Physik und Kunst ("Chladnische Klangfiguren")

Ein Tongenerator überträgt Sinus-Töne mit variabler Frequenz über einen Lautsprecher auf ein quadratisches Eisenblech. Bei ganz bestimmten Frequenzen entstehen auf der Platte zweidimensionale stehende Wellen, welche mit Streusalz angezeigt werden können:



Elektrische Erregung einer Saite in Grund- und Oberwellen

Ein Elektromagnet (rechts im Bild) wird von einem Tongenerator mit dem ganzen Tonspektrum angesteuert. Die Saite kommt nur in der Grundschwingung und in den Obertönen in Resonanz. Nur diese speziellen Frequenzen induzieren im andern Elektromagneten (links im Bild) eine entsprechende Wechselspannung, die über einen Verstärker mit Lautsprecher gehört werden können. Die Filterwirkung ist sehr scharf (Modell eines mechanischen Filters).




Modellversuch dazu:

Oberschwingungen (stehende Wellen):

Ein Lautsprecher wird mit Wechselstrom von 50 Hz betrieben. Eine angeklebte Schnur zeigt u. a. folgende Bilder:






Luftsäule in Resonanz 1

Durch verschieden starkes Eintauchen des Rohres in Wasser kann die Länge der Luftsäule im Rohr verändert werden. Bei bestimmten Längen gerät die Luftsäule angeregt duch die Stimmgabelschwingung in Resonanz. So ertönen die Grundschwingung und die erste Oberschwingung viel lauter. Die Oberschwingung (1. Oktave) kann so sehr schön herausfiltriert werden.



Luftsäule in Resonanz 2

Anstatt die Länge der Luftsäule zu ändern, kann man die Höhe des Tones variieren (Lautsprecher an Tongenerator). So können auch Eigenresonanzen von Zylinderkörpern ermittelt werden.


Wirkung einer "Schallwand"

Eine kleine und sehr leise Musikdrehorgel wird - auf eine geeigente "Schallwand" (Tischplatte, Holzkistchen usw.) gedrückt - viel lauter hörbar.


Genaues Richtungshören

Der Richtungshörer besteht aus zwei Schalltrichtern, die an einem langen Stab, der sogenannten Basis, befestigt sind. Die Basis ist auf einem Stativ installiert und kann gedreht werden. An den Trichtern sind Schallrohre bzw. Schallschläuche angeschlossen, die mit dem menschlichen Ohr verbunden werden.

Die Funktionsweise beruht auf der sehr genauen Wahrnehmung der sogenannten Mittenschwelle. Trifft eine Schallwelle nicht exakt zeitgleich an beiden Ohren auf, kann die menschliche Wahrnehmung feststellen, dass ein Gangunterschied besteht. Einen Unterschied einer tausendstel Sekunde kann der Mensch noch wahrnehmen! Die Genauigkeit wird mit zunehmendem Abstand der Ohren natürlich grösser. Um die Richtung einer Schallquelle zu ermitteln, dreht man die Basis, bis diese Mittenwahrnehmung eintritt. Das wurde zum Beispiel für Flugzeuge oder Nebelhörner der Schifffahrt gemacht. Bei Flugzeugerfassung wird dies in horizontaler und vertikaler Richtung getrennt gemacht, was dann mit je zwei Schalltrichtern auf zwei Basis-Trägern geschah:

Das Bild zeigt ein (historisches!) militärisches Horchgerät der Fliegerabwehr:




Ein solches Gerät kann als Versuch sehr einfach mit einer Holzlatte, zwei Trichtern und Gummischlauch (Verbindung Trichter - Ohren) aufgebaut werden



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