Chladnische Klangfiguren

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



Das Video zu obigem Versuch (Lautsprecher einschalten!):

Der Tongenerator im Hintergrund zeigt die Schwingungszahl in Hertz [Hz].


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Grund- und Oberwellen einer Saite:


Bilder: Ein Lautsprecher wird mit Wechselstrom von 50 Hz betrieben. Eine angeklebte Schnur zeigt schön die Schwingungsbilder.

Im folgenden Video (Quelle: ETH Zürich) wird die Saite statt mit einem Lautsprecher mit einem Hufeisenmagneten in Schwingung versetzt: Eine ('magnetisierbare') Saite verläuft zwischen seinen Polen. Die Saite wird von einem 50 Hz-Wechselstrom durchflossen und gerät so durch die (variable) Lorentz-Kraft in Schwingung. So können Grund- und Oberschwingungen ebenfalls, je nach mechanischer Spannung, gezeigt werden:


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Ein mechanisches Filter

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




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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