Ein historisch wichtiges Instrument zur Erzeugung und Untersuchung der Töne einer Tonleiter ist die Lochsirene. Eine Lochsirene ist eine Kreisscheibe mit konzentrisch angeordneten Löchern. In den einzelnen Reihen befinden sich 24, 27, 30, 32, 36, 40, 45 und 48 Löcher in gleichen Abständen. Demonstrationsexperiment: Lochsirene 58.1 E2 Man braucht: Eine Lochsirene, einen Motor, ein Blasrohr Die Lochsirene wird an der Achse des Motors befestigt, dabei ist es wichtig, dass die Lochsirene gut befestigt ist. Der Motor sollte dann die Kreisscheibe mit konstanter Winkelgeschwindigkeit drehen. Anschließend bläst man vorsichtig die Lochreihen der Reihe nach mit Hilfe des Blasrohrs an. Stellt zuerst gemeinsam in der Klasse eine Vermutung auf, was passieren wird, wenn man die Winkelgeschwindigkeit ändert. Überprüft dies anschließend mit dem Experiment und beschreibt eure Beobachtungen. Findet eine Erklärung und überprüft diese. Versucht, eine einfache Melodie zu erzeugen. Wenn du die Lochreihen der Reihe nach anbläst, hörst du die Dur-Tonleiter, und zwar unabhängig von der Drehgeschwindigkeit! Offensichtlich werden die Intervalle zwischen den Tönen durch konstant gebliebene Frequenzverhältnisse festgelegt. Das Intervall zweier Töne wird durch das Frequenzverhältnis der beiden Schallwellen bestimmt. Der Kammerton A (entspricht a1) wurde mit 440 Hz festgelegt. Damit können den einzelnen Tönen Frequenzen zugeordnet werden. Die Tabelle gibt am Beispiel der C-Dur-Tonleiter einen kurzen Überblick. Ton c d e f g a h c Frequenz in Hertz 264 297 330 352 396 440 495 528 Relatives Frequenzverhältnis 1 9/8 5/4 4/3 3/2 5/3 15/8 2 Intervall bezüglich des Grundtones c Prim Sekund Terz Quart Quint Sext Septim Oktav Die Bezeichnung Oktave für das Frequenzverhältnis 1 : 2 wird auch in anderen Gebieten der Physik und Technik verwendet. Die Tonhöhe ist also durch die Frequenz, die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde, gegeben. Eine Fliege beispielsweise erzeugt beim Fliegen den Ton f. Sie führt daher 352 Flügelschläge pro Sekunde aus. Eine Biene dagegen erzeugt beim Fliegen den Ton a oder – wenn sie mit Pollen beladen ist – den Ton e (58.2). Sie macht somit 440 bzw. 330 Flügelschläge pro Sekunde. Bioakustik Es gibt zahlreiche Möglichkeiten, wie Tiere miteinander kommunizieren. Neben den optischen Möglichkeiten ist auch bei Tieren der Schall ein wesentliches Mittel der Verständigung. Mit den akustischen Erscheinungen im Tierreich beschäftigt sich die Bioakustik. Die Aufzeichnung von Tierstimmen in einem Frequenz-Zeit Diagramm ermöglicht eine objektive und quantitative Wiedergabe von Tierstimmen, auch im Ultra- und Infraschallbereich. 58.3 zeigt eine Momentaufnahme aus einem derartigen Diagramm. Untersuche, überlege, forsche: Tierstimmen 58.1 Viele Tiere produzieren Schall. S1 a) Recherchiere, wie Vögel oder Frösche Schall erzeugen. Referiere über deine Ergebnisse. E3 b) Nimm mit einem Smartphone den Gesang eines Vogels auf und schau dir das Klangbild an. Was lässt sich über Frequenz, Lautstärke und Muster der einzelnen Tierstimmen sagen? Vergleiche mit den anderen Ergebnissen in der Klasse. W4 c) Besprich die Ergebnisse im Biologieunterricht. Finde die „merkwürdigsten“ Tierlaute und stelle dazu ein Quiz zusammen. 58.1 Tonerzeugung mit der Lochsirene. Wie viele Löcher müsste die Sirene haben, um eine C-Dur-Tonleiter zu erzeugen? Intervall bedeutet Abstand. In der Musik ist ein Intervall der Abstand zwischen zwei Tönen. Der Kammerton dient dazu, die Instrumente einer Gruppe von Musikerinnen und Musikern gleich hoch zu stimmen. 58.2 Voll beladene Biene 58.3 Zirpen einer Heuschrecke, Momentaufnahme eines längeren Geräusches (x-Achse: Frequenzen, y-Achse: relative Amplitude der einzelnen Frequenzen). Das Bild wurde mit der PhyPhox-App aufgenommen. 58 Wellen 2 Mechanische Wellen Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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