Frequenzen

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Schließende und öffnende Zungen


Blaszungen sind an der oberen, Ziehzungen an der unteren Stimmplatte angenietet (falls man die Harp wie üblich hält). Normale Blastöne werden hauptsächlich von den Blaszungen, normale Ziehtöne von den Ziehzungen erzeugt.

Wenn man so sanft in die Mundharmonika bläst, dass sie noch nicht klingt, wird sich die Blaszunge dennoch ein winziges Stück in Richtung Stimmplatte bewegen. Dabei wird sie den Schlitz in der Stimmplatte geringfügig verkleinern, genauso wie die Ziehzunge ihren Schlitz verkleinert, wenn man behutsam zieht. Dieses vergleichbare Verhalten beider Zungenarten wird durch den Begriff der schließenden Zunge beschrieben (siehe die Tabelle).
Bei der jeweils anderen Zunge im Kanal wird es umgekehrt sein. Sanftes Anblasen wird eine Ziehzunge minimal von der Stimmplatte wegdrücken, wodurch sich der Spalt etwas öffnet. Entsprechendes gilt für Blaszungen, wenn man leicht zieht. Wir werden dabei im Folgenden von öffnenden Zungen sprechen (siehe die Tabelle).

Spielfrequenz

Die roten Punkte im Diagramm stellen die Bewegung einer schwingenden Mundharmonikazunge dar. Jeder rote Punkt steht für eine Momentaufnahme. Wenn wir uns vorstellen, dass die Zeit von links nach rechts abläuft, sehen wir mit etwas Phantasie die Zunge auf- und abschwingen.
Ein länger angehaltener Ton gleichbleibender Lautstärke kommt zustande, indem sich die Zungen fortgesetzt auf- und abbewegen. Bei einem normalen Ziehton in Kanal #4 einer C-Harp sind dies 600 Wiederholungen des Bewegungsmusters auf-ab-auf (oder ab-auf-ab) pro Sekunde.

Dies bedeutet eine Spielfrequenz f von 600Hz (Hertz). Eine einzelne Schwingung beansprucht eine Zeitspanne, die man Schwingungsdauer T nennt. Wenn pro Sekunde 600 Schwingungen stattfinden dauert eine Schwingung den 600sten Teil einer Sekunde, also 1/600 Sekunde = 0,00167 Sekunden. Oder, anders herum: Wenn eine Schwingung 0,00167 Sekunden dauert, ermittelt man die Gesamtzahl der Schwingungen pro Sekunde (also die Frequenz = "wie viele Hertz"), indem man 1 (Sekunde) durch 0,00167 teilt.
Das Audio wurde mit James Antaki's turboharp ELX  aufgenommen, eine Art Tonabnehmer für Bluesharpzungen. Im Audio hört man also direkt die Zungenbewegung, nicht den vom Instrument abgestrahlten Schall.
Zungenbewegung (D-Zunge)

Eigenfrequenz

Wenn man eine Zunge anzupft kann man ihre Eigenfrequenz hören - die Tonhöhe des verklingenden Zupfgeräuschs, die man sich von einem Stimmgerät anzeigen lassen kann.

Die Zungenbewegung wird dabei zunehmend schwächer, die Zungenbewegung ist also nicht mehr periodisch (man nennt sie quasi-periodisch). Trotzdem ordnet man der Bewegung noch eine Schwingungsdauer T und eine Frequenz f zu. Diese Frequenz heißt Eigenfrequenz der Zunge. Die Wavedatei ist 0,2s lang. Während dieser Zeit schwingt die Zunge 120 mal auf und ab (in der Abbildung nicht zu sehen). Die Abnahme im Diagramm (rote Punkte) ist der Deutlichkeit halber stark übertrieben.


In diesem mit einem Mikrofon augenommenen Audioclip ist die Eigenfrequenz einer gezupfte D-Zunge zu hören (Kanal #4 einer C-harp). Mit einem Stimmgerät kann man sich davon überzeugen, dass diese Eigenfrequenz höher ist als die im vorangehenden Audiclip zu hörende Spielfrequenz.
Zupfen (D-Zunge)
Jetzt werden die letzten beiden Audioclips verglichen. Man kann deutlich hören, dass der normale (mit der ELX aufgenommene) Ton tiefer klingt als der Zupfton. Die Spielfrequenz eines normalen Tons liegt unterhalb der Eigenfrequenz der schließenden Zunge.
Eigenfrequenz - Spielfrequenz

Beide Zungen spielen zusammen
Die folgenden Aufnahmen beweisen, dass grundsätzlich beide Zungen im Kanal einer Bluesharp schwingen - egal, welche Art von Note man spielt. Alle Aufnahmen wurden mit Hilfe einer turpoharp ELX erstellt, man hört also direkt die Zungenschwingungen und nicht den abgestrahlten Schall.
In den ersten drei Audioclips beginne ich mit einem normalen Ziehton D auf Kanal #4 einer C-Harp, den ich anschließend so tief wie möglich bende. Man kann zuerst die Bewegung beider Zungen anhören (schwarz), dann nur die Blaszunge (gelb), dann nur die Ziehzunge (magenta).
Beide Zungen
Blaszunge
Ziehzunge

Die Aufnahmen können nur einen groben Eindruck davon geben, wie die Zungen tatsächlich schwingen. Wir hören beispielsweise leise Töne lauter als sie sind (wir hören logarithmisch, wie Experten es nennen).

Messungen bestätigen: Normale Blas- und Ziehtöne werden hauptsächlich von der schließenden Zunge erzeugt, aber die öffnende Zunge ist auch beteiligt. Wenn sich die schließende Zungen 1mm auf- und abbewegt, bewegt sich die öffnende Zunge ungefähr 0,1mm.

Je tiefer man bendet desto weniger bewegt sich die schließende Zunge und desto mehr schwingt die öffnende Zunge. Bends mit der tiefstmöglichen Tonhöhe werden hauptsächlich von der öffnenden Zunge erzeugt.


In den nächsten drei Audioclips ist ein normaler Ziehton H auf Kanal #3 einer C-Harp zu hören, der schrittweise immer tiefer gebendet wird. Der tiefste Drawbend Ab kommt hauptsächlich von der Blaszunge.

Ziehbend - beide Zungen
Ziehbend - Blaszunge
Ziehbend - Ziehzunge



Als nächstes ist ein normaler Blaston C zu hören sowie ein Overblow (fast ein Eb) auf Kanal #4 einer C-Harp. Der Overblow wird hauptsächlich von der Ziehzunge (!) D erzeugt.

Blaston und Overblow - beide Zungen
Blaston und Overblow - Blaszunge
Blaston und Overblow - Ziehzunge


Schließlich ein normaler Blaston E auf Kanal #8 einer C-Harp, der anschließend gebendet wird, wobei hauptsächlich die Ziehzunge schwingt.


Blasbend - beide Zungen
Blasbend - Blaszunge
Blasbend - Ziehzunge

Einzelzungen

Indem man die zweite Zunge im Kanal abklebt, kann man mit dem Spielen auf Einzelzungen experimentieren. Neben den normalen Blas- und Ziehtönen lassen sich auf Einzelzungen sowohl Bends als auch Overbends spielen - egal, ob Blas- oder Ziehzunge.

Das Diagramm zeigt farbig markiert alle Töne, die ich auf Kanal #4 einer C-Harp erreicht hatte. Die waagrechten gestrichelten Linien geben die Tonhöhe an. Neben den entsprechenden Notennamen wird noch eine von Stimmgeräten vielleicht vertraute Darstellung verwendet. Die Abkürzung "ct" bedeutet "cent" und kommt daher, dass man ein Halbtonintervall in 100 Teile teilt (vgl. die Einteilung von Meter in Zentimeter). Da wir Tonhöhen logarithmisch wahrnehmen, ist die Cent-Skala eine sog. logarithmische Skala. Die Mathematik dahinter muss man nicht verstehen - es reicht zu wissen, dass die Cent-Skala die Tonhöhen so wiedergibt, wie wir sie wahrnehmen. Bei einer solchen Skala wird stets ein Bezugspunkt "0ct" gewählt (beim Stimmgerät ist es die Skalenmitte). Im Diagramm wurde als Bezugspunkt die Spielfrequenz des normalen Blastons C gewählt. Der normale Ziehton D ist dann zwei Halbtöne, also 200ct entfernt.

Die grünen Linien markieren die Eigenfrequenzen der Zungen (gezupftes C, gezupftes D). Auch für normale Töne sind die Spielfrequenzen nicht einfach gleich diesen Eigenfrequenzen. Davon kann man sich selbst überzeugen, wenn man einen normalen Blas- oder Ziehton spielt und dann das Instrument möglichst schnell und möglichst weit vom Mund wegnimmt. Die Zungen schwingen weiter und finden dabei allmählich ihre Eigenfrequenz. Der nachklingende Ton geht geringfügig, aber noch gut hörbar nach oben!
Dieses Verhalten der Stimmzungen hat praktische Konsequenzen für das Stimmen von Bluesharpzungen. Anzupfen der Zungen und dabei Frequenzmessen mit dem Stimmgerät genügt nicht, man muss die Tonhöhe für das zusammengebaute Instrument kontrollieren. Das Volumen zwischen Deckel und Stimmplatte, das Kanzellenvolumen und schließlich der Vokaltrakt des Spielenden tragen alle einen Teil zur Tonhöhensenkung bei.

Was kann man aus dem Diagramm lernen? Beide Zungen lassen sich sowohl durch Blasen als auch durch Ziehen zum Schwingen bringen und sowohl beim Blasen als auch beim Ziehen sind Bends und Overbends in einem weiten Frequenzbereich möglich. Übersichtlicher wird alles, wenn man an die Einteilung in schließende und öffnende Zungen denkt. Die schließende Zunge ist die Blaszunge beim Blasen bzw. die Ziehzunge beim Ziehen. Eine schließende Zunge erlaubt einen normalen Ton einen Viertel Halbton unterhalb der Eigenfrequenz, der sich kontinuierlich nach unten benden lässt. Eine öffnende Zunge erlaubt einen Overbend einen Viertel Halbton oberhalb der Eigenfrequenz, der sich kontinuierlich nach oben benden lässt: vgl. die Farben in der Abbildung.

Ergebnis: Wir haben nicht erklärt, weshalb sich schließende und öffnende Zungen so verhalten, wie sie es tun. Aber wir haben Übersicht gewonnen: Die Spielfrequenz für schließende Zungen liegt unterhalb ihrer Eigenfrequenz, die Spielfrequenz für öffnende Zungen liegt oberhalb ihrer Eigenfrequenz. Damit haben wir eine einheitliche Beschreibung beispielsweise von den Ziehbends auf den unteren und den Blasbends auf den oberen Kanälen: Wenn die schließende Zunge im Kanal die höhere Eigenfrequenz hat, lässt sich der von ihr erzeugte normale Ton nach unten benden. Was die Bluesharp von allen anderen Blasinstrumenten unterscheidet ist nun die Idee, eine schließende und eine öffnende Zunge im selben Kanal zu einem schwingungsfähigen Gesamtsystem zu vereinigen. Dies werden wir auch grafisch mit der nächsten Abbildung machen.

Zwei Zungen


Mit zwei Zungen in einem Kanal kann man mühelos einen normalen Blaston und einen normalen Ziehton spielen mit Spielfrequenzen, wie sie auch von einer Einzelzunge kommen würden. Auf Kanal #4 kann man den Ziehton kontinuierlich nach unten benden. Der Blaston lässt sich nicht benden, jedenfalls nicht mit gutem Ton und auch nicht nennenswert weit nach unten. Gute Spieler mit gutem Instrument erleben stattdessen, dass der Ton scheinbar nach oben "ploppt" und es klingt ein Overblow. Dieser Overblow lässt sich dann kontinuierlich nach oben benden. Erlaubte Spielfrequenzen von Bendings und gebendete Overblows lassen sich auch sofort gezielt anspielen (für Übende eine Lebensaufgabe).

In der Abbildung steht wieder rot für die schließende und blau für die öffnende Zunge. Der normale Blaston C kommt beispielsweise von der Blaszunge als schließender Zunge und ist daher rot eingezeichnet. Mit der neuen Sichtweise von schließenden und öffnenden Zungen wird der normale Ziehton D hauptsächlich von der schließenden Ziehzunge D erzeugt (wie mit den Audios demonstriert schwingt aber auch hier die öffnende Blaszunge D mit). Wenn dieser Ziehton allmählich nach unten gebendet wird, begint zunehmend die öffnende C-Zunge mitzuschwingen, während die schließende D-Zunge immer weniger schwingt. Beim tiefsten Bend schwingt fast nur die öffnende Zunge. Wenn man sich jetzt an die Abbildung mit den Spielfrequenzen der Einzelzungen erinnert, könnte man sagen: Ein Ziehbend mit beiden Zungen ist ein Mix aus einem Ziehbend der schließenden Zunge und einem Overdraw der öffnenden Zunge!

Einen Blowbend gibt es, wie bereits gesagt, nicht. Der Overblow kommt fast ausschließlich von der öffnenden D-Zunge, die sich dabei verhält wie eine Einzelzunge.

Für beliebige Kanäle mit verschieden gestimmten Zungen gilt: Falls die Zunge mit der höheren Eigenfrequenz die schließende Zunge ist (was davon abhängt, ob man bläst oder zieht), lässt sich der von ihr erzeugte normale Ton nach unten benden. Falls die Zunge mit der tieferen Eigenfrequenz die schließende Zunge ist, kann sie nur einen normalen Ton erzeugen, während die andere (zwangsläufig öffnende) Zunge Overbends hervorbringt.

Die folgende Abbildung zeigt (wieder für Kanal #4 einer C-Harp) das Verhalten von Einzelzungen und von beiden Zungen zusammen im Vergleich:


Selbsterregte Schwingungen

Wir hören deswegen etwas von der Bluesharp, weil sich aufgrund der Druckschwankungen in der Kanzelle beschleunigte Luftströme (Jets) durch die Spalte zwischen Stimmplatte und Zungen bilden. Aufgrund der Druckschwankungen schankt die Geschwindigkeit des Jets. Dies wiederum führt dazu, dass Schall an den Spalten erzeugt. Die Bluesharp lässt sich hier mit einer Lochsirene vergleichen, bei der eine sich drehende Lochscheibe einen schnellen Jet "zerhackt". Was wir übrigens nicht hören, sind die Druckschwankungen in unserem Vokaltrakt. Bluesharp und Instrumente wie Saxophon oder Trompete funktionieren hier völlig unterschiedlich (beim Saxophon dringt ein kleiner Teil des im Rohr erzeugten Schalls nach außen).

Druckschwankungen im Luftstrom und Zungenschwingungen schaukeln sich beim Spielen auf der Bluesharp gegenseitig hoch. Man sagt, das gekoppelte System aus Luftstrom und Zunge(n) führt selbsterregte Schwingungen aufgrund von Rückkopplung aus. Rückkopplung gibt es auch als lästiges Feedback auf der Bühne, allerdings ist dafür ein zu laut aufgedrehter Verstärker (beispielsweise der Harp-Amp) verantwortlich. Bei den selbsterregten Schwingungen in der Bluesharp (oder auch in Saxophon, Trompete oder Flöte) gibt es dagegen keinen Verstärker, es liegt also eine andere Sorte von "Rückkopplung" vor.

Wie soll man sich die Rückkopplung zwischen dem Luftstrom in der Kanzelle und den beiden Zungen vorstellen? Teilt sich der Luftstrom in Richtung Blaszunge (nach oben) und Richtung Ziehzunge (nach unten) auf, und schaukelt sich jeder Teilstrom mit "seiner" Zunge hoch? Die derzeit existierenden physikalischen Modelle für die Bluesharp gehen davon aus, dass es nur einen gemeinsamen Luftstrom in der Kanzelle gibt, wobei auf beide Zungen dieselben Druckschwankungen einwirken. Für diese Vorstellung spricht, dass die Druckschwankungen im Luftstrom sowie Schwingungen der beiden Zungen schon nach äußerst kurzer Zeit dieselbe Frequenz haben (nämlich die von außen wahrgenommene Spielfrequenz).
Kooperation beim Bending

Bending auf der Bluesharp ist prinzipiell möglich im Frequenzbereich zwischen den Eigenfrequenzen der beiden Zungen, falls die Zunge mit der höher gestimmte Zunge die schließende Zunge ist. In diesem Bereich könnte jede der beiden Einzelzungen im Wechselspiel mit den Druckschwankungen im Luftstrom selbsterregte Schwingungen ausführen. Damit ist prinzipiell die Möglichkeit zu einer Kooperation gegeben. In der Praxis zeigt es sich, dass beim Bending beide Zungen nahezu parallel schwingen. "Parallel" heißt hier, dass sich die Zungenspitzen synchron auf- und abbewegen.
Der Abbildung (Querschnitt durch eine Bluesharpkanzelle) kann man entnehmen, dass parallel schwingende Zungen die Größe der Schlitze zwischen Zungen und Stimmplatte auf vergleichbare Weise verändern. Über die Größe der Schlitze wiederum wird der Luftstrom beeinflusst. Parallel schwingende Zungen beeinflussen den Luftstrom also auf vergleichbare Weise - sie kooperieren! Da sie den Luftstrom zusammen so beeinflussen, wie sie es alleine tun würden, können sie auch zusammen die selbsterregten Schwingungen auslösen, die sie alleine bewirken würden.

Der Overblow gewinnt

Für Blastöne überschneiden sich die Frequenzbereiche der Einzelzungen auf Kanal #4 nicht. Da es für die Blaszunge als Einzelzunge keine Spielfrequenz oberhalb ihrer Eigenfrequenz gibt, kann sie sich nicht kooperativ an der Erzeugung eines Overblows beteiligen. Umgekehrt kann die Ziehzunge weder bei normalen Blastönen noch bei Blowbends aktiv zu einem Rückkopplungsprozess beitragen.

Anscheinend ist es sogar so, dass die Blaszunge beim Aufbau selbsterregter Schwingungen im Overblowbereich "stört". Tatsächlich geht das Spielen von Overblows viel einfacher, wenn man die Deckel der Harp abschraubt und einen Finger auf die Blaszunge legt. Wer seine Harp für Overblows opitimieren will, verringert den Lösabstand der Blaszunge und damit den Anteil des Luftstroms, der von der Blaszunge beeinflusst werden kann.

Bevor Missverständnisse entstehen: Auch bei Blastönen schwingen beide Zungen, auch die nicht aktiv am Rückkopplungsprozess teilnehmende Zunge wird von den Druckschwankungen im Luftstrom bewegt, und auch die Bewegungen dieser Zunge wirken auf den Luftstrom zurück - allerdings nicht so, dass selbsterregte Schwingungen entstehen könnten.

Mit entspannter Mundstellung (Embouchure) klingt ein normaler Blaston. Versucht man allerdings, mit entsprechender Embouchure den Blaston nach unten zu benden, hört man wahlweise wenig oder gar nichts - oder es entsteht ein Overblow. Von der schließenden Blaszunge ausgelöste selbsterregte Blowbends sind offenbar nicht mehr möglich, sobald die öffnende Ziehzunge ins Spiel kommt. Kurz: Der Overblow gewinnt. Es wäre interessant zu wissen, warum das so ist ...
 
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