Experiment & Erklärung für Eltern

Wie erzeugen Saiten und Klangkörper Musik?

Baue bis zu sechs Saiten auf einen Klangkörper. Stimme dein Instrument und komponiere damit dein eigenes Erkennungssignal.

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In dieser Werkstatt kannst du selbst bauen

Eine gezupfte Saite schwingt mit einer Grundfrequenz und Obertönen. Länge, Spannung und Masse pro Länge legen die Tonhöhe fest. Der Klangkörper nimmt Schwingungen auf und strahlt sie unterschiedlich stark ab. Dadurch verändern sich Klangfarbe, Lautstärke und Ausklingen, auch wenn die Saite gleich gestimmt bleibt.

Zupfe deine Saiten im Bild. Setze weitere Tonbausteine ein und tippe deine Töne in die acht Schritte.

Vier Forschungsaufträge

1 · Ton treffen

Stimme eine Saite auf 220 Hz; erlaubt sind 218 bis 222 Hz.

Spiele die ausgewählte Saite und lies ihre Grundfrequenz ab. Den Zielton findest du unter „Genauer einstellen“.
Verändere nur Länge oder Spannung und spiele erneut. Kürzer oder straffer ergibt einen höheren Ton.
Triff 218 bis 222 Hz. Versuche es danach mit einer anderen Saitendicke.

Die Grundfrequenz bestimmt die Tonhöhe. Kürzere oder stärker gespannte Saiten schwingen schneller; dickere Saiten desselben Materials langsamer.

2 · Klangkörper

Behalte dieselbe Saite und denselben Anschlag; ändere nur den Klangkörper.

Spiele die ausgewählte Saite. Warte auf das Ergebnis und drücke „Merken A“.
Tausche nur den Klangkörper oder ändere ein Körperbauteil. Saite, Auswahl, Zupfort und Zupfstärke bleiben gleich.
Spiele dieselbe Saite erneut. Höre A und B im Ergebnis direkt nacheinander.

Der Klangkörper verstärkt verschiedene Teiltöne unterschiedlich. Dadurch ändern sich Klangfarbe und Ausklingen, während die Grundfrequenz der Saite gleich bleibt.

3 · Dein Instrument

Baue mindestens drei verschiedene Töne und spiele alle Saiten an.

Setze mindestens zwei weitere Tonbausteine mit anderen Tönen ein.
Stimme die Saiten einzeln und ergänze einen Klangkörper. Erfinde eine Tonfolge in den acht Schritten.
Nutze „Instrument anspielen“ oder eine Tonfolge, die jede Saite enthält.

Jede Saite hat ihre eigene Grundfrequenz. Unterschiedliche Längen, Spannungen oder Materialien lassen dich verschiedene Töne bauen. Die Tonfolge spielt genau deine gebauten Saiten.

4 · Zupfort

Vergleiche dieselbe Saite am Zupfort 0,25 und in der Mitte bei 0,50.

Spiele mit Zupfort 0,25 und drücke nach dem Ergebnis „Merken A“.
Ändere nur den Zupfort unter „Genauer einstellen → Saite & Klangkörper verfeinern“ auf 0,50.
Spiele dieselbe Saite erneut. Vergleiche den zweiten Teilton und höre A und B.

Die Saite schwingt gleichzeitig in mehreren Formen. Beim Zupfen genau in der Mitte wird der zweite Teilton kaum angeregt. Die Grundfrequenz bleibt gleich.

Selbst bauen und testen

Die Messwerte verstehen

Grundfrequenz · Hz

Wie oft die Saite pro Sekunde schwingt. Ein höherer Wert ergibt einen höheren Ton.

Obertöne

Zusätzliche Schwingungen oberhalb des Grundtons. Ihr Verhältnis prägt die Klangfarbe.

Klangstärke

Eine relative Modellgröße für die Schwingungsstärke. Sie ist keine Messung der Lautstärke an deinem Ohr.

Schritt & Tempo

Ein Schritt ist ein Ton oder eine Pause deiner Folge. Das Tempo sagt, wie viele Schritte pro Minute gespielt werden.

So beginnt euer Kind

Spielt eine Saite und verändert direkt ihre Länge oder Spannung. Hört nach jeder Änderung erneut hin. Baut anschließend drei verschiedene Töne und daraus ein eigenes Signal mit Pausen. Speichert einen Klang als A, tauscht nur den Klangkörper und spielt dieselbe Folge als B. Die beschrifteten Spieltasten und Schritte passen sich jeder neuen Stimmung an. Eine weitere Saite darf auch einen vorhandenen Ton verdoppeln. Im gelben Nallo-Band steht das Ziel des gewählten Auftrags; den nächsten Schritt zeigt die Bauwerkstatt. Unter „So funktioniert der Versuch“ findet ihr die Anleitung in drei Schritten. Nallo erklärt auf Nachfrage genau diesen Auftrag.

Tonhöhe, Lautstärke und Klangfarbe trennen

Bei sonst gleichen Bedingungen schwingt eine kürzere Saite schneller. Höhere Spannung erhöht ebenfalls die Grundfrequenz. Eine größere Masse pro Länge senkt sie. Stärkeres Zupfen erhöht in diesem linearen Modell vor allem die Schwingungsamplitude. Die sichtbare Saite wird um den Faktor 400 verlangsamt dargestellt; die Tonhöhe des hörbaren Tons wird mit der berechneten Frequenz erzeugt. Die Versuchszeit folgt dem berechneten Ausklingen. Schwächer gedämpfte Töne laufen länger; bei mehreren Saiten und Tonfolgen zählt auch der Start des letzten Tons. So endet der Versuch erst, wenn die geplante Wiedergabe ausklingt.

Was macht der Klangkörper?

Eine allein gespannte Saite strahlt nur wenig Schall ab. Über die Auflage überträgt sie Bewegung auf die Decke und die Luft im Klangkörper. Diese Systeme haben eigene Resonanzen. Körpervolumen, Schallöffnung sowie Steifigkeit und Dämpfung der Decke beeinflussen, welche Frequenzen besonders stark zu hören sind und wie sie ausklingen. Ein größerer Klangkörper bedeutet deshalb nicht einfach immer einen lauteren oder tieferen Saitenton.

Decke, Zupfort und mehrere Saiten

Die Dicke der Decke verändert ihre modellierten Eigenfrequenzen. Mehr Dämpfung verbreitert Resonanzen und lässt den Klang schneller ausklingen. Ein nackter Saitenaufbau reagiert auf diese Körperparameter nicht; sie sind dann deaktiviert. Du kannst eine Saite exakt duplizieren, jede Saite einzeln stimmen und das ganze Instrument anspielen. Der Zielton 220 Hz wird separat vorgespielt. Die Aufgaben prüfen berechnete Frequenzen und gezielte Veränderungen, nicht ob ein Klang schön ist.

Aus einem Versuch wird ein Instrument

Die Tonbausteine setzen Stahl-Saiten mit 60 N Spannung und 0,6 mm Durchmesser ein; ihre berechnete Länge liegt nahe am beschrifteten Ton. Das ist eine Starthilfe, keine Tonaufnahme. Danach bleiben alle Saiten frei veränderbar. Wählt mit den großen Spieltasten einen Ton und setzt ihn durch Antippen in die acht Schritte. Erneutes Antippen desselben Tons setzt eine Pause. Die Folge spielt eure eigenen Saiten bei wählbarem Tempo. Tauscht eine Saite oder den Klangkörper und spielt dieselbe Folge erneut. So hat die veränderte Physik einen hörbaren Zweck. Bis zu sechs Saiten und acht Schritte bleiben in Bauplandateien erhalten.

Eine gute Vergleichsfrage

Merkt einen Klang mit derselben ausgewählten Saite. Wechselt nur zwischen ohne Klangkörper, Kasten und Gitarrenform. Spielt beide gemerkten Klänge direkt nacheinander ab. Fragt: Ist der Ton höher geworden oder hat sich vor allem seine Farbe verändert? Verändert danach nur den Zupfort: Manche Obertöne werden schwächer, weil sie dort kaum angeregt werden.

Gemeinsam ohne Bildschirm

Ein Erwachsener spannt ein Gummiband um eine leere stabile Schachtel. Zupft vorsichtig und vergleicht mit einem ohne Schachtel gehaltenen Band. Verändert für einen Vergleich nur die schwingende Länge. Band nicht Richtung Gesicht spannen; kein Glas und keine scharfen Kanten verwenden.

Modell und Grenzen

Die Grundfrequenz folgt dem idealen Saitenmodell. Vierzehn gedämpfte Teiltöne werden aus Zupfort und Anschlag erzeugt. Der Klangkörper wird mit einer Helmholtz-Resonanz und wenigen idealisierten Plattenmoden beschrieben. Form und Material verändern diese Modellparameter; das ist keine vollständige Akustiksimulation einer echten Gitarre. Lautsprecher, Kopfhörer und deren Lautstärkeeinstellung beeinflussen die Wiedergabe. Das Lab startet Ton nur durch eine bewusste Spielaktion und begrenzt den Audiopegel. Die Helmholtz-Resonanz und die idealisierte Decke sind getrennte Näherungen. Das gekoppelte Verhalten eines echten flexiblen Instrumentenkörpers ist komplexer. Die Obertöne sind relativ zum stärksten Teilton dargestellt; der separate Wert Klangstärke beschreibt die relative Modellamplitude.

So forscht ihr weiter

Schreibt eure Vermutung vor dem Start auf. Merkt einen abgeschlossenen Versuch als A. Verändert möglichst nur eine Sache und testet erneut. Das Ergebnis bewahrt die Vermutung und nennt die geänderten Teile. Wenn ein Auftrag gleiche Bedingungen verlangt, zeigt die Rückmeldung, welche Bedingungen ihr wiederherstellen solltet. Freies Bauen bleibt jederzeit möglich.