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Stimmgabel, Dämpfungsglied, Impendanz?  

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PianoDoctor
(@pianodoctor)
Abiturient
Beigetreten: 2 Monaten zuvor
Beiträge: 1
08/08/2020 8:00 pm  

Ich bin leider Physik-Laie und habe Fragen zur Akustik von Stimmgabeln, die von einem Instrumenten-Erfinder ziemlich interessant mit einem Resonanzboden verbunden wurden.

Background:

Der schottische Instrumentenbauer Thomas Machell hat 1885 ein Stimmgabelklavier (Dulcitone) erfunden. Machell koppelt sehr erfolgreich & laut hörbar Stimmgabeln (ohne Stiel) in der Nähe der Stimmgabel-Zinken (also relativ nahe der stark schwingenden äußeren Enden) an einen Resonanzboden, indem er eine halbkreisförmige Feder dazwischensetzt. Ein Schema von Machells Stimmgabel-Befestigung im Instrument ist hier zu sehen:

 

In seinen Vorträgen (1885, 1888 und 1907) sagt Machell, dass er nach jahrzehntelangem Ausprobieren (!) auf diesen Trick gekommen wäre. Er würde die Kopplung über halbkreisförmige Federn machen, um Geräusche zu unterdrücken, die sonst beim Anschlagen der Stimmgabel auf den Resonanzboden übertragen werden, wenn die Stimmgabeln auf herkömmliche Art mit dem Stiel an einen Klavier-Resonanzboden montiert sind. Sie polten nämlich tatsächlich stark, wenn sie von Klavierhämmern anschlagen werden.

Nun die eigentliche Frage:  

was passiert "formell" physikalisch bei der Kopplung über die solche halbkreisförmige Feder?

Meine laienhafte Vermutung ist, dass dort eine Impendanzwandlung mittels eines Dämpfungsgliedes stattfindet.  Kann man das so sagen? Ein schwingender Stimmgabel-Zinken, den man an einen Resonanzboden hält führt ja zu einem sofortigen "Übersteuern". Der Resonanzboden reagiert nur mit einem lauten Klirren und die Stimmgabel wird so schnell in ihrer Vibration gebremst, so dass der Ton fast sofort verschwindet. Mir erscheint das so ähnlich wie bei einem Verstärkereingang, wenn die Impendanz von Quelle und Eingang nicht passen. Ist diese Vermutung korrekt? Wie könnte man das physikalisch exakter formulieren?

Und: wie lässt sich so ein Zusammenhang zwischen den verschiedenen mechanischen Impendanzen beschreiben? Also vom Stimmgabelzinken (aus Stahl) über die Feder (aus 1/100'' Federstahl) auf die Brücke = Steg (aus Hartholz) und zum Schluss auf den Resonanzboden (aus Nadelholz).  Was hat in dieser Folge von Materialien eine hohe Impendanz? Was eine Niedrige? Liegt das Problem der Ankopplung an der "Härte" bzw. dem Elastizitätsmodul der Materialien? Wie müsste ein idealer mechanischer Wandler für Stimmgabeln aufgebaut sein, falls es überhaupt eine Frage der Impendanzen ist? Bei einem Nachbau-Experiment habe ich übrigens ähnlich gute Ergebnisse mit normalen spiralförmigen Druckfedern erreicht. Die Federform also scheint keinen großen Einfluss zu haben, außer dass man beim Bau über den Biegeradius von Blattfedern die Spannung leichter regulieren kann als bei Spiralfedern.

Wie gesagt, ich bin Physik-Laie.

Über Denkanstöße oder Hypothesen würde ich mich sehr freuen!

VG Stefan

 


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