Membranophon
Membranophon (lateinisch-griechisches Kunstwort, „Fellklinger“) bezeichnet ein Musikinstrument, das zur Klangerzeugung eine Membran besitzt. Diese Membran kann eine gespannte Tierhaut sein, auch Pergament, eine Plastikfolie, Papier oder ähnliches. Damit die Membran klingt, muss sie zum Schwingen gebracht werden. Das geschieht üblicherweise durch Anschlagen wie bei der Schlagtrommel. Daneben gibt es Reibetrommeln, deren Membran mit einem Gegenstand gestrichen wird, und in Indien als Ektara bekannten Zupftrommeln. Beim Kazoo und Mirliton wird die Membran durch Anblasen in Schwingung versetzt. Alle Arten von Trommeln zählen zu den Membranophonen.
Je nach Konstruktion des Membranophon entsteht beim Anschlagen ein Klang mit einem deutlich hörbaren Grundton oder auch ein eher diffuses Gemisch verschiedenster Frequenzen. Zu den tonal gut wahrnehmbaren Instrumenten zählen die Pauke, das Boo-bam und die Tabla. Boo-bam und Tabla Tarang können wegen ihrer vielen Einzelinstrumente zur Melodiebildung eingesetzt werden.
Physik
Die physikalischen Grundlagen der Klangentstehung bei Membranophonen sind durchaus bekannt. Im konkreten Falle ist es aber äußerst schwer, die einzelnen physikalischen Effekte so zu beschreiben, dass man damit den Anteil an der Klangformung beschreiben könnte. Zumindest gibt es einige Gemeinsamkeiten zwischen dem Verhalten von elektrodynamischen Lautsprechern und Membranophonen.
Der Einfachheit halber wird im folgenden das Wort Trommel verwendet, die Erklärungen gelten aber für alle Typen von Membranophonen.
Der Kessel hat - wie das Gehäuse beim Lautsprecher - einen bedeutenden Einfluss auf das Klangverhalten der Membran, in beiden Fällen jedoch keine aktive Funktion. Selbst wenn der Kessel mitschwingt, also Schall abstrahlt, ist dies so erheblich leiser, dass er als Schallquelle gegenüber dem Schlagfell zumeist nicht wahrnehmbar ist. Der Kessel funktioniert aus physikalischer Sicht als Dämpfungsglied, also „klangformend“. Überwiegend werden Frequenzen gedämpft, indem die Bewegungsenergie zum Teil auf den Kessel übergeht. Einige Frequenzen werden durch Resonanz zwischen dem Membran-Luftvolumen-System und dem Kessel verstärkt.
Die Aufhängung der Membran macht den wesentlichen Unterschied zwischen Lautsprechern und Membranophonen aus. Während der Lautsprecherkonus durch eine Sicke zentriert wird und ansonsten frei schwingen kann, wird die Trommel-Membran fest auf den Rand des Kessels gespannt. Durch diese Aufhängung entstehen verschiedenste Schwingungen der Membran, radiale, partiale sowie konzentrische. Sie sind - im Gegensatz zum Lautsprecher - bei Trommelfellen durchaus erwünscht da sie zur Klangformung beitragen. Bei Schlagzeugfellen nimmt man Einfluss auf diese Schwingungseigenschaften - und damit auf das Obertonspektrum - durch verschiedene Dicken des Materials, Beschichtungen, doppellagige Konstruktionen sowie durch zusätzlich aufgeklebte Dämpfungsringe oder -punkte.
Membranophone lassen sich in vier Kategorien einteilen:
- ohne Kessel (Beispiel Roto-Tom, näherungsweise das Tamburin)
- mit offenem Kessel (Beispiel „Concert-Tom“, Octoban)
- mit geschlossenem Kessel (Beispiel Pauke)
- mit offenem Kessel, aber unten verschlossen durch ein Resonanzfell (Beispiel: Trommeln am Schlagzeug)
Der Klang einer Trommel ohne oder mit offenem Kessel wird bestimmt durch den akustischen Kurzschluss. Je größer der Kessel ist, desto voller klingt die Trommel. Diese Trommelvariante mit einem einzigen Fell hat mangels Interferenzen auch einen definierten Grundton.
Die Trommel mit geschlossenem Kessel hat ebenfalls einen relativ klaren Grundton, der Kessel benötigt aber ein großes Volumen, um ein ordentliches Klangvolumen zu erreichen. Die geschlossene Trommel verhält sich physikalisch ähnlich wie eine geschlossene Lautsprecher-Box.
Die Trommel mit Resonanzfell nutzt im Grunde ähnliche physikalische Effekte wie die Bassreflex-Box, hier wird durch Resonanz ein tiefer Grundton verstärkt, der Kessel kann dennoch relativ klein bleiben. Das in der Trommel eingeschlossene Luftvolumen wirkt physikalisch als Masse-Feder-Element. Der akustische Kurzschluss ist auch hier wirksam, vergleichbar dem Verhalten einer Bassreflex-Box werden Frequenzen unterhalb der Resonanzfrequenz stark bedämpft.
Eine aufwendige Analyse des Schwingungsverhaltens von Membranen wurde am Beispiel der Pauke durchgeführt.
