Experimentelle und simulative Untersuchung von Musikinstrumenten

Musik und musikalische Instrumente faszinieren Menschen seit jeher. Um manche Instrumente wie die Geigen von Stradivari oder die Gitarren von Torres entstanden regelrechte Mythen. Für viele Musiker ist der Klang dieser Instrumente bis heute unerreicht. Dieser Mythos hält sich hartnäckig, obwohl inzwischen in mehreren Studien nachgewiesen wurde, dass Geigenbauer heutzutage in der Lage sind vergleichbar gute Instrumente zu bauen. Nichtsdestotrotz sind Musiker in der Lage, sehr kleine Unterschiede zwischen Instrumenten auszumachen und so unterscheiden sich selbst scheinbar gleiche Instrumente hörbar im Klang. Bei sorgfältig hergestellten baugleichen Instrumenten lassen sich diese Unterschiede auf die Variabilität der Materialparameter der verwendeten Hölzer zurückführen.

Detaillierte Computermodelle von Gitarren sind physikalisch anspruchsvoll. Neben der aufwändigen Geometrie muss auch eine orthotrope, also richtungsabhängige, Materialmodellierung und die Modellierung der Fluid-Struktur-Interaktion zwischen dem Gitarrenkorpus und der eingeschlossenen Luft vorgenommen werden. Zur Identifikation der Materialparameter kommen außerdem am Institut entwickelte Methoden der parametrischen Modellordnungsreduktion und Methoden der Unsicherheitsquantifikation zum Einsatz. Die am Institut entwickelten Modelle können anschließend als virtuelle Prototypen eingesetzt werden und Instrumentenbauern aufzuzeigen, wie sie ihre Instrumente gezielt beeinflussen und verbessern können. Dies ist gerade unter dem Gesichtspunkt förderlich, dass zwei geometrisch gleiche Instrumente sehr unterschiedlich klingen können.