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Beobachtungen:

Xylophon

Klangstäbe aus Holz oder Metall lassen sich so dimensionieren, daß beim Anschlagen ein sauberer Ton zu hören ist.
Bei Konzertinstrumenten verwendet man häufig zusätzlich abgestimmte Resonanzröhren, um die Lautstärke und den Klang zu verbessern.
Dabei treten dann kompliziertere physikalische Effekte auf, die die Kopplung des Klangstabs mit dem Rohr betreffen.
stehende-welle gekoppelt

Abb. 01: Konzert-Xylophon, unter den hölzernen Klangstäben hat man Resonanzröhren angebracht. Das sind nach unten geschlossene quaderförmige oder zylindrische Hohlkörper, die den Klang beeinflussen und die Abstrahlung verstärken. In den Röhren bilden sich stehende Wellen aus, die bei richtiger Abstimmung ihrer Länge Energie aus der Schwingung der Holzstäbe erhalten. gekoppelt
Die tiefen Töne des Instrument verhalten sich bezüglich ihrer Oberschwingungen wie die einer klingenden Saite oder einer Orgelpfeife. Bei der Tonerzeugung gibt es allerdings einen Unterschied zur Saite, denn beim Holz sind die Enden lose, d.h. nicht eingespannt.
Erst kurze Zeit nach dem Anschlag erreichen die tiefen Töne beim Grundton ihre maximale Lautstärke.
Das Klangholz koppelt seine Energie in die Resonanzröhren ein. Hierbei vergeht hörbar eine Zeit von etwa einer viertel Sekunde, bis die maximale Lautstärke erreicht ist.
(FB)

Abb. 02: Konzert-Xylophon, andere Bauart (FB)

Abb. 03: ein anderes Xylofon, gut sichtbar die Anordnung der Resonanzröhren und die Bauart der Holzstäbe mit der Aufhängung durch Schnüre(FB)

Abb. 04: Der aktive Teil der Röhren ist jeweils in seiner Länge exakt für die Frequenz der Klangstäbe abgestimmt (FB)

Abb. 05: Instrument Abb. 01, Frequenzanalyse von einigen tiefen Tönen, die Frequenzachse ist linear. frequenzanalyse
Bei allen Tönen gibt es eine regelmäßige Anordnung von Obertönen (im Bild wie eine Leiter mit gleicher Sprossenhöhe).
Tondatei (Wave 310 kB) imm_7340.wav
(FB)

Abb. 06: Ausschnitt, die Amplitude der Grundfrequenz (untere Linie) nimmt nach dem Anschlag etwas zu, während die der Obertöne sofort schnell abnimmt. (FB)

Abb. 07: Schnitt durch das vorherige Diagramm bei der Zeit 13,639s. Die Reihe der Obertöne ist in der linken Bildhälfte gut zu erkennen. Einige Töne haben eine hohe, andere eine niedrige Intensität. (FB)

Tabelle der Frequenzen

Nummer	Abgelesene Frequenz /Hz	Kommentar
1	111	Grundton
2	223	1. Oberton
3	360	2.
4	488	3.
5	617	4.
6	754	5.
7	882	6.
8	968	7.
9	1071	8.
10	1139
11	1268
12	1413
13	1533
14	1653
15	1799
16	1927
17	2056
18	2193
19	2330
(19,5	2398	Ausreisser?)
20	2450
21	2570
22	2690
23	2801
24	2904
25	3007
26	3109

Abb. 08: Die Frequenz der Obertöne ist ein Vielfaches der Grundfrequenz, wie die Ausgleichsgerade zeigt.
Deren Steigung beträgt 121,6 Hz. ( etwa klingende Note H = 123,5 Hz ) (FB)

Abb. 09: Analyse der einzelnen Frequenzen nach dem Anschlag, Tiefer Ton A, Grundfrequenz 110 Hz. (FB)

Abb. 010: Ausschnitt: Es gibt vier wesentliche Frequenzen: 110, 220, 330 sowie 246 Hz.
Im ersten Zeitabschnitt bis 0,05 s nach dem Anschlag nimmt die Amplitude aller vier Frequenzen ab. Danach steigt die der Grundfrequenz 110 Hz zeitlich linear enorm an. gekoppelt Offensichtlich erhält das Resonanzrohr seine Energie aus dem Klangstab. Etwa ab der Zeit 1,5 s gibt es auch eine Kopplung mit der Frequenz 220 Hz (oberes Bild) (FB)

Abb. 11: Klangröhren aus Metall, sie werden von außen angeschlagen. Hier geschieht die Kopplung zwischen dem mechanischen Anschlag und der Schwingung der Luftsäule auf andere Weise als beim Xylophon. (FB)