DE1234073B - Unterhaltungs- und UEbungsgeraet zur Sichtbarmachung akustischer Schwingungen - Google Patents

Description

• Unterhaltungs- und Übungsgerät zur Sichtbarmachung akustischer Schwingungen Die Erfindung betrifft ein Unterhaltungs- und Übungsgerät, durch welches akustische Phänomene, insbesondere die menschlichen. Stimmlaute, sichtbar gemacht werden.
• Seit C h 1 a d n i Ende des 18. Jahrhunderts die nach ihm benannten Klangfiguren entdeckt und 1802 seine klassische Akustik veröffentlicht hat, sind mit verschiedenem Methoden und in diversen Medien akustische Schwingungen sichtbar gemacht worden. Es mögen einige Beispiele genannt werden. Die Chladnischen Figuren selber wurden mit der Methode des gefrorenen Kohlendioxyds insbesondere von M. D. Waller bearbeitet; ferner wurden sie von Ludwig Bergmann in hervorragender Weise in Seifenlamellen dargestellt. Vor allem lassen sich diese Phänomene durch Kristalle mit piezoelektrischein Effekt besonders gut durch einen weiten Frequenzbereich verfolgen; wir haben eine diesbezüliehe Anordnung entwickelt. Aber auch in polarisiertem Licht lassen sich mit Schwingquarzen Schwingungsbilder bis hoch in den Ultraschall gewinnen, wie sie ebenfalls Ludwig Bergmann erreicht hat. Auch gehört hierher eine spannungsoptische Sichtbarmachung von Schwingungsvorgängen in Verbindung mit dem stroboskopischen Effekt, wie sie H. Wolf angibt und wie wir sie unabhängig davon ausprobiert haben. In gewissem Sinn gehören ja auch die Kundtschen Staubfiguren hierher und auch die visuelle Darstellung der Schwebung (Interferenz) durch Z e n n e c k mit inhomogenem Material, wobei die Knotenlinien eine pendelnde Bewegung zeigen. Auch die schallempfindlichen Flammen können hier angeführt werden (Leconte, Tyndall, Zickend r a h t). Diese Angaben mögen genügen, um das hier in Betracht kommende Gebiet zu kennzeichnen.
• Bei allen diesen Prozessen werden akustische Schwingungsphänomene und Schwingungswirkungen auch visuell dokumentiert. Bei der hier dargestellten Erfindung werden nun auf eine ebenso einfache wie neuartige Weise die menschlichen Stimmlaute unmittelbar in ihrem Schwingungsbild sichtbar gemacht, wobei sich vor allem die Vokale gemäß ihrem komplizierten Freduenzspektrum mit seinen Formanten, natürlich auch entsprechend der Tonhöhe, hgural und strukturell charakterisieren. Die Anordnung kann, so wie sie ist, elektroakustisch (Lautsprecher, Mikrophon) ergänzt werden. Auch die Töne, und Klänge von Musikinstrumenten lassen sich so direkt optisch darstellen, mit der elektroakustischen Ergänzung sogar Musik selber.
• Das durch die vorliegende Erfindung geschaffene Unterhaltungs- und Übungsgerät umfaßt im wesentlichen einen eine obere Öffnung aufweisenden Hohlkörper und eine auf diesem Hohlkörper aufspannbare, die genannte Öffnung überdeckende Membran und kennzeichnet sich dadurch, daß Mittel vorgesehen sind, durch welche die in dem genannten Hohlkörper befindliche Luft und damit die genannte Membran entweder durch unmittelbares Anblasen, Ansingen bzw. Ansprechen oder auf elektroakustischem Wege in Schwingungen versetzt werden kann.
• Die Sichtbarmachung dieser Schwingungen erfolgt dabei dadurch, daß ein auf die Membran aufgebrachtes fließbares bzw, strömungsfähiges Material zum Schwingen angeregt wird und dadurch auf der Membran der Schwingung dieser letzteren entsprechende, nachstehend noch näher beschriebene Schwingungsgebilde erzeugt werden.
• Unter fließbarem bzw. strömungsfähigem Material werden dabei sämtliche Stoffe verstanden, die sich durch Schwingungen dazu anregen lassen, diesen Schwingungen entsprechende Formen zu bilden bzw. dementsprechende Bewegungen auszuführen. Als besonders geeignet haben sich unter anderem Lycopodiumpulver, Quarzsand und Wasser erwiesen. Grundsätzlich können aber alle feinkörnigen Stoffe verschiedener Korngrößen sowie sämtliche Flüssigkeiten verschiedener Viskosität einschließlich zähflüssiger, breiartiger Pasten zur Verwendung kommen. Auch Rauch sowie gefärbte Gase und Dämpfe kommen in Frage. In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht, die jedoch lediglich erläuternden Charakter haben und den Umfang der in den Ansprüchen umrissenen Erfindung in keiner Weise einschränken.
• F i g. 1 ist eine Seitenansicht, zum Teil im Schnitt, des gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildeten, die Form einer Tabakspfeife aufweisenden Unterhaltungs- und Übungsgerätes; F i g. 2 ist eine Oberansicht zu F i g. 1; F i g. 3 ist eine Seitenansicht des Unterhaltungs-und Übungsgerätes gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel; F i g. 4 bis 9 zeigen Beispiele von Klangfiguren, die mit dem in F i g.1 dargestellten Gerät erzielt wurden. Das die Form einer Tabakspfeife aufweisende Unterhaltungsgerät gemäß F i g. 1 und 2 hat ein aus drei übereinander angeordneten, im Querschnitt runden Teilen a1, a2 und a3 bestehendes, den Pfeifenkopf bildendes Gefäß, das an seinem oberen Ende offen ist. Der obere Gefäßteil a3 ist zylindrisch ausgebildet und hat einen größeren Durchmesser als der unterste Gefäßteil a1, der ebenfalls zylindrisch ist. Der mittlere Gefäßteil. a2 ist trichterförmig und bildet den Übergang zwischen den beiden zylindrischen Teilen a 1 und a 3.
• Am unteren Gefäßteil a1 ist ein das »Pfeifenrohr« bildendes Anblasrohr b angeschlossen, an dem gewünschtenfalls ein Schlauch mit Mundstück angebracht werden kann. Den Abschluß des oben offenen Gefäßteiles a3 bildet eine z. B. aus Gummi, Metallfolie, Papierfolie, Tierfell oder einem Kunststoff bestehende Membran e, die mit ihrem Rand zwischen zwei mittels Schraubend aneinander befestigten, zusammen einen Klemmrahmen bildenden Ringteilen e 1 und e 2 festgehalten wird. Die Membrane selbst liegt auf dem oberen Rand des Gefäßteiles a3 auf, der mittels Spannschrauben f mit dem Klemmrahmen e l, e 2 verbunden ist. Durch Anziehen von auf dem unteren Ende der Spannschrauben f vorgesehenen Flügelmuttern g kann die Membran nach Belieben gespannt werden.
• Wie oben erwähnt, wird zur Benutzung des Unterhaltungs- und Übungsgerätes eine gewisse Menge eines fließbaren bzw. strömungsfähigen Materials auf die Membran e aufgebracht, die dann zwecks Erzeugung laufend variierender Schwingungsgebilde auf derselben durch Abgabe von Tönen verschiedener Tonhöhe durch das Mundrohr hindurch in Schwingungen versetzt wird. Je nach der durch Anziehen der Flügelmuttern g eingestellten Spannung der Membran, der Wahl der Materialien, der Blasstärke, der gewählten Tonhöhe und dem Klangcharakter der Laute der menschlichen Stimme bzw. der verwendeten Musikinstrumente oder anderen Schallquellen, werden die auf der Membran befindlichen, schwingenden Teilchen die mannigfaltigsten Formen annehmen.
• Eine nicht dargestellte, in der Seitenwand des Hohlkörpers vorgesehene Öffnung ermöglicht den erforderlichen Druckausgleich.
• Das zweite Ausführungsbeispiel ist in F i g. 3 dargestellt. Das Unterhaltung s- und Übungsgerät weist auch in diesem Fall -einen Hohlkörper i auf, dessen obere Öffnung durch eine Membran k abgedeckt ist. Das Anblasrohr bildet jedoch hier mit dem Hohlkörper i und einem dem Gerät als Stütze dienenden, ebenfalls hohlen Fuß Z ein einziges, beispielsweise aus Kunststoff hergestelltes Stück, derart, daß das Gerät annähernd die Form eines Hornes erhält.
• Aus nachstehend noch näher zu erläuternden Gründen ist es vielfach wünschenswert, daß die auf den Hohlkörper i aufgespannte Membran k rasch und mit wenigen Handgriffen ausgewechselt werden kann. Zu diesem Zweck wurde die in F i g. 3 gewählte Ausführungsform des zum Aufspannen der Membran dienenden Klemmrahmens entwickelt. Dieser Klemmrahmen weist auch hier einen oberen, z. B. aus Polyäthylen hergestellten Ringteil m und einen unteren, z. B. aus Polystyrol hergestellten Ringteil n auf, zwischen welchen die Membran k eingespannt wird. Der obere Ringteil m besitzt auf seiner Unterseite eine sich über seinen gesamten Umfang erstreckende, im Querschnitt annähernd schwalbenschwanzförmige Nut o, während der untere Ringteil n auf seiner Oberseite einen im Querschnitt der Nut o angepaßten Wulst p aufweist. Auf Grund seiner Elastizität läßt sich der untere Ringteil n mit dem Wulst p in die Nut o des oberen Ringteiles m nach dem Prinzip eines Druckknopfes hineindrücken, bis die im Querschnitt schwalbenschwanzförmige Erweiterung des Wulstes p in die ihr entsprechende Ausnehmung der Nut o einschnappt. Die Trennung der beiden Ringteile m und n erfolgt durch einfaches Herausziehen des Wulstes p aus der Nut o. Ein Durchlöchern der Membran zur Durchführung von Befestigungsschrauben wird bei dieser Ausführungsform des Klemmrahmens ebenfalls vermieden.
• Zum Spannen der Membran dienen auch hier Spannschrauben q, welche mit ihrem einen Ende in den unteren Ringteil n eingegossen sind und durch Flügelmuttern r angezogen werden können.
• Des weiteren kann das Gerät so ausgebildet werden, daß es zur optischen Wiedergabe von Schallschwingungen dient, die ihm auf elektroakustischem Wege zugeführt werden. Zu diesem Zweck wird entweder durch das Anblasrohr oder durch eine kleine Öffnung ein Kabel in den Hohlkörper eingeführt und innerhalb des Hohlkörpers, unter der Membran, ein kleiner Lautsprecher angeordnet, der mit einem außerhalb des Gerätes aufgestellten Radioempfänger oder einem Mikrophon verbunden ist. Die Membran des Unterhaltungs- und Übungsgerätes wird dann durch die von dem Lautsprecher ausgehenden akustischen Schwingungen zum Schwingen angeregt.
• Die F i g. 4 bis 9 zeigen einige Beispiele aus der Vielzahl der erzielbaren Klangfiguren. Es sind in diesem Fall unter Verwendung von Quarzsand und mit dem in F i g. 1 dargestellten Gerät verschiedene Laute der menschlichen Stimme mit entsprechend charakteristischen Frequenzspektren sichtbar gemacht. Die schwarzen Linien stellen die von dem Quarzsand auf der schwingenden Membran gebildeten Figuren dar.
• Aus der Vielzahl der Verwendungsmöglichkeiten des an Hand der vorstehenden Ausführungsbeispiele veranschaulichten Unterhaltungs- und Übungsgerätes seien im folgenden nur einige beispielshalber herausgegriffen.
• Die Verwendung des Gerätes als Spielzeug für Kinder und zur Unterhaltung der Erwachsenen ist besonders naheliegend. Das gleichzeitig Ohr und Auge fesselnde Zusammenspiel von Klang und sichtbarer Form ist wohl die beste Voraussetzung für ein unterhaltsames und gegebenenfalls auch lehrreiches Spielen. Verwendet man farbige Materialien, z. B. gefärbten Sand, und fiert die erzeugten Figuren durch Aufsprühen einer anschließend erstarrenden Flüssigkeit, so erhält man auf der Membran ein für den abgegebenen Ton charakteristisches fixiertes Bild. Für solche Zwecke ist der in F i g. 3 dargestellte Klemmrahmen, der ein einfaches und rasches Auswechseln der Membran gestattet, besonders geeignet.
• Das mit einem kleinen eingebauten Lautsprecher ausgestattete Gerät läßt sich zu mannigfaltigen Zwecken verwenden. übergießt man die Membran mit einer Flüssigkeit, beispielsweise mit Wasser, und schließt den Lautsprecher an einen Radioempfänger an, so kann man z. B. eine musikalische Darbietung hören und die dieser entsprechenden Klangfiguren z. B. durch Projektion der auf der Wasserfläche sichtbaren, mit der Musik ständig wechselnden Figuren auf eine darüberliegende Decke gleichzeitig mit den Augen folgen.
• Auch auf medizinischem Gebiet dürfte die Einführung des Gerätes ganz neue, mit den bisher bekannten Mitteln nicht erzielbare Möglichkeiten der Diagnose und der Behandlung erschließen. So können z. B. Gehörlose (Taube) die optischen Wirkungen der von ihnen in das Gerät abgegebenen Laute selbst kontrollieren, indem sie die sich ergebenden Figuren mit einem Vorbild vergleichen und sich selbst so lange korrigieren, bis die gewünschte Figur erscheint. Sie lernen dabei sowohl die richtige Lautbildung (z. B. der Vokale) sowie die richtige Führung des Atemstromes und bekommen außerdem durch das fortgesetzte üben ein klares Verhältnis zur Tonhöhe.

Claims (9)

1. Patentansprüche: 1. Unterhaltungs- und Übungsgerät zur Sichtbarmachung akustischer Schwingungen mit einem eine obere Öffnung aufweisenden Hohlkörper und einer auf dem Hohlkörper aufspannbaren, die genannte Öffnung überdeckenden Membran, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen' sind, durch welche die in dem genannten Hohlkörper befindliche Luft und damit die genannte Membran entweder durch unmittelbares Anblasen, Ansingen bzw. Ansprechen oder auf elektroakustischem Wege in Schwingungen versetzt werden kann.
2. 2. Unterhaltungs- und Übungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Mittel in Form eines in den Hohlkörper einmündenden Anblasrohres ausgebildet sind.
3. 3. Unterhaltungs- und Übungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Mittel in Form eines innerhalb des Hohlkörpers angeordneten Lautsprechers ausgebildet sind, welcher mit einem außerhalb des Gerätes aufgestellten Radioempfangsgerät bzw. Mikrophon verbunden werden kann.
4. 4. Unterhaltungs- und Übungsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es die Form einer Tabakspfeife aufweist, deren Kopf sich aus drei übereinander angeordneten Gefäßteilen zusammensetzt, von denen der mittlere trichterförmig ist und die beiden anderen Gefäßteile, die zylindrisch sind, miteinander verbindet, wobei das Anblasrohr am unteren zylindrischen Gefäßteil angeschlossen ist.
5. 5. Unterhaltung s- und Übungsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper die Form eines Hornes aufweist und mit dem Anblasrohr aus einem Stück gefertigt ist.
6. 6. Unterhaltungs- und Übungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der Membran nach Belieben verändert werden kann.
7. 7. Unterhaltungs- und Übungsgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran mit ihrem Rand in einem Klemmrahmen eingespannt und der Klemmrahmen durch Spannschrauben mit dem Hohlkörper derart verbunden ist, daß die Spannung der Membran durch Anziehen der Spannschrauben erhöht wird. B.
8. Unterhaltungs- und Übungsgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmrahmen zwei Ringteile aufweist, die miteinander verschraubt sind und dadurch die zwischen beiden angeordnete Membran festhalten.
9. 9. Unterhaltungs- und Übungsgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmrahmen zwei Ringteile aufweist, von welchen mindestens einer aus elastischem Material besteht, und daß der eine dieser Ringteile eine Ausnehmung und der andere einen dieser Ausnehmung entsprechenden Wulst besitzt, derart, daß die beiden Ringteile nach dem Prinzip eines Druckknopfes ineinandergedrückt werden können und dadurch die zwischen beiden angeordnete Membran festhalten.