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1.1 Wie entsteht ein Ton?

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1.1
S
Wie entsteht ein Ton?
Aufgabe
Das Experiment besteht aus 3 Teilexperimenten.
Probiere mit einem Lineal, mit Stimmgabeln oder mit einer gespannten Saite, Töne zu erzeugen.
Untersuche, wovon jeweils die Tonhöhe und die Lautstärke abhängen.
Material
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Lineal, l = 200 mm
Stimmgabel 440 Hz
Stimmgabel 880 Hz
Anschlaghammer, Gummi
Rahmentrommel, d = 20 mm
Monochord für Schülerversuche
Aufbewahrungskasten, 413 mm x 240 mm x 100 mm
09937-01
03424-00
03421-00
03429-00
13289-11
13289-15
47325-02
Aufbau und Durchführung
Experiment mit Lineal
Lege das Lineal auf den Tisch, so dass 10 cm über die Kante ragen. Drücke es möglichst nah an
der Tischkante mit einer Hand fest auf den Tisch (Abb. 1).
Abb. 1: Das Lineal wird mit dem Finger gebogen.
-
-
Biege das überstehende Ende des Lineals mit dem Finger kurz herunter und lasse es los.
Drücke das überstehende Ende unterschiedlich weit nach unten (das heißt, du veränderst die Auslenkung) und vergleiche, wie laut die Töne sind.
Wiederhole das Experiment bei einer überstehenden Länge von 5 cm und 15 cm. Vergleiche die Lineallängen und die Töne miteinander.
www.phywe.com
P6010000
PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved
1
S
Wie entsteht ein Ton?
1.1
Experiment mit Stimmgabeln
Abb. 2: Die 440-Hz-Stimmgabel wird mit dem Anschlaghammer angeschlagen.
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-
-
Abb. 3: Die 440-Hz-Stimmgabel wird auf die Rahmentrommel gesetzt.
Schlage die 440-Hz-Stimmgabel mit Hilfe des Anschlaghammers an (Abb. 2) und setze sie auf die
Rahmentrommel (Abb. 3) oder auf einen Tisch.
Schlage die Stimmgabel verschieden stark an, setze sie jeweils auf die Trommel und berühre sie mit
den Fingern an den Spitzen. Notiere deine Beobachtungen (unter Beobachtungen und Ergebnisse,
4.).
Schlage die 880-Hz-Stimmgabel an, setze sie auf die Trommel und vergleiche den Ton mit dem der
440-Hz-Stimmgabel.
Sieh dir beide Stimmgabeln genau an und beschreibe (unter Beobachtungen und Ergebnisse, 6.),
was dir auffällt.
Experiment mit Monochord
-
Nimm den Geräteeinsatz aus dem Aufbewahrungskasten.
Stelle den Kasten mit der offenen Seite nach unten auf den Tisch und lege die Nylonschlaufe um
seine Längsseite.
Abb. 4: Das fertig aufgebaute Monochord
2
Abb. 5: Das Monochord mit Holzklotz wird angezupft.
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1.1
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-
Wie entsteht ein Ton?
S
Schiebe zuerst die Platte mit der Skala unter die Schnur und dann die Metallecken (Abb.4).
Das Monochord ist nun fertig. Die Nylonschnur ist seine Saite.
Setze den Holzklotz unter die Saite und schiebe ihn zur Position 25 cm.
Zupfe die Saite in der Nähe des Holzklotzes vorsichtig an (Abb. 5).
Zupfe die Saite etwas stärker an. Beobachte die Bewegung der Saite. Achte auf den Ton.
Wiederhole das Experiment, wenn der Klotz in Position 20 cm und 15 cm steht. Beobachte, wie sich
der Ton bei unterschiedlichen Saitenlängen verändert.
Beobachtungen und Ergebnisse
Experiment mit Lineal
1. Was siehst und hörst du?
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2.
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Veränderung der Auslenkung: (zum Beispiel: Je ... , desto ... .)
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3.
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Veränderung der Lineallänge: (zum Beispiel: Je ... , desto ... .)
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Experiment mit Stimmgabeln
4. Vergleich der Töne beim unterschiedlichen Anschlagen:
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5.
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Vergleich der Töne der beiden Stimmgabeln:
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6.
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Andere Unterschiede zwischen den Stimmgabeln:
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3
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Wie entsteht ein Ton?
1.1
Experiment mit Monochord
7. Unterschiedlich starkes Zupfen der Saite:
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8.
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Veränderung der Saitenlänge:
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Auswertung
1. Beschreibe die Gemeinsamkeiten der drei Teilexperimente bei der Tonentstehung und der Lautstärke.
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2.
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Wovon hängt die Höhe des erzeugten Tons ab? Formuliere aus den drei Teilexperimenten eine allgemeine Aussage.
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1.1
Schallerzeugung
L
(Wie entsteht ein Ton?)
Töne entstehen durch Schwingungen. Lautstärke wird von ihrer relativen Amplitude und die Tonhöhe
von ihrer Frequenz beeinflusst. Dieser Zusammenhang wird an drei Beispielen untersucht:
Schwingendes Lineal
Stimmgabel und
Saite eines Monochords
Hinweise zur Durchführung
Die Tonerzeugung mit dem Lineal an der Tischkante funktioniert bezüglich Tonhöhe und Lautstärke am
besten, wenn das Lineal mit der zweiten Hand direkt an der Tischkante gut festgehalten wird.
Beim Monochord ist darauf zu achten, dass die Schüler die Saite nicht mit der zweiten Hand berühren
und belasten. Dadurch würde die Saite noch weiter gespannt und die Tonhöhe verändert. Dieser Effekt
hat zwar durchaus eine wichtige Anwendung, z.B. beim Stimmen von Instrumenten, er ist aber in diesem
Experiment unerwünscht, da er das Ergebnis verfälscht.
Beobachtungen und Ergebnisse
Experiment mit Lineal
1. Der überstehende Teil des Lineals schwingt. Man hört einen schnarrenden Ton.
2. Je stärker das Ende nach unten gebogen wird, desto lauter ist der Ton.
3. Je kürzer der überstehende Teil des Lineals ist, desto höher ist der Ton.
Experiment mit Stimmgabeln
4. Beim stärkeren Anschlagen ist der Ton der Stimmgabel lauter. Beim Berühren der Stimmgabel an
den Spitzen kann man dort spüren, dass sie sich bewegt. Eventuell ist beim Berühren sogar ein
Summen zu hören.
5. Der Ton der 880-Hz-Stimmgabel ist höher als der Ton der 440-Hz-Stimmgabel. Wenn man ein gutes
Gehör hat, kann man hören, dass der Unterschied zwischen den Tönen gerade eine Oktave beträgt.
6. Die Schenkel (das heißt, der obere, gegabelte Teil) der beiden Stimmgabeln sind unterschiedlich
lang, während der Stiel in beiden Fällen die gleiche Länge hat. Die Schenkel der 440-HzStimmgabel sind länger als die Schenkel der 880-Hz-Stimmgabel.
Experiment mit Monochord
7. Wenn die Saite stärker mit dem Finger ausgelenkt wird, dann wird der Ton lauter. Bei der 25 cm
langen Saite lässt sich dann die Auslenkung kurzzeitig über der ganzen Länge der Saite beobachten.
8. Durch das Verschieben des Klotzes wird die Länge der schwingenden Saite verkürzt. Je kürzer die
Saitenlänge ist, desto höher ist der Ton.
Auswertung
1. Tonentstehung und Lautstärke
Bei Lineal, Stimmgabel und Monochord wird jeweils ein Teil durch Auslenkung zu Schwingungen
angeregt. Beim Lineal ist es das überstehende Stück des Lineals, beim Monochord die Saite und
bei der Stimmgabel ihre Schenkel
Lineal und Monochordsaite können mit der Hand verschieden stark ausgelenkt werden, um verschiedene Lautstärken zu erzeugen. Die Stimmgabel muss mit dem Anschlaghammer kräftig angeschlagen werden, um Schwingungen zu erzeugen.
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L
2.
Schallerzeugung
1.1
Tonhöhe
Die Tonhöhe ist bei Lineal, Stimmgabel und Monochordsaite von der Länge des schwingenden Teils
abhängig. Je kürzer der überstehende Teil des Lineals, die Stimmgabel oder die Saite ist, desto höher ist der Ton.
Ein kurzes Ende schwingt schneller als ein langes Ende. Das lässt sich vor allem beim Lineal gut
beobachten.
Hinweis
Durch das Aufsetzen eines Fingers außerhalb des Metallsteges wird der Ton höher, da sich die Saitenspannung erhöht. Lässt man den Finger dabei ein bisschen schwingen, so entsteht ein Ton, dessen
Tonhöhe sich kontinuierlich ändert. Bei elektrischen Gitarren wird dieser Effekt mit Hilfe eines Wimmerhebels (Tremolo) erzeugt.
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Seele and Geist
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