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Die Physik der Musikinstrumente

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Belua 07

on 18 September 2015

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Transcript of Die Physik der Musikinstrumente

Die Physik der Musikinstrumente
freie und
erzwungene
sowie
gedämpfte
und ungedämpfte Schwingungen
periodische Zustandsänderungen
Höhe des Klangs hängt von Geschwindigkeit der Schwingung ab
-> je schneller, desto höher
2. Schwingungen
6. Die Mundharmonika
Bestandteile:
Kopf mit Kopfplatte, Wirbel, Sattel und Stimmmechanik
Hals mit Griffbrett und Bundstäbchen
Korpus mit Boden, Zargen und Decke sowie Schallloch mit Steg und Saiten
5. Die Gitarre
Bestandteile:
Holzrohr (Resonator) mit Grifflöchern
pfeifenartiges Mundstück mit Holzblock und scharfer Kante (Labium)
4. Die Blockflöte
Luftstrom trifft auf Labium: Aufteilung
Luftsäule im Inneren wird zum Schwingen angeregt
-> Bildung einer stehenden Welle
-> Klangerzeugung
röhrenförmiger Resonator bestimmt Tonhöhe (Luftsäule)
-> Spieler kann effektive Länge bestimmen

Funktionsweise der Blockflöte
Saite schwingt durch Anzupfen
Je kürzer die schwingende Saitenlänge, desto höher die Tonhöhe
-> Querwelle braucht weniger Zeit
Saite selbst setzt nur wenige Luftteilchen in Bewegung. Deswegen: mechanische Verstärkung durch Klangkörper
-> Die Bewegung der Saite wird darauf übertragen
Funktionsweise der Gitarre
Stimmzungen geraten durch Luftstrom in Schwingung
-> Bernoulli-Effekt
Grundschwingung: transversal-vertikal
Länge der Stimmzunge entscheidet maßgeblich über Tonhöhe
-> je länger, desto tiefer der Ton

Funktionsweise der Mundharmonika
Töne bestehen aus Schwingungen
Tonhöhe wird durch Frequenz bestimmt
-> phys. Ton = Klang
Schallwellen sind nicht einfach da. Sie müssen angeregt werden.
Schallwellen benötigen ein Medium
1. Klang und Schall
9. Praxisteil
10. Quellen
Internet
http://www.blockfloete.de/
http://www.flutepage.de/deutsch/goodies/physik.php
http://www.tonsatz.info/Pauke.pdf
http://www.leifiphysik.de/themenbereiche/akustische-phanomene
http://www.sengpielaudio.com/StehendeWellen.htm
http://www.lisum.berlin-brandenburg.de/sinus/tagung/mat_5401/Blockflte.pdf
http://m.schuelerlexikon.de/phy_abi2011/Schwingende_Saiten_und_Luftsaeulen.htm
http://www.musikzeit.de/instrumente/trompete.php
http://www.sonnentaler.net/fragen/fragenarchiv/wissenschaft/akustik/schall/6.qst
Bilder
http://www.klassik4kids.at/wissen4kids/details/10.jpg
http://www.georgpotthast.de/
http://www.klausrohwer.de/privat/hobbies/muha/muhapubl/muhakunde.htm
http://bunte-noten.de
https://www.music-station.eu/bilder/produkte/studio_49_kp_60_kesselpauke_ohne_schlaegel_hero_500px.jpg
http://www.musikschule-gap.de/
http://www.musikzeit.de/instrumente/trompete.php
http://iwk.mdw.ac.at/userfiles/images/wiener_instrumente/perinetventil.gif
Bestandteile:
Kanzellenkörper mit Aussparungen ("Kamm")
Stimmplatten
Stimmzungen mit versch. Längen
Deckel
Tonerzeugung
durch Ein- und Ausatmen
Tonerzeugung
durch Hineinpusten
Tonerzeugung
durch Anzupfen einer Saite
Schallgeschwindigkeit in Luft (20°C): 343,8 m/s

Schall als Ausbreitung lokaler Druckschwankungen in elastischen Medien

Tonhöhe wird in Frequenz angegeben
Bestandteile:
Mundstück, Mundrohr, Hauptrohr und Schallbecher
Stimmzug, Wasserklappe, Ventile, Ventilknöpfe
7. Die Trompete
Funktionsweise der Trompete
Tonerzeugung
durch die Lippenschwingung bei dem Hineinpusten
System
Aufgabe
Anregungsmechanismus
Schwingungselement

Klangkörper
Energiezufuhr
Bestimmung der grundlegenden Toneigenschaften
Umsetzung in Schallwellen
Eigentliches Medium
Begrenzungen
Schallausbreitung
Reflexion, Absorption, Nachhall
Trommelfell


Innenohr



Nervensystem
Umsetzung in mechanische Schwingungen
Primäre Frequenzselektion, Umsetzung in Nervenimpulse
Verarbeitung, Erkennung, Speicherung, Weiterleitung an andere Gehirnzentren
Quelle
Medium
Empfänger
Gliederung
1. Klang und Schall
2. Schwingungen
3. Resonanz
4. Die Blockflöte
5. Die Gitarre
6. Die Mundharmonika
7. Die Trompete
8. Die Kesselpauke
9. Praxisteil
10. Quellen
Die beteiligten Systeme und ihre Aufgaben
8. Die Kesselpauke
Bestandteile:

Kessel mit Öffnung unten
Paukenfell
Spannvorrichtung
Schlägel
Funktionsweise der Kesselpauke
Membran wird durch Anschlagen in Schwingung versetzt

Kessel fungiert als Luftraumresonator
Tonerzeugung
durch Anschlagen der Membran

3. Resonanz
lat.
resonare
"widerhallen"
Phänomen tritt bei schwingfähigen Systemen auf
Resonanzfall: anwachsende Amplitude
(Erregerfrequenz = Eigenfrequenz)
-> Energieaufnahme und Speicherung
Die Blöckflöte gehört zu den Lippenpfeifen
Die Mundharmonika gehört zu den Zungenpfeifen
Berechnungen zur Blockflöte
Berechne die Frequenz und die Wellenlänge eines Flötentons, bei dessen Entstehung der Abstand l zwischen Labiumschneide und ersten geöffnetem Loch 13 cm beträgt.
Frequenz bei geschlossenen Pfeifen:


f = c/4l

Frequenz bei offenen Pfeifen:

f = c/2l

Schallgeschwindigkeit:


c = 343,8 m/s
Literatur
Benade, A. H.: Blechblasinstrumente. In: Die Physik der Musikinstrumente. Hrsg. von Verständliche Forschung. 2. Auflage. Berlin: Spektrum, Akad. Verlag 1998.

Benade, A. H.: Holzblasinstrumente. In: Die Physik der Musikinstrumente. Hrsg. von Verständliche Forschung. 2. Auflage. Berlin: Spektrum, Akad. Verlag 1998.

Eska, G.: Schall und Klang: wie und was wir hören. Berlin: Birkhäuser Verlag 1997.

Hall, D. E.: Musikalische Akustik. Ein Handbuch. Hrsg. J. Goebbel. Mainz: Schott Musik International 1997.

Roederer, J. G.: Physikalische und psychoakustische Grundlagen der Musik. Berlin: Springer-Verlag 2000.
Lösung
Luftsäule im Rohr wird durch Hineinblasen mit festen Lippen in Schwingung gebracht
-> Wechselwirkung
Lippenschwingung muss mit schwingender Luftsäule genau übereinstimmen -> stehende Welle -> dann erst: Klang
Herunterdrücken der Ventile ermöglicht größere Tonmöglichkeiten
Die Blockflöte zählt zu den
offenen Pfeifen
-> f = c/2l

f = 343,8 m/s / 2·0,13m
f = 1322,3 1/s = 1322,3 Hz
Ton e
c = λ·f ↔ λ = c/f

λ = 343,8 m/s / 1322,3 Hz
λ = 0,26 m
Resonanz beschreibt die resultierende, großamplitudige Schwingung, wenn die Frequenz einer erregenden Kraft sehr ähnlich zu der Eigenfrequenz des Systems ist.
Die Ventile
Mit der Trompete spielbare Naturtöne
3 Ventile zum Absenken der Naturtöne
Luftstrom wird durch Betätigen der Ventile durch Zusatzrohre geleitet: Luftsäule ist länger -> Klang ist tiefer
Vielen Dank für eure Aufmerksamkeit!
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