Jedes Cello ist ein unikat und beginnt mit der Auswahl des holzes
Ein edles Cello besteht im Wesentlichen aus drei Holzarten
Bergfichte (Picea abies var. abies): Decke, Eck-, Ober-, Unterklotz, Reifchen, Baßbalken, Stimmstock
Berg-Ahorn (Acer pseudoplatanus): Zargen, Boden, Hals, Schnecke, Steg, Adern (innere Schicht)
Ebenholz (Diospyros spp.): Wirbel, Griffbrett, Saitenhalter, Ober-, Untersattel, Adern (äußere Schichten)
Alternativ werden für die Eck-, Ober-, Unterklötze, Reifchen und innere Schicht der Adern auch
Schwarz-Pappel (Populus nigra) oder Weide (Salix spp.) verwendet.
Bergfichte (Picea abies var. abies), Haselfichte
Fichte eignet sich in besonderer Weise für Herstellung der Decke. Angaben zu den physikalischen Eigenschaften variieren stark. Üblicherweise hat Fichtenholz eine mittlere Rohdichte von 0,46 g/cm3 (12% Feuchtegehalt, FG), wobei eine Dichte von ca. 0,39-0,41 g/cm3 zu bevorzugen ist.
Zug-, Druck- und Biegefestigkeiten werden mit 95, 45 und 80 N/mm2 angegeben (LWF Wissen 80). Neben optisch-ästhetischen Aspekten hat die Verteilung des Spät- und Frühholzes einen wesentlichen Einfluß auf die Schwingungseigenschaften. Der Abstand zwischen den Spätholzanteilen sollte beim Cello i.d.R. nicht viel mehr als 4 mm betragen und möglichst gleichmäßig sowie parallel verlaufend sein. Beim Vergleich alter Cremoneser qualitativ ähnlicher Celli sind jedoch sehr große Unterschiede zu beobachten. Die physiklischen Parameter wie Feuchtigkeit, Dichte und Leitungsgeschwindgkeit lassen sich objektiv messen, letztendlich entscheidend bei der Wahl des optimalen Klangholzes ist der individuelle Klangeindruck beim Beklopfen.
Berg-Ahorn (Acer pseudoplatanus), Riegelahorn, Vogelaugenahorn (Wuchsform des Zucker-Ahorns, Acer saccharum)
Der Berg-Ahorn ist das bevorzugte Klangholz für die Zargen und den Boden und wird gerne auch in der besonderen, vermutlich genetisch bedingten, aber seltenen (bis zu ca. 7%) Riegelwuchsform (Riegelahorn) verwendet (Quambusch et al., 2021). Gelegentlich wird auf Grund seines besonderen Aussehens für den Boden auch Vogelaugenahorn (eine fehlwüchsige Form des Zucker-Ahorns) als Schwartenschnitt eingesetzt (Bragg & Stokke, 1994). Außerdem dient Berg-Ahorn zur Herstellung des Halses mit Schnecke. Auch beim Ahorn variieren die physikalischen Eigenschaften erheblich. Berg-Ahorn hat eine Dichte (g/cm3) von 0,51-0,64 (getrocknet), 0,52-0,73 (12% Feuchtegehalt) und 1,00-1,16 (Rohholz) (Tomislav et al., 2017). Die Druckfestigkeiten (N/mm2) liegen in den Bereichen 37,4-52,8 (längs), 9,4-19,8 (radial) und 7,4-14,4 (tangential). Die Biegefestigkeit beträgt 69,0-110 N/mm2. Die Brinellhärten (N/mm2) werden mit 41,5-61,7 (0° Faserwinkel) und 21,8-43,4 (90° Faserwinkel) angegeben.
Ebenholz (Diospyros spp.)
Die besonders stark beanspruchten Teile des Cellos (Wirbel, Sattel, Griffbrett, Saitenhalter) werden üblicherweise aus Ebenholz gefertigt. Da einige Ebenholzarten durch das Artenschutzabkommen CITES geschützt sind (siehe dazu BfN), werden manche Teile inzwischen auch aus Kunststoff (Wirbel, Saitenhalter) oder alternativen Materialien (z.b. Ebonprex) gefertigt. Ebenholz hat eine sehr hohe Dichte von 1,1-1,3 g/cm3 (Grünholz) und 1,1-1,2 g/cm3 (12% Feuchtegehalt). Die Druckfestigkeit wird mit durchschnittlich 76 N/mm2 und die Biegefestigkeit mit 158 N/mm2 angegeben (Liu et al., 2020).
Zu den grundlegenden Eigenschaften des Holzes gehören unter anderem der Gehalt an Hemicellulose, Cellulose und Lignin, das spezifische Gewicht (Trocknungsgrad), das Verhältnis zwischen Früh- und Spätholz, die relative Feuchtigkeit und die sich aus diesen Komponenten ergebende Biege-, Zug- und Druckfestigkeit. Hemicellulose und Cellulose gehören zu den Polysacchariden, während es sich bei Lignin um ein phenolisches Makromolekül handelt.
Hemicellulose und Cellulose
Hemicellulosen und Cellulose sind Polysaccharide und Teil der pflanzlichen Zellwand (Scheller und Ulskov, 2010). Hemicellulosen tragen vor allem durch ihre Vernetzung mit Cellulose und bei einigen Zellwänden auch mit Lignin wesentlich zur Verstärkung der Zellwand bei. Hemicellulosen und Cellulose können durch alkalische Behandlung (z.b. NaOH, KOH, NH3) hydrolysiert werden (Alvarez-Vasco und Zhang, 2013; Knill und Kennedy, 2003). Neuere Untersuchungen haben gezeigt, dass die akustischen Eigenschaften von Klanghölzern erheblich durch eine Hitze- (250°C, 1h) in Verbindung mit einer Pilzbehandlung, z.b. mit dem Gemeinen Spaltblättling (Schizophyllum commune), verbessert werden können (Nefdt und Meincken, 2024). Durch diese Behandlung wird der Anteil an Hemicellulose reduziert ohne dabei einen stärkeren Abbau der Cellulose zu bewirken. Dies führt zu einer Verringerung der Dichte bei gleichzeitigem Erhalt der Elastizität (MOEL) und damit zur Steigerung des akustisch wichtigen Abstrahlungsverhältnisses (R).
Lignin
Lignin ist ein komplexes dreidimensionales, aus sehr heterogenen phenolischen Monomeren (Monolignole) bestehendes, Biopolymer (Ralph et al., 2019). Während der Verholzung (Lignifizierung) kommt es zur Polymerisation der Monolignole und Einlagerung in die Zellwand. Lignin trägt wesentlich zur Stabilität und Druckfestigkeit des Klangholzes bei.
Literatur
Alvarez-Vasco C, Zhang X. Alkaline hydrogen peroxide pretreatment of softwood: Hemicellulose degradation pathways. Bioresource Technology. 2013; 150:321-327. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2013.10.020.
Bragg DC, Stokke DD. Field identification of birdseye in sugar maple (Acer saccharum Marsh.). Research Paper NC-317. 1994; St. Paul, MN: U.S. Dept. of Agriculture, Forest Service, North Central Forest Experiment Station
Gurău L, Timar MC, Coșereanu C, Cosnita M, Stanciu MD. Aging of Wood for Musical Instruments: Analysis of Changes in Color, Surface Morphology, Chemical, and Physical-Acoustical Properties during UV and Thermal Exposure. Polymers (Basel). 2023;15:1794. doi: 10.3390/polym15071794. PMID: 37050408; PMCID: PMC10097407.
Knill CJ, Kennedy JF. Degradation of cellulose under alkaline conditions. Carbohydrate Polymers. 2003;51:281-300. https://doi.org/10.1016/S0144-8617(02)00183-2
Kučerová V, Hrčka R, Hýrošová T. Relation of Chemical Composition and Colour of Spruce Wood. Polymers. 2022; 14(23):5333. https://doi.org/10.3390/polym14235333
Latif A, Shuhaida H, Mohd Shaiful S, Masturah M, Jahim JM. Ammonia-based pretreatment for ligno-cellulosic biomass conversion – an overview. Journal of Engineering Science and Technology. 2018;13:1595-1620.
Liu M, Peng L, Lyu S, Lyu J. Properties of common tropical hardwoods for fretboard of string instruments. Journal of Wood Science. 2020; 66, 14. https://doi.org/10.1186/s10086-020-01862-7
LWF Wissen 80. Beiträge zur Fichte. Bayerische Landesanstalt für Wald und Forstwirtschaft. 2017, Bosch-Druck GmbH, Ergolding, ISSN 2198-106X
Nefdt K, Meincken M. Modifying the radiation ratio of tonewoods through wood degradation. Wood Material Science & Engineering. 2024;1–8. https://doi.org/10.1080/17480272.2024.2376858
Quambusch M, Bäucker C, Haag V, Meier-Dinkel A, Liesebach A. Growth performance and wood structure of wavy grain sycamore maple (Acer pseudoplatanus L.) in a progeny trial. Annals of Forest Science. 2021; 78, 15. https://doi.org/10.1007/s13595-021-01035-6
Ralph J, Lapierre C, Boerjan W. Lignin structure and its engineering. Curr Opin Biotechnol. 2019 Apr;56:240-249. doi: 10.1016/j.copbio.2019.02.019. Epub 2019 Mar 25. PMID: 30921563.
Scheller HV, Ulvskov P. Hemicelluloses. Annu Rev Plant Biol. 2010;61:263-89. doi: 10.1146/annurev-arplant-042809-112315. PMID: 20192742.
Tomislav S, Bogoslav S, Srdan S, Tomislav S. Wood Quality Characterization of Sycamore Maple (Acer pseudoplatanus L.) and its Utilization in Wood Products Industries. Croatian Journal of Forest Engineering. 2017; 42(3):543. https://doi.org/10.5552/crojfe.2021.1099