Die Gitarre

ALLTAGSPHYSIK

Fach: Physik

Thema: Akustik: Die Gitarre

Termin der Abgabe: 27.05.2003

Name: Karl Schumann

Klasse: 8

Inhaltsverzeichnis

1. Die Gitarre

2. Einführende Begriffserklärung

Akustik, Lehre vom Schall

3. Physikalische Gesetze

4. Tonhöhe und Lautstärke

5. Biographie von Heinrich Rudolf Hertz + zeitliche Einordnung

6. Quellen

1. DIE GITARRE

Die Gitarre ist ein Musikinstrument der Lautenfamilie mit flachem, achtförmigen Korpus, rundem Schallloch und einem Hals mit Bünden, über den sechs Saiten verlaufen. Die Saiten sind am Ende des Halses mit Wirbelschrauben befestigt, am anderen Ende auf einem Querriegel (Steg ), der auf den Klangkörper aufgeleimt ist. Die drei oberen Saiten bestehen in der Regel aus Darm oder Nylon, die unteren aus Metall. Der Gitarrist drückt mit den Fingern der linken Hand die Saiten auf bestimmte Bünde, um die gewünschte Tonhöhe zu erzeugen, mit den Fingern der rechten Hand zupft er die Saiten . Bei manchen Gitarren mit Metallsaiten werden die Saiten mit einem kleinen, flachen Plektrum geschlagen.

 

Gitarrenähnliche Instrumente gibt es seit der Antike, die Gitarre selbst wird jedoch erst im 14. Jahrhundert schriftlich erwähnt. Die Gitarre stammt vermutlich aus Spanien, wo sie im 16. Jahrhundert das volkstümliche Gegenstück zur Vihuela des Adels darstellte, ein Instrument ähnlicher Gestalt und Herkunft. Im 16. Und17. Jahrhundert fand die Gitarre in anderen europäischen Ländern Verbreitung. Im 16. Jahrhundert wurde ein fünftes Saitenpaar unterhalb der vorhandenen vier hinzugefügt. Mitte des 18. Jahrhunderts erhielt die Gitarre ihre heutige Form. Aus den Saitenpaaren wurden Einzelsaiten und eine sechste Saite wurde hinzugefügt. Im 19. Jahrhundert verbreiterten die Gitarrenbauer den Korpus, verstärkten die Einbuchtung, machten den Körper der Gitarre zugleich flacher und änderten die Verstrebung im Korpus. Die ursprüngliche aus Holz gefertigten Wirbelschrauben wurden durch ein modernes Metallschraubwerk ersetzt.

In Spanien und Lateinamerika werden Gitarren aller Tonlagen von Kontrabass bis Diskant gespielt. Die zwölfsaitige Gitarre hat sechs Saitenpaare in der üblichen Stimmung. Die Hawaiigitarre liegt auf den Knien des Gitarristen, welcher die Metallsaiten mit quer über den Gitarrenhals gehaltenen Metallstäben verkürzt. Die Saiten sind in der Regel auf einen bestimmten Akkord abgestimmt. Die Elektrogitarre wurde in den dreißiger Jahren in den USA für die Schlagermusik entwickelt und hat einen massiven, nicht klingenden Korpus. Ihr klang wird sowohl elektronisch verstärkt als auch manipuliert (!!! ). Ihr Erfinder, der amerikanische Musiker Les Paul, entwickelte Prototypen und machte das Instrument ab Beginn der vierziger Jahre populär. In der klassischen Musik erlebte die Gitarre vor allem durch das Schaffen des spanischen Komponisten Tarrega und des spanischen Gitarrenvirtuosen Andres Segovia eine künstlerische Wiederbelebung.

 

Western Gitarre

Diese Westerngitarre wurde mit einem vergrößertem Korpus gebaut und mit Stahlsaiten bespannt.

 

 

 

 

Klassische Gitarre

Form und Charakteristik der Klassischen Gitarre haben sich seit ihrer Einführung im 16. Jahrhundert kaum verändert. Boden und Decke des Korpus sind flach, dass Instrument ist heute gewöhnlich mit sechs Nylonsaiten bespannt.

 

 

 

 

Les Paul

Mitte der fünfziger Jahre entwickelte Gibson zusammen mit dem Gitarristen Les Paul die nach ihm benannte E- Gitarre in Massivbauweise.

 

 

Fender Stratocaster

Der Körper der Fender Stratocaster verfügt über keinen Resonanzkörper, sondern ist aus mehrfach verleimten massiven Holz hergestellt, wobei der Klang von drei Tonabnehmern, den Pick Ups; aufgefangen und an einen elektronischen Verstärker weitergeleitet wird.

 

 

Gibson LS

Um 1923 baut die Firma Gibson eine Schlaggitarre mit gewölbter Decke, die bis in die fünfziger Jahre populär blieb und in der Version LS zusätzlich mit einem elektronischem Tonabnehmer zur Klangverstärkung ausgerüstet ist.

 

 

(Vgl. "Gitarre", Microsoft Encarta 98 Enzyklopädie)

 

2. Akustik, die Lehre vom Schall

Jeder Schall hat eine gewisse Dauer (lang, kurz ) und eine gewisse Stärke (laut, leise ). Bei den Tönen unterscheidet man außerdem noch eine Tonhöhe (hoch, tief ) und eine Klangfarbe (ein Klavier und eine Gitarre klingen bei gleicher Tonhöhe unterschiedlich )

 

Schall entsteht durch Schwingungen (regelmäßig hin- und hergehende Bewegungen ) von elastischen Körpern. Die durch Schlagen oder Klopfen ausgelösten Schwingungen von Gegenständen (Schallquellen ) werden durch feste, flüssige und gasförmige Stoffe (z.b. Mauern, Wasser oder Luft )

An unser Ohr geleitet. Im luftleeren Raum gibt es keinen Schall !!!

Eine vollständige Schwingung besteht aus einem Hin- und Hergang. Die Anzahl der Schwingungen in einer Sekunde bezeichnet man als Schwingungszahl oder Frequenz. Die Einheit der Frequenz ist 1 Schwingung pro Sekunde. Sie wird nach dem deutschen Physiker Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894 ) als 1 Hertz (Hz ) bezeichnet

 

 

 

 

Schallwellen sind Verdichtungen und Verdünnungen der Luft, welche sich kugelförmig nach allen Seiten ausbreiten. Trifft eine Schallwelle auf das Trommelfell unseres Ohres, so gerät auch dieses in Schwingungen, die durch das Gehörorgan bis zu den Enden der vom Gehirn kommenden Gehörnerven weitergeleitet werden. Das menschliche Ohr kann nur Töne hören, deren Frequenz zwischen 20 Hz und 20 000 Hz liegt. Mit jedem Lebensjahrzehnt nimmt die obere Hörgrenze allmählich um ca. 2000 Hz ab.

 

Die Schallgeschwindigkeit wird dadurch bestimmt, das man die für eine bestimmte Strecke benötigte Zeit mißt. Die Schallgeschwindigkeit ist stark vom Medium abhängig. Sie ist zum Beispiel im Wasser höher als in der Luft.

Die erste genauere Messung führten der deutsche Alexander von Humboldt und der Franzose Arago in der Nacht vom 21. Zum 22. Juni 1822 aus:

Auf zwei Hügeln in der Nähe von Paris, die 18,5 km voneinander entfernt sind, waren Kanonen aufgestellt, welche abwechselnd abgefeuert wurden, um den Einfluss des Windes auszuschalten. Für die Zeit zwischen dem Aufblitzen des Mündungsfeuers und dem Eintreffen der Schallwelle wurde ein durchschnittlicher Wert von 55 Sekunden ermittelt. Die Schallwelle hat daher in einer Sekunde eine Strecke von 18500 m : 55 = 336 m zurückgelegt.

Die Schallgeschwindigkeit ist unabhängig vom Barometerstand, wächst aber etwas mit steigender Temperatur (0°C... 332 m/s, 15°C... 340 m/s ) und steigender Feuchtigkeitsgehalt.

(Vgl. http://home.eduhi.at/just4fun/sites/akustik.html)

 

Faustregel: Zum zurücklegen einer Strecke von 1 km braucht der Schall in der Luft 3 Sekunden!

 

 

 

 

 

3. Physikalische Gesetze

Schallquelle: Der Körper, der schwingt und dabei Energie abgibt, heißt Schallquelle.

Mögliche Schallquellen in der Musik:

  1. Schwingende Saiten
  • Zupf- und Streichinstrumente

Gitarre

  1. Schwingende Luftsäule
  • Blasinstrumente

Trompete

Frequenz: Tonhöhe, Anzahl der Schwingungen pro Sekunde.

Je größer die Frequenz, desto höher der Ton. Z.B.

Kammerton A hat 440 Schwingungen pro Sekunde

Das sind 440 Hertz. 1/s = Hz

Frequenzen der Saiten der Gitarre:

E= 164,8 Hz G= 392,0 Hz

A= 220,0 Hz H= 493,9 Hz

D= 293,7 Hz E= 659,3 Hz

Berechnungsmöglichkeit der Frequenz:

f= 1/2lÖ F/r *A

f- Frequenz

  1. Querschnitt der Saite

l- Länge der Saite

F- Spannkraft der Saite

r - Dichte des Saitenmaterials

Berechnungsmöglichkeit der Ausbreitungsgeschwindigkeit:

c= l * f

l - Wellenlänge

f- Frequenz

Schallgeschwindigkeit in Luft (bei 20°C ) 343 m/s

(Vgl. Lichtgeschwindigkeit in Luft ca. 300.000 km/s )

 

Die Amplitude gibt die Lautstärke an.

Frequenz die Tonhöhe.

Bild 1: laut, sehr tief

Bild 2: laut, hoch

Bild 3: leise, tief

Bild 4: sehr laut, tief

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Vgl. Helmut Dreißig, Physik für Sekundarstufe 1, Bd.2: 174)

4. Tonhöhe und Lautstärke

Die Lautstärke wird in Dezibel gemessen (Dezibel a oder

"db(a)"). 0 db ist die Hörschwelle, 20 db ist etwa so laut wie Flüstern oder Blätterrascheln, 40 db ist so laut wie eine normale Unterhaltung, 60 - 80 db entspricht dem Straßenlärm.

Alles über 70 db schädigt das Nervensystem und macht krank!

 

 

Je heftiger ein Schallerreger schwingt, desto weiter schwingen auch die Luftteilchen aus. An unser Trommelfell kommen daher stärkere Druckschwankungen. Dieser Schalldruck wird in Mikropascal gemessen.

Messgeräte wandeln Druckschwankungen durch ein Mikrophon in Stromschwankungen um. Sie geben den Schallpegel in Dezibel an. Nullpunkt ist der Druck des gerade noch hörbaren Schalles. Jede Erhöhung um 20 db bedeutet eine Verzehnfachung des Schalldruckes. Der Schalldruck bei schmerzhaftem Schall (140 db ) ist zehn Millionen mal so groß wie beim gerade hörbarem Schall.

(Vgl. http://home.eduhi.at/just4fun/sites/akustik.html)

5. Heinrich Rudolf Hertz (1857- 1894 )

  • Hertz wurde in Hamburg geboren
  • studierte dann an der Universität Berlin
  • Von 1885 bis 1889 lehrte er als Professor für Physik an der technischen Universität in Karlsruhe
  • 1889 wurde Hertz Professor für Physik an der Universität in Bonn
  • Hertz klärte und erweiterte die elektromagnetische Theorie des Lichtes, welche bereits durch den britischen Physiker James Clerk Maxwell im Jahr 1884 ausgearbeitet worden war
  • Hertz bewies, dass sich die Elektrizität in elektromagnetischen Wellen übertragen lässt, die sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen und viele andere Eigenschaften des Lichtes aufweisen
  • Seine Experimente mit Wellen führten zur Entwicklung des Telegraphen und des Radios

(Vgl. " Hertz, Heinrich Rudolf", Microsoft Encarta 98 Enzyklopädie)

Was war zurzeit auf der Welt noch so los?
  • Eddison erfindet Glühbirne um 1870
  • Erfindung des Telefons von Bell (1876 )
  • 1884 erstes Automobil in Deutschland
  • Marconi erfindet drahtloses Telefon (1895 )
  • Röntgen: erste Röntgen Aufnahme im Jahre 1895
  • 1888 - 1918 Regierung Wilhelm 2.

(Vgl. Davis, Gill, Die Zeittafel der Medizingeschichte 2000, 34)

 

 

6. Quellenprotokoll

Autor(en):

Titel: "Gitarre"

Erscheinungsort:

Computerlexikon: Encarta

Erscheinungsjahr: 1993- 1997 Seite:1 u. 5

 

Autor(en):

Titel: Akustik

Adresse: http://home.eduhi.at/just4fun/sites/akustik.html.

Pfad: Seite: 2 u. 4

 

Autor(en): Helmut Dreißig

Titel: Physik für die Sekundarstufe 1, Band 2

Erscheinungsort: Berlin

Verlag: Cornelsen Verlag

Erscheinungsjahr: 1991 Seite: 3