Zupfe an den Saiten. Wie ändert sich der Ton, wenn du den Hebel drehst oder den Holzsteg verschiebst?
WORUM GEHT ES?
Ihr könnt zwei gespannte Saiten unterschiedlicher Dicke anzupfen, ihr könnt die Saiten jeweils mit einem blauen Hebel zusätzlich spannen oder ihr könnt die Längen der schwingenden Saiten verändern, indem ihr den Steg auf dem Resonanzkasten verschiebt. All dieses verändert den Ton.
WESHALB IST DAS SO?
Wie entstehen eigentlich die unterschiedlichen Töne bei Saiteninstrumenten? An dieser Station könnt ihr das nachvollziehen. Denn je nachdem, wie ihr den Holzsteg verschiebt oder die Hebel dreht, ändert sich der Ton, der beim Zupfen der Saiten erklingt.
Zuerst werdet ihr feststellen, dass der zu hörende Ton umso lauter erklingt, je stärker ihr die Saite anzupft. Das liegt daran, dass sie dann mit einer größeren seitlichen Auslenkung (Amplitude) schwingt, die wiederum der Lautstärke des Tons entspricht.
Dann werdet ihr merken, dass die dickere Saite bei gleicher Spannung einen tieferen Ton erzeugt.
Mit den beiden blauen Hebeln könnt ihr die beiden Saiten zusätzlich stärker spannen. Erhöht ihr die Spannung, erhöht sich auch die Tonhöhe des Lauts, der durch Anzupfen der Saite erklingt.
Mit Verschieben des Stegs verändert ihr die Saitenlänge, die schwingen kann. Dann ist der Abstand zwischen dem Steg und dem Endpunkt der Saite gleich der Saitenlänge. Auf dem Steg selbst liegt die Saite fest auf, sie kann sich dort nicht bewegen.
Zwischen Steg und Endpunkt entsteht nach Anzupfen der Saite eine stehende Welle. Das bedeutet, dass zwischen dem Anfangs- und Endpunkt der Saite eine Welle mit so genannten Bäuchen (maximale Auslenkung des Saite) und Knoten (in diesem Punkt bewegt sich die Saite nicht) entsteht. Sie heißt stehend, weil ihr räumliches Wellenbild nicht wandert. Diese stehende Welle verursacht den zu hörenden Klang.
Die Tonhöhe verändert sich mit der Schwingungszahl pro Sekunde (Frequenz) der Saite. Wird die Frequenz höher, erscheint auch der zu hörende Ton höher. Die Tonhöhe kann durch Drehen der Hebel oder durch Verändern der Saitenlänge beeinflusst werden. Diese Änderung des Tons durch Verkürzen der Saite wird auch bei Saiteninstrumenten wie der Gitarre oder der Geige benutzt. Hier wird die Saite durch Auflegen eines Fingers verkürzt. Mit Änderung der Saitenspannung werden diese Instrumente gestimmt.
Mensch
Das Monochord wird dem antiken Philosophen und Mathematiker Pythagoras von Samos zugeschrieben. In seiner ursprünglichen Form hatte es nur eine Saite. Hier wurden zwei angebracht, damit ein direkter Vergleich von Tönen möglich ist.
Alltagsbezug
Musikinstrumente: Alle Saiteninstrument haben mindestens eine Saite. Der Klang wird dadurch erzeugt, dass eine oder mehrere Saiten zum Schwingen angeregt werden und über einen Resonanzkörper diese Schwingung als Klang zu Gehör bringen. Die Anregung kann durch Anschlagen, Zupfen, Streichen usw. erzeugt werden. Um diese Instrumente zu stimmen wird praktisch immer die Saite entsprechend gespannt, z.B. mit einem Wirbel wie bei der Gittarre oder beim Klavier. Die verschiedenen Töne erzeugt man entweder, indem man die Saiten verkürzt, mit einem Griffbrett bei Geige oder Gitarre oder verschieden lange und dicke Saiten anregt, wie beim Klavier oder bei der Harfe. Das Monochord ist also die Grundlage aller Saiteninstrumente.
Technik
Alle Körper können zum Schwingen angeregt werden. Diese Schwingung kann man überprüfen, wenn man dagegen klopft. Den Klang, den man dann hört, ist die Eigenschwingung des Körpers. Natürlich gibt es Gegenstände, die praktisch keinen Ton von sich geben, Watte zum Beispiel. Dort ist die Dämpfung so groß, dass keine vollständige Welle entstehen kann. Deren Energie wird in Wärme umgesetzt. Solche Materialien nimmt man zum Beispiel zur Schalldämmung.
Aber selbst Gebäude schwingen. Wenn bei einem Kirchturm, auch wenn er massiv gebaut ist, die Schwingungen der Glocken mit der Eigenschwingung des Turmes übereinstimmen, dann treten im Laufe der Jahrzehnte Risse im Turm auf. Bei den ersten Windkraftanlagen kam es zu Brüchen in den Masten, weil die Schwingungsbeanspruchung unterschätzt wurde.