Beobachtungen:

Blechblasinstrument - Teil 5

Materialsammlung zu Physik und Technik
   der Musikinstrumente und anderen Schallquellen

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A Übersicht
   A0 Schall überall
   A1 Ergebnisse, Tenorhorn, Frequenzen
   A2 Tonhöhen und Klänge

0. Frequenzanalyse als Werkzeug
   0.0 Akustische Rohre
     0.0.1 Stehende Wellen auf einem Gummiseil - analog zu stehenden Wellen im Rohr
     0.0.2 Schwingende Saite
     0.0.3 Zahnrad
     0.0.4 Akustische Rohre für Musikunterricht
     0.0.5 Akustische Rohre für Physik-Anfängerpraktikum, Xylophon
      0.0.6   Klarinette
      0.0.6a Blockflöte
      0.0.6b Querflöte
     0.0.7 Stimmung, Dämpfung, Einschwingen
     0.0.8  Einschwingvorgang beim Akustischen Rohr
   0.1 Zugposaune auf das Mundstück geklatscht
   0.2 Zugposaune geblasen, tiefster Ton

1. weitere Instrumente
   1.1  Tenorhorn, Anregung mit Klatschen
   1.2  Trompete mit Plastikschlauch, Anregung mit Klatschen

2.  Form und Frequenzspektrum der Harmonischen
   2.1 Tenorhorn geblasen
      2.1a Messung vom 17.3.2020
      2.1b Wiederholung am 18.03.2020
   2.2 Trompete mit Plastikschlauch geblasen
   2.3. Tenorhorn, Frequenzdurchlauf (Sweep)

3. Sonstige Blechblasinstrumente

4. Löcher, Klappen und Ventile
  4.1 Gutes oder schlechtes Zusammenspiel von Schwingungserzeuger und Resonator
  4.2 Helmholtz-Resonatoren
  4.3 Frequenz und Wellenlänge bei vier Oktaven, wohltemperierte Stimmung
  4.4 Verkürzung des Akustischen Resonators
  4.5 Holzblasinstrumente, Aufbau, Mechanik
     4.5a Blockflöte
     4.5b Querflöte
     4.5c Oboe
     4.5d Klarinette
     4.5e Saxophon
     4.5d Fagott
  4.6 Verlängerung des akustischen Resonators

5. Historische Meßgeräte  zur Akustik

6. zwei- und dreidimesionale Klangerzeuger
  6.1 Membranen
  6.2 Glocken
  6.3 Klangstab


7. Menschliche Stimme
   7.1 Obertongesang
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5. Historische Meßgeräte  zur Akustik

Wie bestimmt man die Frequenz eines Tones?
Wie synthetisiert man dessen Klang?

Bei einer Scheibe mit Löchern (Sirene), durch die Luft geblasen wird, läßt sich über Anzahl der Löcher und Drehzahl ein Ton mit einstellbarer Frequenz erzeugen.
Mit Hilfe eines Getriebes (hat exaktes Teilungsverhältnis!) kann man die Drehzahl soweit herunter setzen, bis man deren Größe mit einer Stopuhr messen kann.
Bohrt man in die Scheibe mehrere Reihen von Löchern, dann läßt sich auch das Zusammenwirken von mehreren Frequenzen  (z. B. Grundton und Obertöne) studieren.

Abb. 05-00: Sirene mit Zählwerk, die schrägen Bohrlöcher (Fig. 4) wirken wie die Schaufelpaare bei einer Turbine und treiben die drehende Scheibe an . sämmtliche Löcher dieser Sirene gleichzeitig angeblasen werden, so erhält man einen viel stärkeren Ton als bei der Sirene von Seebeck. H. v. Helmholtz  Die Lehre von den Tonempfindungen 1865  -   Seite 23

Abb. 05-01: Auf einer gemeinsamen Welle: zwei vielstimmige Sirenen nach Helmholtz Die Luft wird von oben bzw. unten über die Schlauchstutzen zugeführt. Sie treibt die Scheiben an, da die Löcher schräge gebohrt sind. (Rückstoß) Mit der kleinen Kurbel oben rechts läßt sie die obere Sirene verdrehten, so daß man die Phase der Lochreihen beider Sirenen gegeneinander verändern kann.  Interferenz des Schalls. H. v. Helmholtz  Die Lehre von den Tonempfindungen 1865  -   Seite 255 (Pisko)  Fr. Jos. Pisko, Die neuen Apparate der Akustik, Carl Gerolds Sohn, Wien, 1865,

Abb. 05-02: mehrstimmige Sirene nach Dove, mit der Schnecke und dem rechten Zahnrad wird die Drehzahl heruntergeteilt, so daß man sie besser messen kann. Das linke Zahnrad erzeugt bei jeder Umdrehung ein Knack-Geräusch. Die Luft wird von unten zugeführt. (Pisko 1865)

Abb. 05-03: mehrstimmige Sirene nach Dove, Klappen zum Aktivieren der einzelnen Lochreihen. Die Bohrungen sind schräge, damit erzeugt die austretende Luft einen Rückstoß und treibt die Scheibe an.  (Pisko 1865)

ABb. 05-04: Zwei mehrstimmige Sirenen auf einer gemeinsamen Welle mit Umdrehungszähler und elektrischem Kontakt zum Aktivieren einer elektrischen Stopuhr. Die Luft wir von rechts über das Rohr auf beide Sirenen ergeben. Der Rückstoß der aus den Lochreihen austretenden Luft treibt die Scheiben an. Für die Versorgung mit Luft hätte man einen Blasebalg wie bei einer Orgel (konstanter Druck) verwenden können. Synchron mit dem Einkuppeln des Zählwerks auf die Welle wird auch der Schaltkontakt geschlossen. Sofern der Luftdruck und damit die Drehzahl während der Messung konstant bleibt, läßt sich aus Laufzeit und Anzahl der Umdrehungen die Frequenz der erzeugten Töne exakt bestimmen. Die obere Sirene läßt sich mit einer kleinen Kurbel links oben gegen die untere verdrehen. Damit verändert man die Phase zwischen den Tönen von oben und von unten. Zum Studium von Interferenzen  (FB)

Abb. 05-05: Zählwerk mit zwei Zeigern bei unterschiedlicher Untersetzung (FB)

Abb. 05-06: Blick auf die Lochreihen und die Ventile für die Luftzufuhr Die Scheiben haben 8, 10, 12 und 18 Löcher. Die Löcher sind schräge gebohrt. (FB)

Abb. 05-07: Sirene mit 16 Zahnreihen, angetrieben mit einer Riemenübersetzung (Motor, Fußbetrieb?), es gibt zwei Reihen mit jeweils 8 Düsen, aus denen die Luft auf die Zähne trifft. Die untere Reihe kann man etwas absenken und damit die Phase der Töne von dieser Reihe verändern. Dieser "große Vokalapparat" nach König diente vermutlich zum Studium von Lauten der menschlichen Stimme. 1882,  (Leybold-Katalog)

Abb. 05-08: Kombination zweier rechtwinkliger Schwingungsrichtungen von zwei Stimmgabeln, erzeugt Lissajou-Figuren. Links eine elektrische Bogenlampe. An den Stimmgabeln ist jeweils ein kleiner Spiegel befestigt, der den Lichtstrahl umlenkt.  (Vorläufer eines Oszillographen) Kann zum exakten Vergleich von zwei Stimmgabeln genutzt werden. Schon eine kleinste Verstimmung ergibt wandernde Figuren. Die Frequenzen müssen nicht gleich sein, sie können sich auch um ein rationales Verhältnis unterscheiden.   (2/3,  5/4 usw.) Die Feinabstimmung einer Stimmgabel geschieht durch Verschiebung von Zusatzmassen. (Pisko 1865)

Abb. 05-08a: Stimmgabel, einstellbar über Zusatzmassen.  Satz Stimmgabeln für die Glockenprüfung (FB)

Abb. 05-09: Registrierung der Schwingung einer Stimmgabel auf einer berußten Walze, Zeitmessung über Zusatzmarken durch den Elektromagneten. So läßt sich die Form der Schwingung aufzeichnen. Vibrograph nach König, Bei jeder Umdrehung verschiebt sich die Walze in axialer Richtung etwas. (Pisko 1865)

Abb. 05-10: Umgekehrte Aufgabenstellung: Schwingung als Zeitgeber, Registrierung der Bewegung des kleinen  Fahrzeuges im Vordergrund mit Hife einer Stimmgabel. Die feine Spitze an der Stimmgabe hinterläßt Spuren auf der Rußplatte. (Leybold-Katalog)

Abb. 05-11: Elektrisch angeregte Stimmgabel, Frequenzgenerator Der Strom durch den Elektromagneten von zwei dünnen Platindrähten an den Zinken geschaltet. Diese tauchen in kleine Gefäße mit Quecksilber ein und schließen bzw. unterbrechen den Strom mit der Resonanzfrequenz der Stimmgabel.  (wie bei einer elektrischen Haustürklingel) H. v. Helmholtz  Die Lehre von den Tonempfindungen 1865  -   Seite 186

Abb. 05-12: Gerät zur Bestimmung von Klangfarben. Rechts neben der elektrisch angeregten schwingenden Stimmgabel (Frequenzgenerator) befindet sich ein Hohlraumresonator, dessen Öffnung über einen Seilzug verändert werden kann. H. v. Helmholtz  Die Lehre von den Tonempfindungen 1865  -   Seite 184

Abb. 05-13:  Hohlraum-Resonator H. v. Helmholtz  Die Lehre von den Tonempfindungen 1865  -   Seite 109

Abb. 05-14:   Fotos dazu in kapitel-04 Abb. 04-05a:   so schmettert dieser mit gewaltiger Stärke in das Ohr hinein. H. v. Helmholtz  Die Lehre von den Tonempfindungen 1865  -   Seite 74

Abb. 05-15: Radiometer für Schall, mißt den Schalldruck (FB)

Abb. 05-16: Radiometer, an einem dünnen Torsionsfaden hängt ein Drehpendel rechts eine runde Scheibe, die dem Schall ausgesetzt wird und links ein Gegengewicht. Mit einem Lichtzeiger (kleiner Spiegel an der Drehachse) läßt sich jede Auslenkung empfindlich verfolgen. (FB)

Abb. 05-17: Orgelpfeifen, einstellbare Frequenz (Leybold-Katalog)

Abb. 05-18:   Frequenzgenerator mit Stimmgabeln, die elektrisch angeregt werden.  Stimmgabel-Klavier mit Selbstunterbrecher (Pisko 1865)

Abb. 05-19:   Stimmgabel, die elektrisch angeregt wird. (FB)

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Literatur:  b-literatur.htm

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www.biosensor-physik.de

(c)  17.03.2020 -   01.04.2020 F.Balck