Aus diesem Grund kommt es manchmal vor, dass Ihre tibetische Klangschale klappert

Tibetische Klangschalen sind bekannt für ihre beruhigenden harmonischen Töne, ideal für die Meditation. Sie können aber auch „Chatter“, eine Art Klopfgeräusch, erzeugen. Eine Gruppe von Studenten aus Florida glaubt, herausgefunden zu haben, warum das passiert.

Klangschalen werden normalerweise aus Bronzemetalllegierungen hergestellt, die Kupfer, Zinn, Zink, Silber, Nickel, Gold und andere unedle Metalle enthalten. Sie werden gespielt, indem man mit einem speziell gepolsterten Schlägel namens Puja (normalerweise in Leder gewickelt) auf den Rand schlägt oder den Schläger vorsichtig über den Rand der Schüssel reibt.

Der Effekt ist derselbe wie die sanften Töne, die entstehen, wenn man mit einem angefeuchteten Finger über den Rand eines Weinglases reibt. Dies ist auf ein Phänomen namens Resonanzfrequenz zurückzuführen: Wenn ein Ton beginnt, in Phase mit der Eigenfrequenz eines Objekts zu vibrieren. Im Falle eines Weinglases oder einer Schüssel erhalten Sie diese beruhigenden harmonischen Töne. Die Klangschalen haben relativ kleine Resonanzfrequenzen, daher lassen sich die Töne einfacher erzeugen als mit einem Weinglas.

Diese ungewöhnlichen akustischen Eigenschaften interessieren Forscher seit langem, vor allem weil sie eine gute Möglichkeit sind, die Wechselwirkungen von Flüssigkeiten mit festen Materialien zu untersuchen – etwas, das für Ingenieure von großem Interesse ist, die beispielsweise Brücken und Gebäude entwerfen, die starken Winden standhalten können. (Der berüchtigte Einsturz der Tacoma Narrows Bridge (auch bekannt als „Galloping Gertie“) im Jahr 1940 ist ein klassisches Beispiel für die Kraft von Resonanzen.)

Bereits 2011 untersuchten MIT-Forscher, wie mit Wasser gefüllte tibetische Klangschalen stark genug schwingen können, um Tröpfchen von der Wasseroberfläche zu schleudern. Diese Resonanzen verändern die Form der Schüssel leicht und die Energie dieser Formänderung erzeugt sogenannte „Faraday-Wellen“ im Wasser darin. Mit der Zeit werden die Resonanzeffekte so stark, dass es zu brechenden Wellen und sprudelnden Tropfen kommt. Schauen Sie es sich im Video unten an:

Das Phänomen des „Geschwätzes“ bei Himalaya-Klangschalen ist etwas anders. „Während sich die Puja um den Rand der Schüssel bewegt, wechselt sie sehr schnell zwischen dem Anlegen und Hüpfen auf dem Metall, was als ‚Slip-Stick-Bewegung‘ bezeichnet wird“, sagt Co-Autorin Chloe Keefer, Studentin am Rollins College in Florida. sagte in einer Pressemitteilung. Ähnliche Bewegungen treten auch bei anderen Instrumenten auf, darunter Violinen und Celli, bei Klangschalen wurde das Phänomen jedoch nur wenig erforscht.

Keefer und ihre Kommilitonen – Teil eines Sonderprogramms am RollinsCollege, das sich auf ursprüngliche Bachelor-Forschung zur Physik von Musikinstrumenten konzentriert – machten sich daran, dieses Versäumnis zu korrigieren. Sie nutzten ein Laser-Doppler-Vibrometer, um die Oberflächenschwingungen zu messen, ohne die Schüssel zu berühren, wobei sie sich auf mehrere Punkte am Innenrand konzentrierten, kombiniert mit einer hochmodernen Visualisierungstechnik, die Bilder mit 10.000 Bildern pro Sekunde aufnehmen konnte, um diese Schwingungen abzubilden.

Sie suchten gezielt nach der Position eines Punktes ohne Schwingung, einem sogenannten „Knoten“, auf der Schüssel. Es war nicht dort, wo sie es erwartet hatten.

„Die Leute würden erwarten, dass die Puja auf dem Knoten der Vibrationsbewegung der Schüssel liegt, aber das ist tatsächlich nicht der Fall“, sagte Keefer. Stattdessen zeigte ihre Analyse, dass es nur wenige Millimeter von der Puja entfernt liegt. Wenn jemand die Puja am Rand der Schüssel entlang bewegt, um sie zu spielen, folgt der Knoten direkt dahinter. Erhöhen Sie die Geschwindigkeit der Puma-Rotation, und Sie erhöhen die Amplitude (Stärke oder Lautstärke) der Vibrationen der Felge.

Und sobald diese Schwingungsamplitude groß genug ist, stößt sie die Puja von der Schüssel, ein bisschen wie die springenden Wassertropfen, die in den Experimenten von 2011 erzeugt wurden. Voila! Du bekommst Geschwätz.

Ihr Studium ist nicht ausschließlich akademisch. Die Messungen könnten sich eines Tages als nützlich erweisen, um die Mechanik des Bremsenquietschens Ihres Autos besser zu verstehen und solche unerwünschten Geräusche zu reduzieren.

In der Zwischenzeit werden die Rollins-Studenten ihre Untersuchungen zur Physik von Klaviersaiten, Klarinettenblättern, Blechblasinstrumenten und Klangschalen fortsetzen.

[Über Acoustical Society of America]

Verweise:

Faraday, Michael. (1831) „Über eine besondere Klasse akustischer Figuren; und über bestimmte Formen, die eine Gruppe von Teilchen auf vibrierenden elastischen Oberflächen annimmt“, Philosophical Transactions of the Royal Society (London) 121: 299-318. [Anhang]

Keefer, Chloe und Moore, Thomas R. (2015) „The etiology of chatter in the Himalayan singing bowl“, Vortrag 4aMU7, 170. Treffen der Acoustical Society of America.

Terwagne, Denis und Bush, John WM (2011) „Tibetische Klangschalen“, Nonlinearity 24: R51.

Bild oben: Rin Gong in Kyoto, Japan. Bildnachweis: Michael Maggs/Wikimedia Commons. Untere Bilder: C. Keefer und S. Collin/Rollins.