Biotech-Stradivari auf Tournee

Biotech-Stradivari auf Tournee

Seit Jahrhunderten sind Geigenbauer auf der Suche nach dem perfekten Klang. Aber auch HolzforscherInnen der Empa eifern der Stradivari nach. In Zusammenarbeit mit einem Geigenbauatelier infizieren sie Holz mit ausgewählten Pilzen mit dem Ziel, die akustischen Eigenschaften des Materials zu verbessern. Eine solche mit Pilzen behandelte «Biotech-Geige» tritt nun den Blindtest gegen eine Stradivari an. 

Stradivari-Geigen aus dem achtzehnten Jahrhundert verzaubern Musikkenner weltweit mit ihrem einzigartigen Klang. Zahllose Hypothesen versuchen zu erklären, warum diese Instrumente so einzigartig tönen: Verwendete Stradivari geheimnisvolle Lackrezepturen, Grundierungen oder Mineralstoffe? Eine andere Theorie vermutet, dass die besonderen Klimabedingungen der «goldenen Ära» Stradivaris (1644 bis 1737)  der Grund seien. Während des so genannten Maunder-Minimums, einer aussergewöhnlichen Kälteperiode von 1645 bis 1715, liessen lange Winter und kühle Sommer die Bäume langsam und gleichmässig wachsen. Holz aus dieser Zeit weist deswegen spezielle Materialeigenschaften auf, unter anderem eine herausragende Klangqualität. Die HolzforscherInnen der Empa haben nun gemeinsam mit Martin Schleske, Geigenbaumeister und Physiker in München, erforscht, wie sich mit Hilfe holzzersetzender Pilze ähnliche akustische Materialeigenschaften erzielen lassen. 

Materialwissenschaften für den Instrumentenbau
Die Qualität von Klangholz wird massgeblich durch seine physikalischen Eigenschaften bestimmt. Sehr gut geeignet ist Holz mit geringer Dichte, hoher Schallgeschwindigkeit und hoher Biegesteifigkeit. Denn dadurch verbessern sich die Resonanzeigenschaften des Musikinstruments und die Klangabstrahlung steigt. Hier liegt der grosse Vorteil von Holz gegenüber anderen Materialien wie zum Beispiel Metall. Die Schallgeschwindigkeit liegt für Fichtenholz zwischen 4800 m/s und 6200 m/s und die Dichte schwankt zwischen 320 kg/m3 und 420 kg/m3. Im Vergleich dazu weist Stahl zwar eine ähnlich hohe Schallgeschwindigkeit auf, doch die Dichte von über 7000 kg/m3 ist extrem hoch.
Holz für den Geigenbau muss daher hohe Qualitätskriterien erfüllen. Es muss astfrei und leicht sein und es muss gleichmässige, helle Jahrringe haben. Ausgewählte Bäume aus den Hochlagen der Südalpen erfüllen diese Kriterien. Vor allem aber das Holz aus der Zeit des Maunder-Minimums hat wegen des verlangsamten Baumwachstums eine äussert geringe Dichte und schmale Jahrringe. Exzellente Voraussetzungen für hochwertiges Klangholz.

Verpilztes Holz für Meistergeigen
Das aussergewöhnliche Klima des Maunder-Minimus lässt sich nicht zurückbringen. Die ForscherInnen der Empa haben jedoch einen Alternative entdeckt: Holzzersetzende Pilze. Diese knabbern an den Zellwänden und vermindern dadurch die Holzdichte – eine wichtige Voraussetzung für hohe Klangqualität. Die meisten Pilzarten reduzieren allerdings gleichzeitig Schallgeschwindigkeit und Biegesteifigkeit des Materials – ein unerwünschter Nebeneffekt.

Das Geheimnis liegt deshalb darin, diejenige Pilzart zu finden, welche zwar die Dichte des befallenen Holzes vermindert, nicht aber die Ausbreitung von Schallwellen behindert oder die feste Holzstruktur zerstört. Mit einem solchen Pilz liesse sich gezielt hochwertiges Holz – ähnlich dem der Stradivari-Geigen – herstellen. Über Monate züchteten die HolzforscherInnen deswegen verschiedene Pilzarten, infizierten damit  kleine, sterilisierte Holzbrettchen und lagerten die pilzbehandelten Proben in Klimakammern unter kontrollierten, feuchtwarmen Bedingungen. Die Pilze wucherten, bizarre Fruchtkörper wuchsen auf der Oberfläche der Proben und Pilzfäden durchdrangen das Holzinnere. Einige Brettchen wurden nach vier Wochen, andere nach acht oder zwölf Wochen aus den Klimakammern geholt, von Pilzresten befreit und gründlich analysiert; Die ForscherInnen vermassen Gewichtsverlust, Schallgeschwindigkeit, Biegesteifigkeit, Eigenfrequenzen und andere physikalischen Materialeigenschaften in den Labors der Empa.

Die Suche nach dem Meisterpilz war erfolgreich

Empa-Forscher Francis Schwarze hat nun einen Pilz gefunden, der ganz bestimmte Strukturen im Holz abbaut. Damit kann er Holz «herstellen», das dann ähnliche Eigenschaften wie jenes einer Stradivari-Geige erhält. Der Schweizer Geigenbauer Michel Rhonheimer hat aus solchem «Pilzholz» eine «Biotech-Geige» geschaffen, die im Klang einem Instrument des italienschen Geigenbaumeisters ein gutes Stück näher gekommen ist.

Blindtest gegen "echte" Stradivari

Zum Auftakt der 27. Osnabrücker Baumpflegetage (1-2. September 2009) wird der britische Starviolonist Matthew Trusler als Weltpremiere zum Geigenblindversuch antreten. Matthew Trusler besitzt eine 2 Mio. Dollar teure Stradivari aus dem Jahr 1711, die in Osnabrück gegen eine «Biotech-Geige» antreten wird. Die Klangeigenschaften der beiden Instrumente werden von einer Fachjury und den TagungsteilnehmerInnen miteinander verglichen und beurteilt.

Prof. Dr. Francis W.M.R. Schwarze und Dr. Mark Schubert von der Abteilung «Holz» der Empa sowie Geigenbauer Michel Rhonheimer werden an der Tagung von ihrer Arbeit berichten und die biotechnologischen Verfahren zur Verbesserung von Holzeigenschaften (Bioincising) erklären.

Weitere Informationen
27. Osnabrücker Baumpflegetage: 1. und 2. September 2009, Stadthalle Osnabrück. Thema «Biotechnik» und Geigenblindversuch mit Matthew Trusler: 1. September, 9.00 bis 12.45 Uhr. Anmeldung: www.baumpflegetage.de

Auskünfte zur «Biotech-Geige»: Francis W.M.R. Schwarze, Empa, Abteilung «Holz», Tel. +41 71 274 72 47, E-mail: francis.schwarze at empa.ch

 
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