Abb. 1 Einfache Plastikröhren verschiedener Länge können als Musikinstrumente verwendet werden.
Viele Schulen haben einfache Schlaginstrumente aus Plastikröhren verschiedener Länge (Abb. 1). Mit etwas Übung kann man in einer Gruppe recht schnell verschiedene Melodien und ganze Musikstücke (nach-)spielen. Je länger die Plastikröhre, desto tiefer normalerweise der gespielte Ton. Es gibt aber eine Möglichkeit, die Tonhöhe ein- und derselben Röhre um eine Oktave zu verändern:
An einem Ende der Röhren befindet sich jeweils eine schwarze Plastikkappe (Abb. 2). Entfernt man diese, erhöht sich der gespielte Ton um eine Oktave.
Abb. 2 Durch Aufstecken oder Entfernen einer Plastikkappe auf einem Ende der Röhre lässt sich die Tonhöhe um eine Oktave verädern.
a)
Erläutere, was die Erhöhung des Tons um eine Oktave in Bezug auf Frequenz und Wellenlänge der Schallwelle bedeutet.
b)
Erkläre diesen Effekt anhand deines Wissens über stehende Wellen. Skizziere dazu den Verlauf der Welle im offenen und im geschlossenen Rohr.
Eine Tonerhöhung um eine Oktave erzeugst du, wenn du die Frequenz der Schallwelle verdoppelst beziehungsweise die Wellenlänge halbierst.
b)
Abb. 3 Stehende Welle in der Plastikröhre mit aufgesetzter Verschlusskappe (ein offenes und ein geschlossenes Ende)
Mit aufgesetzter Kappe muss die Grundschwingung im Rohr einen Schwingungsknoten am geschlossenen Ende und einen Schwingungsbauch am offenen Ende besitzen. Abb. 3 zeigt, dass unter dieser Bedingung die Länge der Röhre einer viertel Wellenlänge entsprechen muss.
Abb. 4 Stehende Welle in der Plastikröhre ohne Verschlusskappe (zwei offene Enden)
Entfernst du die Kappe vom Ende des Rohres, muss die Grundschwingung an beiden offenen Enden einen Schwingungsbauch besitzen, um sich im Rohr ausbilden zu können. Abb. 4 zeigt, dass unter dieser Bedingung die Länge der Röhre einer halben Wellenlänge entsprechen muss.
Vergleichst du die beiden in Abb. 3 und Abb. 4 gezeigten Fälle, so siehst du, dass die Wellenlänge der Grundschwingung sich durch das Entfernen der Kappe gerade halbiert beziehungsweise die Frequenz des entstehenden Tons sich verdoppelt. Damit ist der tiefste Ton, der im Rohr entsteht, ohne Kappe genau eine Oktave höher als mit Kappe.
