Selbstklinger (Ideophone): Klangstäbe und –rohre

Für folgende Instrumente möchte ich hier Tipps geben:

• Klangrohre (Windspiele)
• Xylofone
• Metallofone
• Vibrafone
• “Spieluhren”

 Übrigens: “Xylo” heißt Holz, d. h. Xylo- bzw. Metallofone unterscheiden sich durch das Material der Klangstäbe.

Doch zunächst etwas Theorie:

Eigentlich sind alle Gegenstände, die uns umgeben, Selbstklinger, da sie in der Regel ein Geräusch verursachen, wenn man darauf klopft.

Probiert man dies in der Praxis aus, wird man feststellen, dass weiche Gegenstände ein dumpfes, indifferentes Geräusch, harte dagegen eher hellere Töne erzeugen. Klopft man z.B. nacheinander auf eine Matratze und an ein Trinkglas, ertönt im ersten Fall ein kurzes, dumpfes „Plopp“, im zweiten ein heller Ton, der erst langsam ausklingt. Jeder, der schon einmal mit anderen vor einem Schluck Wein oder Sekt angestoßen hat, wird sich erinnern, dass ein Glas, das am Stiel gehalten wird, „besser“ klingt als wenn man es am Kelch hält.

Geräusche, Klänge und Töne werden von schwingenden Gegenständen erzeugt, die diese Schwingungen an die Umgebungsluft übertragen. Die Luftschwingungen werden vom Trommelfell des Ohres in Nervenimpulse verwandelt, die vom Gehirn als Klang wahrgenommen werden (s.a. Erläuterungen zu Schwingungen).

Je freier und damit ungedämpfter ein Gegenstand schwingen kann, um so klarer und länger klingt der Ton. Eine Schwingung bzw. der Schall kann sich in harten Materialien besser, d.h. schneller ausbreiten als in weichen. Letztere absorbieren einen Teil der Schwingungsenergie. Dieser geschluckte Anteil kann dann nicht mehr an das nächste Elementarteilchen weitergegeben werden.

Für die Praxis bedeuten diese theoretischen Vorüberlegungen, dass z. B. der Klangstab eines Xylofons klarer klingt, je härter das Holz ist, aus dem er besteht, und um so länger, wenn er möglichst dämpfungsfrei gelagert ist. Bei gleicher Lagerung wird ein Klangstab aus Metall noch länger klingen, da Metall dichter als Holz ist.

Wie ein Klangstab am besten gelagert wird, wird im Buch von B. Schlaudt: „Instrumente bauen und Musik machen“ meiner Ansicht nach hervorragend erklärt (s. Literatur), hier eine Zusammenfassung:

Bernd Schlaudt hat bei seinen Versuchen herausgefunden, dass der ideale Auflagepunkt für Klangstäbe bei ca. 22% der Gesamtlänge liegt, gemessen vom jeweiligen Ende aus.

Theoretisch sollte man annehmen, dass die Schwingungsknoten genau bei 25% der Gesamtlänge liegen, damit eine komplette Schwingung in den Klangstab passt (eine Sinus-Schwingung = zwei Schwingungsbäuche, d.h. ˝ Schwingung zwischen den Knoten + 2x ź Schwingung an den Enden). Eine Erklärung dafür, warum der theoretische vom praktischen Wert so stark abweicht habe ich bisher noch nicht finden können.

Allerdings hat mir gerade, als ich an einer Neuauflage dieser Seiten geschrieben habe, Markus Wick einen sehr interessanten Erklärungsversuch ins Gästebuch geschrieben, den er mir dann noch einmal ausführlich mit Zeichnungen zukommen ließ. Den Anfang kann ich auch noch nachvollziehen, wo es jedoch in die höhere Matematik geht, verstehe ich jedoch nur noch “Bahnhof”. Für den interessierten Fachmann Markus` Darstellung als PDF-Datei:
Auf den Links-Seiten stehen noch andere Internetseiten die diese Theorie bestätigen, auch von Markus recherchiert. Ein herzliches “Danke schön” an ihn!

Eine Möglichkeit, die Schwingungsknoten experimentel zu ermitteln, funktioniert folgendermaßen:

Man halte den Klangstab senkrecht hängend zwischen zwei Fingern, beginnend bei ca. 25%, schlage ihn dann z.B. mit einem Schlegel aus Kork entweder in der Mitte oder am Ende (dort, wo ein Schwingungsbauch entsteht!) an, und lasse ihn dann langsam durch die Finger gleiten, dabei immer wieder anschlagen. Dort, wo der Klang am Lautesten und Klarsten ist, markiert man ihn mit einem Bleistiftstrich, sicherheitshalber mehrfach probieren. Am idealen Punkt muss auch die geringste Vibration zu spüren sein, hier wird der Klangstab durchbohrt bzw. gelagert.

Damit hat man eigentlich schon genug Wissen, um sehr schön klingende Klangrohre bzw. Windspiele herzustellen:
Ein Metallrohr, z.B. aus Aluminium (aus dem Baumarkt oder aus kaputten Campingstühlen herausgesägt) wird in 20 bis 70 cm lange Stücke gesägt, ein Knotenpunkt wird nach der oben beschriebenen Methode ermittelt, an dieser Stelle durchbohrt und an einem Faden aufgehängt. Man stellt verschieden lange Rohre zu Akkorden zusammen - fertig! Wer dran glaubt, kann die verschiedenen Töne in den gleichen Verhältnissen zusammenstellen wie sie bei den Umlaufbahnen der einzelnen Planeten vorkommen - auch ein sündhaft-teures NewAge-Teil ist nichts weiter als angewandte Mathematik und Physik!

Unklar ist mir ein für die Praxis wichtiges Phänomen, dass zum Stimmen der Klangstäbe von Xylo- und Metallofonen wichtig ist:

Ein Klangstab klingt um so tiefer, je mehr Material in der Mitte abgetragen wird!

Außerdem kommt noch der wichtige Nebeneffekt hinzu, dass derart bearbeitete Klangstäbe besser klingen als unbearbeitete.

Die wichtigsten Regeln für den Klangbastler zusammengefasst:

• Kurze Stäbe klingen höher als lange
• Harthölzer klingen besser als Weichhölzer
• Die Auflagepunkte sollten jeweils ca. 22% der Gesamtlänge von den Enden entfernt sein
• Die Auflagepunkte sollten möglichst weich und elastisch sein

Die Proportionen sollten stimmen, dazu beispielhaft die Abmessungen eines professionell gefertigten Klangstabes aus Aluminium, Tonhöhe: „B“ (Holzstäbe können u. U. etwas dicker sein):

• Länge: 28 cm (100%)
• Auflage-Punkte:5,9 cm (21%) vom jew. Ende entfernt
• Breite: 3,6 cm (13%)
• Dicke: 1,2 cm (4%)
• dünnste Stelle: 0,5 cm (42% d. Dicke)

Wichtig: Gesetzmäßigkeiten lassen sich mathematisch sehr schwer erfassen und berechnen, so ist, anders als bei Flöten, ein um eine Oktave tieferer Ton nicht einfach durch Verdoppelung der Länge zu erreichen (s. Tabelle unten)!

Allgemein gilt: Probieren geht über Studieren!

Gut geeignet für Xylofone Ahorn oder Robinie (Scheinakazie), klanglich optimal sind allerdings tropische Harthölzer wie Palisander oder Wenge. Auf Tropenhölzer sollten wir allerdings aus Umweltschutzgründen verzichten, es sei denn, wir bekommen irgendwo Abfallstücke, die sonst im günstigsten Fall verfeuert würden. Zu bedenken ist allerdings auch, das der Schleifstaub von manchen Tropenhölzern giftig ist!

Von Bernd Schlaudt stammen die beispielhaft zitierten Abmessungen für ein Stabspiel aus 47 X 75 mm2 starken Ahornstäben:

 

Tonhöhe Länge in cm C 39,0 H 41,2 A 43,4 G 45,4 F 47,2 E 48,6 D 50,2 C 52,4 H 56,1 A 59,9

Derart abgesägte Stäbe müssen allerdings noch durch bogenförmiges Abtragen (Raspel, Feile) von Material (siehe oben), auf den gewünschten Ton abgestimmt werden.

Auch Aluminium eignet sich hervorragend für ein Stabspiel, man nennt es dann entsprechend Metallofon. Sehr gute Ergebnisse erzielte ich dabei mit Material aus dem Baumarkt mit den Abmessungen 20 X 6 mm2 (ca. 2,50 Euro/Meter). Allerdings ist dieses Material auch schwieriger zu bearbeiten bzw. zu stimmen, mit einer groben Halbrundfeile bzw. feinen Raspel lässt es sich aber halbwegs gut abtragen, evtl. sollte man mit einer Oberfräse vorarbeiten (Alu lässt sich ohne größeren Schaden mit Werkzeugen, die für Holzverarbeitung gedacht sind, sägen, raspeln, schleifen, fräsen oder bohren). Weiterhin ist zu beachten, dass sich Aluminium bei der Bearbeitung erwärmt, d.h., dass vor dem Überprüfen des Tones der Klangstab (evtl. in Wasser) wieder auf Zimmertemperatur herunter gekühlt werden muss.

Billige käufliche Glockenspiele werden übrigens bei der Fertigung dadurch gestimmt, dass das Material durch vorsichtiges Ausbohren entfernt wird.

Die fertig gestimmten Klangstäbe müssen, wie schon erwähnt, möglichst in ihren Schwingungsknotenpunkten gelagert werden.

Damit sich die nach Tonhöhe sortierten Klangstäbe beim Spielen nicht verschieben, dabei gegenseitig berühren oder aus ihrer optimalen Auflageposition verrutschen, empfiehlt es sich, sie auf folgende Art zu fixieren:

Befestigung der Klangstäbe

Eine Holzleiste, ca. 10 X 20 –30 mm2 wird mit einer Schaumstoff-Auflage versehen, um die Dämpfung so gering wie möglich zu halten. Ideal geeignet ist dafür selbstklebendes Fensterdichtband, z.B. Tesamoll von TESA, besser noch halbrundes Hohlraumprofil von der gleichen Firma. In Abständen, die sich aus der Breite der Klangstäbe + Zwischenraum zum nächsten errechnen, werden ca. 1mm dicke Nägel durch die Schaumstoffauflage in die Leiste geschlagen, so dass sie wenige Millimeter weiter herausragen als die Dicke der Klangstäbe beträgt. Danach werden die Nägel mit einem Stück Gummischlauch, z.B. Ventilgummi (Fahrradhandel) überzogen. Von diesen Nägeln werden die Klangstäbe in ihrer optimalen Lage gehalten, die dafür eine Bohrung genau durch ihren Schwingungsknotenpunkt erhalten müssen.

Die zweite Leiste wird ebenfalls mit einer Schaumstoffschicht gedämpft, bei den Zwischenräumen für die Klangstäbe werden als Abstandhalter seitlich kleine Schaumstoffstücke (z.B. festen Schwamm in Stücke schneiden) an die Leiste geklebt, so, dass sie über die Leiste hinausragen.

Beide Leisten werden provisorisch derart auf den Tisch gelegt, dass sie möglichst genau unter den Schwingungsknotenpunkten zu liegen kommen. Ist der Abstand der Leisten optimal ermittelt, werden sie durch zwei weitere Leisten am jeweiligen Ende miteinander verbunden. Benutzt man statt Leisten Bretter mit entsprechenden Abmessungen, erspart man sich die zusätzliche Anbringung von Beinen.

Die oben beschriebene Art der dämpfungsarmen Auflage der Klangstäbe hat einen kleinen Nachteil: durch die schräg verlaufenden Auflageleisten (siehe Abb.) liegen die Stäbe nie ganz genau an ihrem optimalen Punkt auf, schon allein, weil sie nicht genau rechtwinklig unter den Stäben verlaufen. Wesentlich verbessern lässt sich das dadurch, dass die Stäbe nicht aufgelegt, sondern aufgehängt werden. Dazu werden die Klangstäbe genau in ihrem Schwingungsknotenpunkt quer durchbohrt und auf eine Schur aufgefädelt. Zwischen den Stäben sorgen kleine Schraubösen dafür, dass sie auf einer gleichmäßigen Höhe sind. Damit sie einen gleichmäßigen Abstand voneinander haben, werden entweder auf die Zwischenräume Gummischlauchstücke gefädelt oder die Bohrung und die Schnurstärke derart aufeinander abgestimmt, dass sie sich nur schwer verschieben lassen. Ein Nachteil dieser Methode ist jedoch, dass sich einzelne Klangstäbe nicht vorübergehend entfernen lassen, um z.B. jüngeren oder unerfahreneren Spielern das Musizieren zu erleichtern.

 Aufhängen von Klangstäben

 Oben erwähnte Beine werden insbesondere dann erforderlich, wenn das Xylo- oder Metallofon noch mit Resonanzkörpern ausgestattet werden soll. Diese verstärken und verlängern die Töne noch zusätzlich.

Der Resonanzkörper sollte genau den gleichen Ton als Eigenfrequenz haben wie der dazugehörige Klangstab, aber auch eine Oktave höher oder tiefer sind möglich. Jeder Klangstab sollte deshalb seinen eigenen Resonanzkörper haben, um optimale Ergebnisse zu erzielen. In Afrika werden dazu unterschiedlich große Kalebassen unter den Stäben angebracht.

Wir benutzen dazu am einfachsten Rohre aus Plastik (Kabel-Verlegerohre aus dem Baumarkt) oder Bambus. Für diese gelten die gleichen Gesetzmäßigkeiten wie für Flöten, siehe also dazu im Kapitel „Flöten“ für nähere Details. (Sorry, immer noch „under construction“!)Das gilt auch für den Durchmesser der Rohre, d.h. für hohe Töne benötigt man evtl. dünnere Rohre als für tiefe, evtl. ausprobieren! Jedes Resonanzrohr muss möglichst nahe am Schwingungsbauch des Klangstabes angebracht werden, d.h. in der Mitte oder am Rand. Lohnenswert wäre hier vielleicht ein Versuch, inwiefern es sich lohnt, in der Mitte ein Resonanzrohr mit dem gleichen Ton wie der Klangstab, am Ende eines mit der halben oder doppelten Länge anzubringen oder umgekehrt.

Ein Vibrafon ist ein Metallofon mit Resonanzrohren, deren oberes Ende in regelmäßigen Abständen verschlossen und wieder geöffnet wird, wodurch ein in der Lautstärke schwankender, „vibrierender“ Ton entsteht. Dies wird dadurch erreicht, dass eine „Drosselklappe“, d.h. eine Scheibe so groß wie der Innendurchmesser des Rohres, am oberen Ende desselben mit gleichmäßiger Geschwindigkeit gedreht wird und damit der Ton abwechselnd verstärkt wird und dann wieder nicht usw. Dazu werden alle Scheiben mit einer durchlaufenden Welle, die von einem regelbaren Elektromotor angetrieben wird, verbunden. Außerdem besteht ein Vibraphon aus zwei Reihen Klangstäben, deren zweite die Halbtöne (cis, dis, fis...) enthält. Weil die verstärkten Töne von Metallstäben sehr lange nachklingen, ist auch noch ein durch ein Fußpedal betätigter Dämpfer nötig. Diese mit Filz belegte Leiste kann bei Bedarf von unten gegen die Klangstäbe gedrückt werden und somit ein Weiterschwingen unterbrechen.

Zum Schluss noch eine Anregung, die ich leider selbst noch nicht verwirklicht habe, entnommen aus einem meiner Lieblingsbücher von Ulrich Martini (s. Literatur):

Ein sehr reizvoller Bauvorschlag, der eine Abwandlung einer Spieluhr darstellt (auch diese sollte man einmal versuchen zu bauen, dann als Ausgangsinstrument eine Kalimba wählen!). Die etwas knapp gehaltene Beschreibung möchte ich hier noch etwas ergänzen:

In die Walze werden mit Hilfe einer Ständerbohrmaschine und eines Maschinenschraubstocks längs so viele Löcher gebohrt wie Klangstäbe vorhanden sind. Mehrere dieser Lochstreifen werden rings um die Walze in regelmäßigen Abständen angebracht. Die Löcher sollten alle gleich tief sein (Tiefenanschlag d. Bohrmaschine benutzen) und mit Rundholzstücken bestückt werden können, die alle gleich lang sind. Diese sollten so fest in der Walze stecken, dass sie nicht herausfallen, aber dennoch ohne Mühe mit der Hand herausgezogen werden können. Evtl. werden auf ihre Enden passende Holzperlen geleimt, dann lassen sie sich leichter fassen und es kommt bei der Bohrtiefe und Rundholzlänge nicht ganz so sehr auf Präzision an, solange die Bohrungen etwas tiefer sind als die „Stecker“. Unterschiedlich weit aus der Walze herausragende Stecker würden ein Spiel ungleichmäßig werden lassen. Die Schlegel müssen durch eine exakt eingestellte Anschlagsbegrenzung daran gehindert werden, dass sie nach dem Anschlagen der Klangstäbe auf diesen zu liegen kommen und damit den Ton dämpfen oder gar scheppern lassen. Die Position der Anschlagsbegrenzung hängt stark davon ab, wie die Verhältnisse der Längen zwischen Lager und Schlägelkopf gewählt werden und wie elastisch die Schlägel sind.

Nun können durch unterschiedliche Platzierung der Stecker verschiedene Melodien gespielt werden.

Weiterführende Ideen: Man kann auf der Walze Notenlinien anbringen, die Stecker können dann quasi als Noten auf oder zwischen sie gesteckt werden. Ich kann mir gut vorstellen, dass die Apparatur sehr hilfreich bei der Einführung der Notenschrift sein kann!

Der Antrieb der Walze könnte mechanisiert werden, um das gleichmäßige Abspielen zu verbessern. Der Handbetrieb würde durch eine Getriebe-Untersetzung (Metallbaukasten, Physikraum-Einrichtung) verbessert. Denkbar wäre auch eine Automatisierung des Antriebs mit Hilfe eines Grillmotors, altem Scheibenwischerantrieb, Weckers ohne Unruh usw.

Seitenanfang