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2023



Making-Of   D-Dur Didgeridoo / Jörg Appinger 02.01.2023


Kommentar von Frank:
Es ist mir eine Freude, den folgenden Bericht zum Bau eines speziellen D-Dur Didgeridoos hier vorzustellen. Ich kenne Jörg jetzt schon seit einigen Jahren und bin ihm sehr dankbar über die anspruchsvollen und fruchtbaren Diskussionen über die Schallabstrahlung von Obertönen bei Didgeridoos. Dieser kreative Austausch war immer eine wertvolle Herausforderung für mich, die komplexe Materie zu vertiefen und meine Tools weiterzuentwickeln. Als erfahrener Spezialist auf dem Gebiet der theoretischen und praktischen Elektrotechnik beherrscht Jörg die komplexen wissenschaftlichen Zusammenhänge, die auch auf die Akustik übertragbar sind und hat in Eigeninitiative sehr leistungsfähige Tools programmiert.

 

Hier sein Bericht von Ende 2021:


Im Herbst 2020 entstand der Wunsch nach einem neuen Didgeridoo in der Tonart D. Es sollte ein „leichtes“ Instrument werden, das gut anspielbar ist, einen guten Gegendruck hat und viele Obertöne hervorbringt. Als Besonderheit war ein D-Dur Dreiklang im Klangspektrum gewünscht. Dieser entsteht, wenn die 4. und 5. Harmonische des Grundtones (große Terz) und die 5. und 6. Harmonische (kleine Terz) besonders ausgeprägt sind. Dies erreicht man, indem das Didgeridoo so konstruiert wird, dass die Trompetentöne (Overblows) genau auf diese Harmonische fallen. Im Impedanzspektrum ist dies anschaulich erkennbar, soweit die Theorie.
Als Holz wurde ein Stamm einer Salweide ausgesucht, der im Februar 2018 bei Landschaftspflegearbeiten in Aidlingen/Dachtel gefällt wurde. Der Stamm hatte eine Länge von 2,30m und einen Durchmesser von ca. 11,5cm am unteren Ende. Nach ca. 3 Jahren Trockenzeit konnte der Stamm zum Bau des Didgeridoos verwendet werden.

Salweidenblätter und weibliche Kätzchen nach Blüte

Endstück des Salweidenstammes


Berechnung:
Nachdem nun die Maße des Stammes und auch die Zielparameter des Didgeridoos bekannt waren wurde mit der Berechnung der Innenform begonnen. Es brauchte etliche iterative Zyklen bis ein ausgewogenes
Design zur Verfügung stand, das allen Anforderungen genügte.

Impedanzspektrum und Innenform des D-Dur Didgeridoos.

Die oberen Spitzen der blauen Kurve zeigen die Overblows an. Hier ist gut zu sehen, dass drei Spitzen genau auf der 4., 5. und 6. Harmonischen liegen. Auch die meisten anderen Spitzen liegen auf den Harmonischen, was zu einer hohen Harmonizität und damit zu einem hohen Gegendruck führt.
Die drei Spitzen des Dur-Dreiklanges haben eine maximale Impedanz von 6 MOhm, was eine geringere Reflexion am Bell-Ende zur Folge hat. Damit wird eine größere Abstrahlung dieser 3 Frequenzanteile erreicht.

Bau:

Salweidenstamm Rohling nach Entrinden

Entrinden des Stammes

Die grobe Außen- und Innenform der Halbschalen ist fertig.


genaues Ausarbeiten der Innenform mit Schablonen

Halbschalen zum Test aufeinander geklemmt


Vermessen der Wandstärke zur Bearbeitung der Außenform

Verleimen der fertigen Halbschalen mit wasserfestem Leim
Anschließend 2 Tage trocknen


Aufleimen des Kokosmundstücks

fertiges Kokosmundstück


Didgeridoo-Bell-Ende

Blick ins Bell-Ende


Die Holzbearbeitung des Didgeridoo ist abgeschlossen.

Das fertig bemalte und lackierte D-Dur Didgeridoo ist 1636mm lang, hat eine Mundstücksöffnung von 28mm und der Bell-Ende Durchmesser beträgt 77mm. Mit einem Gewicht von 2091g gehört es eher zu den leichteren Didgeridoos.

Akustische Überprüfung:

FFT-Analyse eines Tonbeispiels in Wasserfalldarstellung

Erklärung des Klangspektrums eines Tonbeispiels:

Links und in der Mitte sieht man das normale Didgeridoo-Spiel mit dem D-Dur Dreiklang.
Danach folgt der 1. Toot der eine Oktave höher liegt.
Rechts ist das Klopfen mit der flachen Hand auf das Mundstück zu sehen, was die Eigenresonanzen des Instruments verrät.
Insgesamt stimmen Berechnung und Messung sehr gut überein.

Hier ein Klangbeispiel von diesem Instrument gespielt von Jochen Müller:


Kommentar von Frank:

Dieses Projekt von Jörg war natürlich eine gute Gelegenheit meine eigenen Tools zu überprüfen und ggf die Kalibration einiger interner Parameter zu präzisieren. Dies ist immer ein wichtiger Schritt, da die praktische Gebrauchsfähigkeit der CADSD-Tools vor allem von der Übereinstimmung mit den experimentell erhaltenen Ergebnissen der präzise gebauten Instrumente gesichert werden kann.
Hier das Simulationsergebniss mit dem CADSD Didge-Creator:

Und hier der Vergleich einer FFT-Analyse des Grundtones mit dem roten simulierten Klangspektrum:

Da vor allem im höheren Obertonbereich die Simulationen sehr empfindlich auf Verluste durch Grenzflächeneffekte an den inneren Oberflächen und auch die Temperaturgradienten im Instrument während des Spielens reagieren, ist die Übereinstimmung in diesem Bereich immer eine Herausforderung.
Trotzdem ist die erreichte Übereinstimmung zwischen theoretischen Modell und praktischen Ergebnissen der FFT-Analyse beeindruckend und spricht für die mittlerweile sehr ausgereifte Leistungsfähigkeit der verwendeten Tools.


Making-Of   D-Major-Chord Didgeridoo / Jörg Appinger 02.01.2023


Comment from Frank:
It is my pleasure to present the following report on the construction of a special D major didgeridoo. I've known Jörg for a few years now and I'm very grateful to him for the challenging and fruitful discussions about the sound emission of overtones/harmonics from didgeridoos. This creative exchange has always been a valuable challenge for me to deepen the complex matter and further develop my tools. As an experienced specialist in the field of theoretical and practical electrical engineering, Jörg has mastered the complex scientific relationships that can also be applied to acoustics and has programmed powerful tools on his own initiative.


Here is his report from the end of 2021:


In autumn 2020, the desire for a new didgeridoo in the key of D arose. It should be a "light" instrument that is easy to play, has good back pressure and produces many overtones. As a special feature, a D major triad in the sound spectrum was desired. This occurs when the 4th and 5th harmonic of the fundamental (major third) and the 5th and 6th harmonic (minor third) are particularly pronounced. This is achieved by constructing the didgeridoo in such a way that the trumpet tones (overblows) fall exactly on this harmonic. This can be clearly seen in the impedance spectrum, so far the theory.
A trunk of a willow tree was selected as the wood, which was cut in February 2018 during landscape maintenance work in Aidlingen/Dachtel. The trunk was 2.30 m long and had a diameter of approx. 11.5 cm at the lower end. After a dry period of about 3 years, the trunk could be used to build the didgeridoo.

Willow leaves and female catkins after flowering

End pice of the willow trunk


Calculation:
Now that the dimensions of the wooden trunk and also the target parameters of the didgeridoo were known, the calculation of the inner shape began. It took a number of iterative cycles to find a very balanced design that was available to met all requirements.

Impedance spectrum and inner shape of the D major didgeridoo.

The upper peaks of the blue curve indicate the overblow notes. Here it is easy to see that there are lying three peaks exactly on the 4th, 5th and 6th harmonics. Most of the other peaks are also on the harmonics, which leads to high harmonicity and thus to high back pressure.

The three peaks of the major triad have a maximum impedance of 6 MOhm, resulting in less reflection at the bell end. This achieves a greater emission of these 3 frequency components.

Manufacture:

Willow wooden trunk witout bark

Debarking the wooden trunk

The rough outer and inner shape of the half shells is ready.


Precise elaboration of the interior shape with templates

Half shells clamped on top of each other for testing


Measuring the wall thickness to process the outer shape

Gluing the finished half-shells with waterproof glue

then dry for 2 days


Gluing on the coconut mouthpiece

Finished coconut mouthpiece


Didgeridoo Bell End

View into the Bell End


The woodworking of the didgeridoo is complete.

The painted and varnished D major didgeridoo is 1636mm long, has a mouthpiece opening of 28mm and the bell end diameter is 77mm. With a weight of 2091g, it is one of the lighter didgeridoos.

Acoustic check:

Sound spectrum of a sound example in fft waterfall display.

Explanation of the sound spectrum of the sound sample:

On the left and in the middle you can see the normal playing of the didgeridoo with the D major triad.
This is followed by the 1st toot, which is an octave higher.
On the right you can see the tapping of the flat hand on the mouthpiece, which reveals the intrinsic resonances of the instrument.
Overall, calculation and measurement agree well.

Here a sound example of this instrument played by Jochen Müller:


Comment from Frank:

This project by Jörg was of course a good opportunity to check my own tools and, if necessary, to fine-tune the calibration of some internal parameters. This is always an important step, since the practical usability of the CADSD tools can be ensured above all by the agreement with the experimentally obtained results of the precisely built instruments.
Here the simulation result with the CADSD-Didge-Creator:

And here the comparison of an FFT analysis of the fundamental drone with the red simulated sound spectrum:

Since the simulations react very sensitively to losses due to interface effects on the inner surfaces and also to the temperature gradients in the instrument during playing, especially in the higher overtone range, agreement in this area is always a challenge.
Nevertheless, the agreement achieved between the theoretical model and the practical results of the FFT analysis is impressive and speaks for the now very mature performance of the tools used.