s

Experimente sind die Grundlage aller Forschung. Experimente können verblüffen und überraschen, sie können überzeugen aber auch enttäuschen. Leonardo-Experimentator Sascha Ott wird einmal im Monat das Radio-Studio zum Labor machen und erstaunliche Phänomene hörbar machen. Warum funktioniert die Welt so und nicht anders? Und wird das Experiment gelingen?

Eine spannende Reportage führt nach jedem Experiment raus aus dem Studio-Labor an die Orte, wo das Phänomen im Alltag genutzt wird. Wissenschaft hautnah, spannend und informativ!

In dieser Folge zeigt Sascha Ott, wie es schon die alten Chinesen geschafft haben, mit nur einer Glocke verschiedene Töne zu erzeugen – und wie man das beim Frühstückskaffee selber ausprobieren kann.

Folge 1: Musikalische Kaffeepause oder Die Weisheit der alten Chinesen

Oft stecken überraschende Effekte in ganz einfachen Dingen. Man muss sie nur einmal von der richtigen Seite betrachten oder – wie in diesem Fall – von der richtigen Seite aus anschlagen. Schon sieht man einen langweiligen Alltagsgegenstand mit ganz neuen Augen oder genauer: Man hört ihn mit neuen Ohren. Zum Beispiel ein banale Kaffeetasse. Wer hätte sich nicht schon einmal im Verlauf einer endlosen Sitzung oder auch eines eher spröden Kaffeeklatsches im Verwandtenkreis dabei ertappt, mit dem Löffel gegen Tassen und Gläser zu schlagen, um auszuprobieren, welche Geräusche sich ihnen entlocken lassen. Dabei stellt man leicht fest, dass die Tonhöhe von vielen verschiedenen Faktoren abhängt: Volle Tassen klingen tiefer als leere, dickwandige tiefer als grazile, Tassen mit großem Durchmesser tiefer als vergleichbare mit kleiner Öffnung. Das hängt mit der Art der Tonentstehung zusammen: Der Löffel versetzt die Tassenwand in Schwingung. Wenn dabei mehr Masse in Bewegung versetzt wird, ergibt sich insgesamt eine langsamere Schwingung, die wir als tieferen Ton wahrnehmen. So weit, so einfach.

Eine Tasse - zwei Töne

Aber ist es auch möglich, ein und derselben Tasse unterschiedliche Töne zu entlocken, ohne dabei die Füllmenge an Kaffee oder sonst etwas an der Tasse zu verändern? Das wollen wir ausprobieren. Wir schlagen also die Tasse jeweils in mittlerer Höhe von außen an verschiedenen Stellen an und achten auf die Höhe der entstehenden Töne. Tatsächlich ist der Ton mal ein wenig höher, mal ein bisschen tiefer. Besonders gut funktioniert der Effekt mit einer großen dicken Henkeltasse. Schaut man genauer hin, dann erkennt man: Der tiefe Ton entsteht, wenn man die Tasse direkt gegenüber dem Henkel anschlägt. Dreht man die Tasse ein kleines Stück, dann wird der Ton höher. Nach ein Vierteldrehung lässt sich beim Anklopfen wieder der tiefe Ton vernehmen. Warum klingt die Tasse unterschiedlich je nach dem, wo man sie anschlägt?

Der Henkel macht den Unterschied

Die Lösung haben wir im Grunde schon gehört, als wir die unterschiedlichen Tassen und Gläser angeschlagen haben: Wenn viel Masse schwingt, wird der Ton tiefer. Und so ist es auch bei den unterschiedlichen Schlagstellen an der Tasse: Der Henkel macht den Unterschied. Schlägt man die Tasse genau gegenüber dem Henkel an, dann schwingen Anschlagstelle und Henkel aufeinander zu und voneinander weg, als würde man einen weichen Trinkbecher zusammendrücken und wieder loslassen. Der Henkel trägt in diesem Fall maßgeblich zur schwingenden Masse bei. Schlägt man die Tasse hingegen eine Achteldrehung weiter seitlich an, dann schwingt diese Stelle mit der gegenüberliegenden Tassenwand (die Stelle dicht neben dem Henkel). Der Henkel selbst bleibt aber in diesem Fall weitgehend in Ruhe. Er liegt auf einem so genannten Schwingungsknoten und trägt mit seiner Masse kaum zur Schwingung bei. Geringere Masse heißt höherer Ton.

Von Knoten und Bäuchen

Wie solche Schwingungsknoten funktionieren, kann man sich auch recht leicht vor Augen führen: Man bindet ein langes Gummiband an einer Türklinke fest und schwingt es hoch und runter. Zuerst schwingt das Band dann in einem einzigen großen Bogen wie beim Seilchenspringen. Schwingt man es aber schneller auf und ab, dann bildet sich mit der Zeit eine doppelte, stehende Welle aus: Es gibt dann zwei Bögen, die abwechselnd auf- und abschwingen und dazwischen in der Mitte eine Stelle, an der das Gummiband fast gar nicht schwingt. Das ist der Schwingungsknoten (Die beiden Stellen, an denen das Band mit der größten Auslenkung schwingt, nennt man Schwingungsbäuche). An einem solchen Knoten der Ruhe liegt also auch der Henkel, wenn wir schräg von der Seite an die Tasse schlagen und trägt dabei beinahe nichts zur schwingenden Masse bei.

Was schon die alten Chinesen wussten

Dieses einfache Phänomen, das jeder in der Kaffeepause ausprobieren kann, wird tatsächlich auch praktisch angewendet. Der Zwei-Ton-Klang hat eine uralte, geradezu ehrwürdige Tradition in der alten chinesischen Glockengießerkunst. Schon vor drei Jahrtausenden waren die Glockengießer im Reich der Mitte in der Lage, Bronzeglocken herzustellen, mit denen man zwei Töne spielen kann. Im Museum für Ostasiatische Kunst in Köln kann man das besterhaltenste und älteste Beispiel außerhalb Chinas für diese Kunst sehen und auch hören. Anders als die in unseren Kirchen hängenden Glocken, sind die chinesischen Klangkörper nicht rund, sondern mandelförmig im Querschnitt. Schlägt man sie in der Mitte der Längsseite an, dann erklingt ein tieferer Ton. Schlägt man ein wenig näher an einer der Spitzen, dann hört man einen höheren Ton.

Meisterhaftes Handwerk

Die unterschiedliche Tonhöhe entsteht auch hier durch eine mal größere, mal kleinere schwingende Masse. Die Glocken kann man sich aus vier gleichgroßen Platten zusammengesetzt (also praktisch rautenförmig im Querschnitt) denken. Schlägt man nun genau auf die Nahtstelle zweier Platten (also die Mitte der Mandellängsseite), dann schwingen diese gemeinsam als größere Masse. Schlägt man hingegen mehr zur Spitze hin, dann schwingt nur eine kleinere Platte gemeinsam mit der gegenüberliegenden Seite - und diese beiden kleineren Platten erzeugen dann den höheren Ton. Der Unterschied in der Tonhöhe beträgt genau eine kleine Terz. Den Glockengießern vor dreitausend Jahren ist es also nicht nur gelungen, das Zwei-Ton-Phänomen in Bronze zu gießen, sondern die Glocken auch noch auf exakte Töne zu stimmen. Eine Meisterleistung der Handwerkskunst, vor der wir uns heute, da alles tausend mal simuliert und vom Computer durchgerechnet wird (und dann doch oft nicht funktioniert), wohl nur bewundernd verneigen können. Vielleicht bei einer Tasse Kaffee.

Zur Ãœbersicht

Manuskript

Die Zwei-Ton-Glocken findet man im Museum für Ostasiatische Kunst in Köln