktion............................................................................................................................13
Besaitung................................................................................................................................13
Bauformen..............................................................................................................................14
Instrumentenbauer.................................................................................................................14
Anhang -Zither-Sammlungen, Literatur zur Zither, Kleine
Discographie
.............................15
Teil
II
Mensur-Theorie...........................................................................................17
2. Theorie und Rechenbeispiele............................................................................19
2.1 Einführung............................................................................................................................19
Vorwort...................................................................................................................................19
Begründung für ein mathematisches Konzept.......................................................................20
Aufbau und Stimmung des Konzertzither-Gnffbretts..............................................................21
Aufbau und Stimmung des Gitarre-Griffbretts........................................................................22
Tonkontrolle und Vermessung eines fehlerhaften Konzertzither-Griffbretts..........................23
2.2 Prinzip der Griffbrett-Mensur.............................................................................................25
Verwendete physikalische Größen.........................................................................................25
Konstanten zur Saitenberechnung.........................................................................................25
Tonhöhe und chromatische Tonleiter.....................................................................................26
Taylor sche Schwingungsformel.............................................................................................28
Griffbrettschema.....................................................................................................................29
Typische Griffbrettmensuren von Zupfinsrumenten...............................................................30
2.3 Griffbrettsaiten.....................................................................................................................32
Amplitude und Leistung der schwingenden Saitenlängen.....................................................32
Saitenzugkraft.........................................................................................................................35
Belastung der Saite................................................................................................................39
Konkaves Griffbrettprofil mit Bünde- und Steglage................................................................41
Finger-oder Saitenrückstellkraft............................................................................................44
Frequenzgang bei konkavem Griffbrett..................................................................................46
Korrektur des Steges..............................................................................................................48
Korrektur der Bünde...............................................................................................................50
Bünde- und Stegtoleranzen....................................................................................................52
Frequenzgang der zwischen die Bünde gedrückten Saiten...................................................54
Korrektur von Bund 0 der Konzertzither-Mensur....................................................................56
Korrektur des Sattels der Gitarre............................................................................................58
Dehnung der schwingenden Saite.........................................................................................59
Stimmbarkeit und Stimmhaltung von Saiten..........................................................................60
Temperaturverhalten von Saiten............................................................................................62
6
2.4
Saitensteifigkeit
...................................................................................................................63
Einführung..............................................................................................................................63
Saitensteifigkeit bei gegriffenen Saiten..................................................................................65
Berechnung der Saitensteifigkeit aus Masse und Federkonstante........................................66
Zylindrische Stabfeder einseitig eingespannt.........................................................................67
Zylindrische Balkenfeder auf zwei Stützen.............................................................................67
Saitensteifigkeitsberechnung blanker Saiten mit der Stabfederformel..................................68
Saitensteifigkeitsberechnung umsponnener Saiten mit der Stabfederformel........................69
Frequenzgänge von Konzertzithersaiten mit Saitensteifigkeit und Stegkompensation.........72
Frequenzgänge von Gitarrensaiten mit Saitensteifigkeit und Stegkompensation..................74
Korrekturrechnung für den Oktavpunkt..................................................................................75
Frequenzgangänderungen nach Saitentausch......................................................................76
Dickere Saiten haben nicht grundsätzlich größere Stegkorrektur..........................................77
Experimentelle Ermittlung der Saitensteifigkeit......................................................................79
Problemloser Wechsel von Saiten-Chargen durch Korrekturwertangaben...........................81
Teilfrequenzen bei Saitensteifigkeit (inharmonische Partialtöne)..........................................83
Teil Hl Mensur-Entwürfe in Einzelschritten.........................................................89
3. Rechnersimulation von Mensuren in Diagrammdarstellung...........................91
3.1 Mathematischer Hintergrund der Diagramme................................................................91
3.2 Entwurf eines typischen Konzertzither-Griffbretts..........................................................94
3.3 Entwurf eines typischen Gitarre-Griffbretts...................................................................107
3.4 Keine Bünde-Korrektur bei der
Е
-Gitarren mit
Vibrato-System
...................................113
Teil
IV
Optimale Mensur-Entwürfe.....................................................................117
4. Optimale Designkonzepte................................................................................119
4.1 Zusammenfassung der Mensurthematik........................................................................119
Besaitetes Griffbrett..............................................................................................................119
Griffbrettprofil........................................................................................................................119
Saiten....................................................................................................................................120
Korrekturarbeiten an fehlerhaften Instrumenten..................................................................120
Rechnersoftware..................................................................................................................120
4.2 Ermittlung des Griffbrettprofils und der Steghöhe........................................................121
Höhenverlauf der Bünde.......................................................................................................121
Griffbrettkrümmung und Steghöhe.......................................................................................122
4.3 Einfache Bestimmung von Sattel- und Stegkorrekturen...............................................125
Sattelkorrekturen..................................................................................................................125
Steg
korrekturen
....................................................................................................................126
4.4 Designkonzepte zur Korrektur der typischen Mensurfehler.........................................131
Korrekturschema..................................................................................................................131
Griffbrettkorrekturen der Konzertzither.................................................................................132
Griffbrettkorrekturen der 6-saitigen Gitarre mit Stahlsaiten..................................................134
Griffbrettkorrekturen der 12-saitigen Gitarre mit handelsüblichen Stahlsaiten....................136
Griffbrettkorrekturen der 12-saitigen Gitarre mit speziell ausgesuchten Stahlsaiten...........138
Griffbrettkorrekturen der Gitarre mit Perlon^Nylonsaiten.....................................................140
7
Eine perfekte Mensur mit reiner Bündekorrektur.................................................................142
4.5 Saitenproblematik bei Mensur-Entwurf und Saitenwechsel.........................................144
Konzertzither........................................................................................................................144
Altzither.................................................................................................................................152
Gitarren mit Metallsaiten.......................................................................................................153
Teil
V
Mensurkorrekturen an fehlerhaften Instrumenten................................163
5. Messungen und Korrekturvorschläge fehlerhafter Mensuren......................165
Messverfahren für Tonfrequenzen, Griffbrettgeometrie und Saiten.....................................165
5.1 Fehlerhafte Konzertzither-Mensur..................................................................................165
Messungen und Kontrollrechnung ohne Saitensteifigkeit....................................................166
Messungen und Kontrollrechnung mit Saitensteifigkeit.......................................................168
Korrekturberechnungen von Bund 0 (Sattel) und Steg........................................................170
Oktavpunkt...........................................................................................................................171
Sattel- und Stegkorrekturen des fehlerhaften Konzertzither-Griffbretts...............................171
Neuentwurf für das fehlerhafte Konzertzither-Griffbrett.......................................................173
Frequenzgangfehler durch verzogenen Korpus...................................................................174
5.2 Fehlerhafte Gitarre-Mensur..............................................................................................175
Gitarre mit Perlon-Saiten......................................................................................................175
Sattel- und Stegkorrektur am Beispiel der Gß-Saite............................................................179
Gitarre mit Stahlsaiten..........................................................................................................179
Stegkorrektur des fehlerhaften Gitarre-Griffbretts................................................................182
Sattel- und Stegkorrektur am Beispiel der
Еб
-Saite
.............................................................183
Vollständige Korrektur der fehlerhaften Gitarre an Sattel und Steg.....................................185
Neuentwurf für das fehlerhafte Gitarre-Griffbrett..................................................................189
5.3 Fehlerhafte Mandoline-Mensur........................................................................................190
Die
Mandoline
als Sonderfall der Besaitung........................................................................190
Originalzustand.....................................................................................................................191
Ergebnis einer einfachen Stegkorrektur...............................................................................192
Optimale Korrekturen von Sattel und Steg...........................................................................193
Neuentwurf für das fehlerhafte Mandoline-Griffbrett............................................................194
Teil
VI
Saitenprodukte und deren Anwendung.................................................195
6. Messungen an Saiten und ein Berechnungskonzept....................................197
6.1 Kritik an Saitenherstellern................................................................................................197
Kennzeichnung von Saiten...................................................................................................197
6.2 Messungen an handelsüblichen Diskant- und Altzithersaiten.....................................198
Bemerkungen zu Herstellerprodukten..................................................................................198
Saitenschema.......................................................................................................................198
Griffbrettsaiten......................................................................................................................200
Freisaiten (Basssaiten).........................................................................................................201
6.3 Messungen an handelsüblichen Gitarrensaiten.............................................................204
Metallsaiten..........................................................................................................................204
Perlonsaiten..........................................................................................................................205
6.4 Berechnung und Entwurf von Saiten-Diagrammen.......................................................206
8
Berechnungsgrundlagen......................................................................................................207
Vereinfachungen beim Diagrammentwurf............................................................................208
Teil
VII
Saitenbestimmung und Saitenberechnung..........................................209
7. Diagramme zur Saitenbestimmung und Saitenberechnung.........................211
7.1 Griffbrettsaiten der Diskant- und Altzither......................................................................214
Diskantzither-Griffbrettsaiten................................................................................................214
Altzither-Griffbrettsaiten........................................................................................................216
7.2 Freisaiten der Diskant- und Altzither...............................................................................218
Saitenmaterial: Perlondraht bzw. Perlonfaserkern + Kupferdrahtumwicklung.....................218
Saitenmaterial: Stahldrahtkern + Perlonfaden
+ Aluminium-ZKupferdrahtumwicklung.................................................................................223
Saitenmaterial: Stahldrahtkern + Nylonmantel + Kupferdrahtumwicklung...........................228
7.3 Gitarrensaiten....................................................................................................................233
Saitenmaterial: Stahldrahtkern + Bronze-ZKupferdrahtumwicklung ....................................233
Saitenmaterial: Stahldrahtkern + Bronze-ZKupferdrahtumwicklung (12-saitige Gitarre)......235
Saitenmaterial: Stahldrahtkern + Perlonfadenbeilage + Bronze-ZKupferdrahtumwicklung.. 238
Saiienmaterial: Perlondraht bzw. Perlonfaserkern + Kupferdrahtumwicklung.....................239
Teil VIII Tabellen und Rechenhilfen...................................................................243
8. Tabellen und Rechenhilfen für den Instrumentenbau...................................245
8.1 Töne und Frequenzen.......................................................................................................245
8.2 Cent und Frequenzverhältnis...........................................................................................246
Umrechnungstabelle: Frequenzverhältnis yi2 ¡n Cent.........................................................246
Umrechnungstabelle: Cent in Frequenzverhältnis fi/f2........................................................247
Mathematischer Zusammenhang von Cent und Frequenzverhältnis f-|/f2...........................248
8.3 Theoretische Mensuren von Gitarren..............................................................................249
8.4 Umrechnungstabellen:
inch
und mm..............................................................................254
Kleine Dezimalbrüche für Saiten..........................................................................................254
Inch-Werte für Griffbrett und Instrument..............................................................................255
Echte Brüche vom inch-Maß................................................................................................256
Teil
IX
4 Rechenprogramme zu Gitarre- und Zither-Griffbrettmensuren........259
9. Progammierbeispiele in Software
Mathematica
.............................................261
9.1 Diagramm-Design einer Gitarren-Mensur mit 6 Stahlsaiten.........................................261
9.2 Mensur-Konstruktion einer Gitarre mit 6 Stahlsaiten....................................................276
9.3 Diagramm-Design einer Konzertzither-Mensur..............................................................285
9.4 Mensur-Konstruktion einer Konzertzither......................................................................298
Anhang: Literatur zu Schwingungen, Saiten, Griffbrett und Instrumentenbau.........307
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