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Physik · P1 · Akustik

Monochord und Pfeife

Ein Monochord ist ein Holzkasten mit einer einzigen Saite (griechisch: mono = eins, chorde = Saite). Ein Steg lässt sich verschieben, so ändert man die Länge des Teils, der schwingt. Bei einer Pfeife schwingt dagegen die Luft im Rohr. Hier stellst du Saite und Pfeife ein, siehst die Frequenz und hörst den Ton.

So gehst du vor

  1. 1Lies den Kasten „Schütze dein Gehör!“ und stelle das Gerät leise.
  2. 2Tippe auf „Saite zupfen“. Der Ton geht nach 15 Sekunden von selbst aus.
  3. 3Ziehe den Steg (Punkt am Kasten) oder ändere Spannkraft und Saite. Achte auf Ton und Frequenz.
  4. 4Weiter unten: Pfeife anblasen, Länge ändern, Ende offen oder gedeckt.

Monochord: die schwingende Saite

Frequenz
164 Hz
Ganze Saite
164 Hz

Die ganze Saite schwingt. Ihr Ton ist der Grundton. Verschiebe den Steg nach links.

Echte Saiten schwingen viel zu schnell zum Zusehen. Das Bild läuft deshalb in Zeitlupe, und der Ausschlag ist stark vergrößert. Der Teil rechts vom Steg ist gedämpft und schwingt nicht mit.

Schütze dein Gehör!
  • Kein Kopfhörer auf voller Lautstärke.
  • Stelle das Gerät zuerst leise und mache es nur langsam lauter.
  • Tut ein Ton weh oder ist er unangenehm: sofort auf „Stopp“ tippen.

Lautstärke

30 %

Länge L (Steg)

100 cm

Spannkraft F

60 N

Saite

Stahl, 0,3 mm dick: 1 m Saite wiegt 0,55 g.

Tablet- und Laptoplautsprecher geben tiefe Töne nur schwach wieder. Sehr tiefe Töne klingen dort leiser, als sie sollten.

Pfeife: die schwingende Luftsäule

Frequenz
340 Hz
Länge
50 cm

Bei der offenen Pfeife schwingt die Luft an beiden Enden am stärksten hin und her. In der Mitte ruht sie.

Vereinfachtes Bild: Die Punkte stehen für die Luft, ihre Bewegung ist stark vergrößert und verlangsamt.

Ende der Pfeife

Länge L der Luftsäule

50 cm

Die Lautstärke stellst du oben beim Monochord ein. Panflöten sind gedeckte Pfeifen, Blockflöten und Orgelpfeifen gibt es offen und gedeckt.

So rechnet die Seite (für Neugierige)

Saite
f = 12 · L · √Fμ
f = 12 · 1,00 m · √60 N0,000555 kgm ≈ 164 Hz

μ ist die Masse von 1 m Saite. Kürzer (L klein), straffer (F groß) oder dünner (μ klein): Die Frequenz wird größer.

Pfeife
offen: f = v2 · L, gedeckt: f = v4 · L
f = 340 ms2 · 0,50 m ≈ 340 Hz

v ≈ 340 ms ist die Schallgeschwindigkeit in Luft. Eine gedeckte Pfeife klingt eine Oktave tiefer als eine offene gleicher Länge.

Aufträge

  1. Ändere immer nur eine Einstellung der Saite und höre. Vervollständige: „Je kürzer die Saite, desto …“, „Je dünner die Saite, desto …“, „Je straffer die Saite gespannt ist, desto …“
  2. Schalte „Ganze Saite klingt mit“ ein und setze den Steg auf „Oktave“, danach auf „Quinte“. Lies beide Frequenzen ab. Wie viel mal so groß ist die Frequenz der kurzen Saite?
  3. Pfeife: Vervollständige „Je länger die Luftsäule, desto …“. Stelle dann eine Länge ein und vergleiche offen mit gedeckt.
  4. Eine Panflöte besteht aus gedeckten Pfeifen. Wie lang muss das Rohr für den Ton 440 Hz ungefähr sein? Probiere es aus. Wie lang wäre eine offene Pfeife mit demselben Ton?