Gut lackierte Geigen spielen länger

Ein Geigenbauer lackiert die Aussenseite einer Geige, um das Holz widerstandsfähiger gegen Abnutzung, Schmutz und Umgebungsluft zu machen. Eine solche Lackierung setzt sich zusammen aus verschiedenen Vorbehandlungen und dem eigentlichen Lack, die nacheinander aufgetragen werden. Üblicherweise bestehen die Überzugslacke aus Naturharzen, gelöst in Öl oder Spiritus.

Forschende am Paul Scherrer Institut PSI, an der ETH Zürich und an der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Empa haben untersucht, wie unterschiedliche Geigenlacksysteme die Feuchtigkeitsaufnahme des Holzes beeinflussen. Sie nutzten die Neutronenquelle SINQ am PSI, um sowohl von lackierten als auch von unlackierten Holzproben Durchleuchtungsbilder anzufertigen. «Nur eine komplette Lackierung aus Vorbehandlung und Lack ist wirklich effektiv», fasst Sarah Lämmlein von der Empa, Erstautorin der Studie, die Ergebnisse zusammen. Das Holz nimmt dann nur halb so viel Wasser aus der Luft auf wie eine unbehandelte Probe.

Aufnehmen und Abgeben von Feuchtigkeit kann eine Geige stark schädigen: Quellen und Schwinden des Holzes führen zu Verformungen oder Rissen. Auch verändert Holzfeuchte die Klangeigenschaften des Instruments.

Wasser sichtbar gemacht

Für ihre Studie behandelten die Forschenden fünf Zentimeter lange Stücke von Geigenholz mit sieben Kombinationen verschiedener Vorbehandlungsmittel und Überzugslacke. Die meisten Geigenlacke sind Geheimrezepturen – bei der Wahl der Mittel beraten wurde Sarah Lämmlein daher von der Zürcher Geigenbaumeisterin Ulrike Dederer. Vorbehandlungsmittel dringen in das Holz ein, während sich der öl- oder alkoholhaltige Lack bis zu 70 Mikrometer dick auf die Oberfläche des Holzes legt, etwa so dick wie die Breite eines menschlichen Haars.

Nach dem Trocknen setzten die Forschenden die Holzproben in einer Klimakammer abwechselnd einer Luftfeuchtigkeit von 95 und 35 Prozent aus. Während die Proben in der Kammer Wasser aufnahmen und dann wieder abgaben, durchleuchteten die Forschenden sie an der SINQ mit Neutronen. Diese ladungsfreien Teilchen werden an Wasserstoffatomen, wie sie auch in Wasser vorkommen, von ihrer geraden Bahn abgelenkt.

«Weil die Neutronen so empfindlich für Wasserstoff sind, konnten wir im Bereich eines zehntel Millimeters sehen, wo das Holz wie schnell wie viel Wasser aufnimmt oder abgibt», erklärt David Mannes vom PSI. Das Besondere an der Bildgebung mit Neutronen ist, dass sie zerstörungsfrei funktioniert; man kann also Gegenstände im Ganzen untersuchen, ohne dass sie durch die Untersuchung Schaden nehmen. So lassen sich dynamische Prozesse in einer Probe beobachten und quantifizieren. Die Methode wird weltweit nur an wenigen weiteren Forschungsinstituten durchgeführt und ist in der Schweiz nur am PSI möglich.

Holzproben, die nur mit Vorbehandlungsmitteln, aber nicht mit Überzugslack versehen waren, sollten eine stark abgenutzte Geige simulieren, bei der sich die oberen Schichten des Lacks bereits abgerieben haben. Das geschieht mit der Zeit an besonders beanspruchten Stellen, etwa am Geigenboden, den ein Geigenspieler gegen seine Schulter drückt. Die entsprechenden Proben nahmen recht schnell grosse Mengen Wasser auf, da sie mehr oder weniger schutzlos der Luft ausgesetzt waren. «Es kann sich also lohnen, die Lackierung an diesen abgenutzten Stellen nachzubessern», sagt David Mannes. Nimmt das Holz an verschiedenen Stellen unterschiedlich viel Feuchte auf, ist das besonders schädlich, da es dann zu Spannungen innerhalb des Holzes kommt, was Risse stark begünstigt. 

Jeder Transport einer Geige, zum Beispiel in Konzertsäle, setzt das Instrument wechselnder Luftfeuchtigkeit aus. Nicht nur aus der Luft kommt Feuchtigkeit ins Geigenholz. Der Lack schützt das Instrument auch gegen den Schweiss des Geigenspielers. Sowohl öl- als auch alkoholbasierte Lacke boten vergleichbar guten Schutz gegen Feuchtigkeit.

Gedämpfte Schwingung

Übertreiben sollte man es in puncto Lackierung allerdings nicht. Das schlussfolgern die Forschenden nach einer Schwingungsmodalanalyse. Die Messungen zeigen, dass mehr und dickere Lackschichten das Schwingungsverhalten der Holzproben verändern. «Jedes Material schwingt anders, und Lack dämpft die Schwingung besonders stark», erklärt Sarah Lämmlein. Die Eigenfrequenzen von Holzplatten verschieben sich dadurch insgesamt und werden stark abgedämpft. Eine lackierte Geige klingt demnach anders als eine unlackierte.

«Man muss einen Mittelweg finden und die Lackierung auf ein Minimum beschränken», sagt Lämmlein. Traditionell wird nur das Äussere der Geige mehrschichtig lackiert, nicht aber die innenliegende Oberfläche des Resonanzkörpers. Die Analysen der Forschenden bestätigen, dass diese Herangehensweise nach wie vor die Methode der Wahl ist. Die innere Oberfläche ist schliesslich weniger direkt der Luft und vor allem dem Schweiss des Geigenspielers ausgesetzt.

Dass sich der Klang einer Geige durch das Lackieren verändern kann, bedeutet im Übrigen auch, dass der Geigenbauer diese Veränderungen schon bei der Herstellung berücksichtigen sollte, damit das Instrument am Ende auch so klingt wie gewollt.

Die Untersuchungsergebnisse wurden veröffentlicht im Fachblatt Scientific Reports.

Text: Paul Scherrer Institut/Brigitte Osterath