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DFG - Projekt
"Numerische Simulation des Klangspektrums in und um eine Blockflöte"

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Entwicklung einer neuen S-Bogen Kontur
Konstruktion eines "gläsernen Fagotts"
Einfluss der Grundströmung auf den Klang der Blockflöte
Waldhorn

Entwicklung einer neuen S-Bogen Kontur

Mit Methoden der numerischen Strömungssimulation (CFD) wurden Druck- und Geschwindigkeitsprofile entlang eines Fagott S-Bogens berechnet. Die Optimierung der Geometrie hinsichtlich des Blaswiderstandes führte zur S-Bogen Kontur mit deutlich reduziertem Reibungsbeiwert gegenüber der klassischen Form.

Oben: Neue S-Bogenkontur (s27 opt.) Unten: Herkömmliche S-Bogenkontur (CC1)	Vergleich der Obertonspektren des Tones f (174,61 Hz) für die beiden links abgebildeten S-Bögen CC1 und s27opt
Im Rahmen einer Diplomarbeit wurde ein Prototyp eines künstlichen Fagottbläsers entwickelt. Damit konnte nachgewiesen werden, dass der Bogen neuer Kontur von dem herkömmlichen Modell klanglich praktisch nicht zu unterscheiden ist. Die neue Kontur ist patentiert. Der S-Bogen ist besonders bei Anfängern und älteren Fagottisten beliebt, wird aber mittlerweile auch in namhaften Orchestern gespielt.	Fagottprüfstand mit Lippenkraftmessung

Konstruktion eines "gläsernen Fagotts"

Im Rahmen einer Diplomarbeit entstand ein "gläsernes Fagott" mit dem Ziel, optische Messverfahren zur Bestimmung der Strömung im Fagott einzusetzen zu können. Mit Hilfe des Laserlichtschnittverfahrens war es möglich, die Strömung an offenen Tonlöchern zu visualisieren. Die Geschwindigkeitsverteilung am Austritt des Fagottflügels kann zeitlich fein aufgelöst mittels Hitzdrahtanemometrie bestimmt werden.

Visualisierung von Wirbeln an einem Tonloch des Fagottes mit dem Laserlichtschnittverfahren

Einfluss der Grundströmung auf den Klang der Blockflöte

Es wurde eine Anblasvorrichtung für eine Blockflöte entwickelt. Hiermit kann der Einfluss der Grundströmung auf Obertonzusammensetzung festgestellt werden. Mit steigendem Volumenstrom werden die Amplituden einzelner Teiltöne besonders verstärkt, was einen deutlichen Einfluss auf die Klangfarbe hat. Der experimentelle Aufbau mit teilverschlossenem Labium und einem Piezoelement im Flöteninneren zur Erzeugung der Grundschwingung erlaubt die Impedanzmessung. In Zusammenarbeit mit der Juniorprofessur für akustische Strukturoptimierung/Randelementemethode (Institut für Festkörpermechanik der TU Dresden) wurde ein FE-Modell mit reflektionsfreien Randbedingungen erstellt, mit dem die Schwingungen der Luft, die die Flöte umgibt, visualisiert werden können.

Waldhorn

Während des Spielens können in verschiedenen Bögen des Waldhorns instationäre Druckmessungen durchgeführt werden. Die Ergebnisse dienen als Randbedingungen bei 3D CFD-Berechnungen von Druck- und Geschwindigkeitsverteilung.

Präparierter B-Bogen des Horns zur instationären Druckmessung während des Spielens

Geschwindigkeitsverteilung im B-Bogen über die Zeit (3D-CFD Simulation mit FLUENT)

Literatur

Grundmann, R.
Strömungsmechanik als Werkzeug für optimale S-Bögen von Fagotten
Instrumentenbau-Zeitschrift, Musik International Verlag, 2003, 9/10

Grundmann, R.
Eine neue Kontur für den S-Bogen für das Fagott - entwickelt mit Hilfe der Strömungstechnik
Rohrblatt - Magazin für Oboe, Klarinette, Fagott und Saxophon, 2003, 18, 180-183

Grundmann, R. & Albrecht, T.
Numerische Strömungsberechnung im S-Bogen des Fagotts
Wissenschaftliche Zeitschrift der Technischen Universität Dresden, 2004, 53

Richter, A.
Gitterzerlegung und numerische Simulation von Rohrinnenströmungen am Beispiel des S-Bogens des Fagottes
Diplomarbeit TU Dresden, 2004

Grundmann, R.; Baumgart, J. & Richter, A.
Strömungsmechanik und die Klangfarbe von Fagotten
Oboe-Fagott, 2005, 1, 14-21

Grundmann, R.
Beitrag der Strömungsmechanik in Blasinstrumenten
DAGA 2005 München, 2005

Baumgart, J.; Marburg, S. & Schneider, S.
Berechnung der Schallleistung von offenen Strukturen über Frequenzbereiche mit Hilfe finiter und infiniter Elemente sowie Lanczos-Padé-Approximation
DAGA 2005 München, 2005

Grundmann, R.; Baumgart, J.; Richter, A. & Krüger, H.
Contribution of fluid dynamics to woodwind instruments investigations of timbre and pitch of bassoon bocals
Journal of thermal science : JTS ; international journal of thermal and fluid sciences / Institute of Engineering Thermophysics, Chinese Academy of Sciences, 2005, 14, 264-266

Schubert, S.
Experimentelle Bestimmung der Sekundärströmung und Wandschubspannung in einem optisch für die Messverfahren zugänglichen Musikinstrument, dem Fagott
Diplomarbeit TU Dresden, 2005

Krüger, H.
Konstruktion, Aufbau und experimentelle Verifizierung eines Fagottprüfstandes
Diplomarbeit TU Dresden, 2005

Richter, A.
Numerische Simulation der Wellenausbreitung am Tonloch
DAGA 2006 Braunschweig, 2006

Baumgart, J.; Marburg, S. & R.Grundmann
Effiziente Schallfeldberechnung von Blasinstrumenten mithilfe Finiter Elemente
DAGA 2006 Braunschweig, 2006

Ohno, W.; Baumgart, J. & Grundmann, R.
Influence of the mean flow on the timbre of the recorder
33rd International Acoustical Conference, 2006

Grothe, T.; Baumgart, J. & Grundmann, R.
Klangfarbenuntersuchung an historischen Fagotten, Vergleich von Dulzian, Barockfagott, klassischem und modernem Fagott
Rohrblatt - Magazin für Oboe, Klarinette, Fagott und Saxophon, 2007

Richter, A. & Grundmann, R.
Numerische Untersuchungen der Schallausbreitung am Flügel des Fagotts
Oboe-Fagott, 2007, 1