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Reverse Engineering des Stradivari-Klangs

Digitaler Zwilling von antiken Instrumenten

Reverse Engineering des Stradivari-Klangs

In der Associazione Liutaria Italiana haben sich Geigenbauer, Wissenschaftler und Musiker zusammengeschlossen, um historische Instrumente zu erhalten und um moderne Nachfolger zu entwickeln. Mit Siemens-Software untersuchen die Experten die Klangqualität antiker Streichinstrumente und geben Herstellern Tipps zur Verbesserung ihrer Produktion.

 (Bild: ALI Associazione Liutaria Italiana) [1]

(Bild: ALI Associazione Liutaria Italiana)

Jede einzelne Geige – von einer unbezahlbaren Stradivari bis zur Anfängergeige – hat eine einzigartige Persönlichkeit. Neben feinen Unterschieden im Instrument selbst, wie Form und Gestalt, Lackierung, Alter, Holzarten und Herstellungsverfahren, werden Streichinstrumente auch durch die individuelle Technik des Musikers beeinflusst. Was ist das Geheimnis, um einen herausragenden Klang zu erzeugen? Was macht unbezahlbare Geigen so außergewöhnlich, dass sich Virtuosen danach sehnen, sie zu spielen? Genua, Italien, ist die Heimat von Il Cannone, einer historischen Violine aus dem Jahr 1743, und eines ungewöhnlichen Teams von Klangforschern.

Technik, Praxis und Produktion

Professor Enrico Ravina und der Ingenieur Paolo Sivestri erforschen seit mehr als einem Jahrzehnt die Akustik von Geigen und Streichinstrumenten. Sie verwenden eine Vielzahl von Simulations- und Testwerkzeugen aus dem Siemens Simcenter-Portfolio, um die Daten hinter dem Klang zu untersuchen. Um die Herstellungsprozesse besser zu verstehen, kamen Geigenbaumeister Pio Montanari und Pier Domenico Sommati, zweiter Sologeiger der Oper von Genua, ins Team. Sie sind keine Forscher, aber Montanari und Sommati bringen wichtige Erfahrungen und fundiertes Fachwissen ein, um diese Arbeiten voranzubringen. Obwohl Sommati normalerweise eine Violine aus dem Jahr 1781 von Vincenzo Carcassi aus Florenz spielt, nimmt er für den Testlauf sehr gerne ein neues Modell von Montanari in die Hand. Mit einem kundenspezifischen Sound-Array, auf dem Simcenter-Scadas-Hardware läuft, sammelte Sivestri akustische Daten von Montanaris handgefertigter Geige sowie historische Daten seiner Violine aus dem Jahr 1781.

Simulationsgestützt sollen sich ungelöste Fragen zu den Herstellungsverfahren alter Instrumente beantworten lassen. (Bild: Siemens AG) [2]

Simulationsgestützt sollen sich ungelöste Fragen zu den Herstellungsverfahren alter Instrumente beantworten lassen. (Bild: Siemens AG)

Geheimnis ergründen

„Das Ziel unseres Projekts besteht nicht unbedingt darin, klassische Geigen zu reproduzieren, sondern vielmehr darin, die Geheimnisse hinter einer bestimmten akustischen Darbietung zu ergründen“, sagt Ravina, ordentlicher Professor an der Polytechnischen Schule der Universität Genua und Mitglied des Regierungsrats der Associazione Liutaria Italiana (ALI – Italienischer Verband der Saiteninstrumentenbauer). „Das kann beispielsweise das Holz sein, die Art der Herstellung und Reparatur, die über die Jahrhunderte angesammelten Lackschichten oder Aufbewahrungs- und Spielweise.“

Digitaler Zwilling von antiken Instrumenten

Reverse Engineering des Stradivari-Klangs

Mit den Siemens-Lösungen Simcenter Testlab und Simcenter Scadas Hardware wollen die Experten verstehen, welche Geheimnisse dem außergewöhnlichen Klang alter Geigen zugrunde liegen. (Bild: Siemens AG) [3]

Mit den Siemens-Lösungen Simcenter Testlab und Simcenter Scadas Hardware wollen die Experten verstehen, welche Geheimnisse dem außergewöhnlichen Klang alter Geigen zugrunde liegen. (Bild: Siemens AG)

Zehn Jahre Daten analysiert

Seit mehr als einem Jahrzehnt haben die Experten Daten aus Modellanalysen gesammelt. Das Ziel ist es, die Daten der klassichen Instrumente dazu zu nutzen, die Produktion moderner Instrumente zu verbessern. Die gesammelten Daten wurden dann mit Simcenter Testlab analysiert. Zehn Jahre nach Projektbeginn gehen die Wissenschaftler neue Wege von der Modellanalyse hin zum kompletten digitalen Zwilling. Das jüngste digitale Abbild ist das Modell der Montanari-Geige, das in der CAD-Software NX erstellt wurde und in der 3D-Simulationssoftware Simcenter weiter untersucht wird, um die Auswirkungen der verschiedenen akustischen Datensätze zu untersuchen. Möglicherweise könnten so digitale Zwillinge unbezahlbarer historischer Geigen für Forschungszwecke erstellt werden. „Mit Simcenter 3D können wir sehr schnell die Bedeutung eines Testaufbaus überprüfen und weitere akustische Möglichkeiten, an die wir in einem traditionellen Aufbau nicht gedacht hätten, untersuchen“, erklärt Ravina. Die Lösung samt Hardware ist dabei portabel und der Testaufbau damit an beliebigen Orten möglich.

Zehn Jahre nach Projektbeginn bietet der Ansatz des digitalen Zwillings den Wissenschaftlern neue Möglichkeiten. (Bild: Siemens AG) [4]

Zehn Jahre nach Projektbeginn bietet der Ansatz des digitalen Zwillings den Wissenschaftlern neue Möglichkeiten. (Bild: Siemens AG)

Impulse für die Branche

„Unsere Forschung ist deshalb so wichtig, weil ein Geigenbauer ganz spezifische Informationen benötigt, die oft nicht verfügbar sind“, fasst Ravina zusammen. „Das ist der Grund, warum gerade tragbares Equipment von Bedeutung ist. Die Lösungen sind einfache Werkzeuge, mit denen der Instrumentenbauer schnell Aufschluss über Fragestellungen während des Herstellungsprozesses bekommt.“ Sowohl Professor Ravina als auch Montanari weisen darauf hin, dass die digitale Reise für den alten Beruf des Geigenbauers erst anfängt. Beide Experten sind sich sicher, dass sich die Forschungsarbeit sowohl auf die traditionellen handgefertigten Modelle als auch auf die massenproduzierten Streichinstrumente auswirken wird.

Das digitale Abeiner klassischen Montanari-Geige in Simcenter. (Bild: ALI Associazione Liutaria Italiana) [5]

Das digitale Abeiner klassischen Montanari-Geige in Simcenter. (Bild: ALI Associazione Liutaria Italiana)