Physik des Didgeridoo

28.3.2006 - Frank Geipel

Physikalische Grundlagen, die für die Ausprägung des typischen Didgeridooklanges maßgeblich sind und zu der ihm eigenen Spielweise führen.

Physikalisch gesehen ist ein Didgeridoo ein mehr oder weniger unregelmäßig geformtes Rohr, das die Form der in ihm schwingungsfähigen elastischen Luftsäule vorgibt.
Je nachdem, ob das Mundstückende offen oder mit dem Mund abgeschlossen ist, existiert eine unregelmäßige Reihe von Resonanzfrequenzen der Luftsäule (Eigenresonanzen). Die Lage und Verteilung dieser Eigenresonanzfrequenzen hängt wesentlich von der Form der Luftsäule ab.
Schlägt man mit der Handfläche auf das Mundstück eines Didgeridoos und lässt es mit ihr verschlossen, erklingen die Eigenresonanzfrequenzen des einseitig geschlossenen Rohres. Öffnet man das Mundstück nach dem Anschlagen erklingen die Eigenresonanzfrequenzen des beidseitig offenen Rohres.
Jede Eigenresonanz des einseitig geschlossenen Rohres ist mit dem Mund (schwingende Lippen) anspielbar (Grundton und Reihe der Overblows). Spielt man die niedrigste Eigenresonanz an, erklingt der Grundton, beim Anspielen der nächst höheren der erste Overblow, ...

[Diese Reihe der anspielbaren Eigenresonanzen ist nicht mit der Naturtonleiter (z.B. Reihe der anspielbaren Obertöne (Flageolett) auf einer Gitarrensaite) vergleichbar, da durch die Unregelmäßigkeit der Innenformen diese Reihe beim Didgeridoo im Vergleich zu anderen Instrumenten nicht harmonisch ist. Die beim Anspielen des Grundtones mitklingenden harmonischen Obertöne entsprechen der Naturtonreihe. Aber diese Obertonfrequenzen stimmen in der Regel nicht mit den Frequenzen der Eigenresonanzen überein.]

Beim Anspielen einer Eigenresonanz (beim Didgeridoo in der Regel die niedrigste für den Grundton) erklingt auch immer das harmonische Spektrum der Obertöne dieser Eigenresonanz. D.h., das 2, 3, 4,…,n-fache der Grundtonfrequenz.
Fallen Obertöne auf vorhandene Eigenresonanzen der Luftsäule, werden diese verstärkt und sind als „Singtöne “(s.u.) wahrnehmbar. Liegen Obertöne zwischen den Eigenresonanzen, werden diese nicht verstärkt und sind (wenn überhaupt) nur indirekt über die entstehende Klangcharakteristik wahrnehmbar. D.h., das innenformabhängige Eigenresonanzspektrum der Luftsäule filtert (verstärkt oder dämpft) das Klangspektrum der erklingenden Obertöne.

[Singt man mit der Stimme einen Ton, der auf eine Eigenresonanz fällt, wird auch dieser gesungene Ton verstärkt. Zusätzlich entstehen noch die Mischfrequenzen (Summen- und Differenzfrequenzen) aus Grundton und gesungenem Ton, die teilweise unter der Grundtonfrequenz liegen können. Für typische traditionelle Spieltechniken des NW-Arnhemlandes ist die Interaktion der Eigenresonanzen mit den Mischfrequenzen aus Grundton und Stimme (Summen- und Differenzfrequenzen) sehr wichtig und führt zu den bekannten rauhen gurgelnden Klanganteilen.]

Je ausgeprägter eine Eigenresonanz ist und je mehr Obertöne beim Anspielen dieser Frequenz auf weitere Eigenresonanzen fallen, umso höher ist der akustische Scheinwiderstand, der als Gegendruck wahrgenommen wird.
Das resultierende Obertonspektrum (Klangspektrum) der so schwingenden Luftsäule wird mehr oder weniger auf die Wandung des Didgeridoos übertragen und tritt teilweise mit ihr in Resonanz.
Der typische Klang wird über das offene Ende von der Luftsäule direkt und über die Wandung des Didgeridoos an die Umgebung übertragen.
Mit der typischen westlichen Spielweise werden die Obertöne abhängig von den passiven innen-formabhängigen Eigenresonanzen des Didgeridoos und durch die variablen Resonanzräume im Vokaltrakt aktiv beeinflusst.
Die typischen traditionellen Spieltechniken aus dem NE-Arnhemland regen durch die sehr dynamische Zungenbewegung zusätzlich noch das gesamte Eigenresonanzspektrum des einseitig geschlossenen Rohres (z.B. beim „Cut“) und kurzzeitig des beidseitig offenen Rohres (z.B. durch Unterdruckeffekte bei der schnellen Retroflexstellung der Zunge) an.
Dies führt zu perkussiven Effekten einer angeschlagenen Trommel und zu den typischen „flirrenden“ Obertönen, die wechselseitig von verschiedenen Eigenresonanzen verstärkt werden („Obertonwobbeln“, „Obertonläuten“, s.u.).
Die wesentlichen Klang- und Spielcharakteristiken werden durch den gesamten Querschnittsverlauf der Innenform des Didgeridoos bestimmt, wobei diese häufig durch die Kontur im ersten Drittel nach dem Mundstück am empfindlichsten beeinflusst werden.
Viele von eingeborenen Didgeridoobauern ausgesuchte gewachsene Eukalyptus Didgeridoos mit besonders interessanten Klang- und Spieleigenschaften haben oft in diesem Bereich interessante Innenstrukturen.
Aus diesem Grund sind z.B. die Klangcharakteristiken von Slidedidgeridoos oder einfach gebohrten Eigenbauten oft sehr beschränkt, da in dem interessanten Bereich eine weniger interessante zylindrische Form dominiert.

Übergroße Bells von >12 cm Innendurchmesser führen häufig zu lauten Instrumenten. Oft kaschiert aber gerade diese Lautheit eine wenig vorhandene interessante Klangcharakteristik und wird nicht selten von wahrnehmungsungeübten Hörern als Klangqualität interpretiert.

Obertonwobbeln (Obertonläuten)
In Instrumenten mit bestimmter Eigenresonanzverteilung der Luftsäule durch traditionelle Spieltechniken erzeugtes schnelles wechselseitiges Verstärken verschiedener Obertöne (5-10-mal pro Sekunde).

Sington
Bei bestimmtem Instrumenten deutlich wahrnehmbarer singender Oberton, der durch eine Eigenresonanz der Luftsäule verstärkt wird.

22.12.2006

Simulations-Grafiken aus einem Didgeridoo Experimental-Vortrag von Frank Geipel

weiß: Impedanzspektrum,
blau-violett: Klangspektrum Grundton
rot-grün: Klangspektrum 1. Overblow

Beispiel für ein Didgeridoo mit ausgeprägtem Sington (5.Oberton)
Example of a didjeridu with a prominent singing 5.harmonic

Beispiel für ein obertonwobbelfähiges Didgeridoo (zwischen 4. und 5. Oberton)
Example of a didjeridu with a harmonic wobble pattern between 4. and 5. harmonic

Beispiel für ein Didgeridoo mit sehr gut anspielbaren 1.Overblow und verstärkten 2. und 5. Oberton
Example of a didjeridu with very good playable 1.overblow and prominent 2. and 5. harmonics

Beispiel für ein Oktav-Didgeridoo (1. Overblow eine Oktave über Grundton, 2. und 3. Eigenresonanz verstärkt 2. und 3. Oberton des Grundtones)
Example of an octave-didjeridu (1.overblow one octave above the fundamental) 2. and 3. intrinsic resonance amplifies the 2. and 3. harmonics

Beispiel für ein „trocken“ klingendes Didgeridoo mit Impedanzpeaks zwischen dem 1., 2. und 3. Oberton, was die Verstärkung von Mischfrequenzen aus Grundton und Stimme fördert
Example of an „dry“ sounding didjeridoo with intrinsic resonances between 1., 2. and 3. harmonics (it could amplify mixed frequencies of fundamental and voice)