Das aerodynamische Paradoxon an der Stimmzunge

[lil]

beim Harmonikaverband sollte man schon ein bisschen Ahnung vom Akkordeon haben, wo sonst?

Frage ist, war der Journalist beim Harmonikaverband oder beim Landesmusikrat (der ja das "Instrument des Jahres" kürt) oder hat er nur versucht, sich im Internet schlau zu machen ...

 

[LoboMix]

Auch wenn die Klarinette eine aufschlagende "Zunge" (Rohrblatt) hat und keine durchschlagende Zunge wie beim Akkordeon und der Mundharmonika, so denke ich wohl, dass die Wirkprinzipien die eine Schwingung und damit den Ton erzeugen, bei beiden Systemen absolut vergleichbar sind. Und da bei der Klarinette der Effekt des Herrn Bernoulli in der Tat das verursachende Prinzip ist, gehe ich davon aus, dass Herr Bernoulli auch beim Akkordeon ursächlich beteiligt ist.

In diesem (englischsprachigen) Video:

View: https://www.youtube.com/watch?v=2zGAfoaNlsI
erklärt der freundliche Herr u.a. mit einigen zusätzlichen Animationen sehr schön, wie der Bernoulli-Effekt die Schwingung bzw. den Ton verursacht, am Beispiel einer angeblasenen Flasche (Prinzip Flöte) und eben am Beispiel des Klarinetten-Mundstücks mit seinem Klarinettenblatt.

Es geht zum einen um die Beschleunigung des Luftstroms in bzw. an einem Spalt wodurch ein Unterdruck entsteht und um den periodischen Druckausgleich im System nebst dem Überschwingen des Systems (im Video ein Pendel als Vergleich) was einen schnellen periodischen Druckwechsel hervorruft - und damit den Ton.
Für den Druckausgleich sorgt beim Klarinettenblatt und der Stimmzunge das Verschließen bzw. nahezu Verschließen des Spalts. Dadurch lässt der Unterdruck nach und die Federkraft des Blatts/der Zunge lässt dieses/diese wieder in die ursprüngliche Lage zurück federn, zuzüglich einem Überschwingen. Das öffnet den Spalt, die Luft kann wieder beschleunigt hindurch, es entsteht erneut ein Unterdruck der das Blatt/die Zunge mitnimmt - und das ganze Spiel wiederholt sich. Wenn es sich z.B. 440 mal in der Sekunde so wiederholt, hören wir den Stimmton A1=440 Hz.

Das ganze ist bei Blasinstrumenten, dem Akkordeon, der Mundharmonika und nicht zu vergessen der Pfeifenorgel vollständig vom Luftstrom abhängig. Stoppt dieser, so verklingt auch der Ton unmittelbar, ein Nachschwingen findet praktisch nicht statt. Bei Saiten oder Flächenschwingern, vor allem solchen mit größeren Massen (Vibraphon, Fender, Streichinstrumente, Klavier) schwingt das System nach der Anregung gerne noch eine Weile weiter (sonst bräuchte ein Klavier oder ein Vibraphon keine Dämpfer).

 

[maxito]

ich glaube wenn man nur einen Effekt anschaut , wird man nicht zum Ziel kommen...

Der Balgdruck erzeugt einen Luftstrom, der die Zunge auslenkt, deren eigene Rückstellkraft wirkt dagegen, so entsteht die Schwingung im Wechselspiel der Kräfte.

Die Rückstellkraft ist wichtig.. aber wenn man die Stimmzunge von der anderen Seite anbläst, kann man die Zunge genausoweit auslenken als wenn man saugt.. aber so kommt keine Schwingung zustande. Könnt ihr ausprobieren - Ventil auf die Seite schieben und von der Seite in die Zunge reinblasen: tut sich nix!

Bläst man von "der richtigen" Seite rein, dann kann die Zunge ins schwingen kommen...

... Aber wenn die Zunge ganz flach ohne Aufbiegung ist, dann kanns gerne mal passieren dass die Zunge in den Spalt eintaucht und dann da stecken bleibt... daraus würde ich mal folgern dass alleine die Rückstellkraft die Sache auch nicht macht - sonst müsste die Zunge gegen den Luftdruck zurückschwingen.. tut sie aber so nicht.. Also muss dann doch noch was dazukommen damit der Effekt sicher unterbunden wird und die Zunge auch sicher wieder zurückschwingt.

Das Abreißen der Strömung führt nach meinem unfachmännischen Verständnis zur Erregung der Oscillation

das alleine ist s auch nicht - denn die Zunge kommt ja definitiv ins Schwingen bevor die Zunge in den Plattenspalt eintaucht. Am Holzmodell, das Balg mal gebaut hat kann man das sehr schön sehen: die Holzzunge schnarrt fröhlich vor sich hin ohne in den Spalt einzutauchen.

Also Bernouillieffekt alleine machts also auch nicht....


Somit sehe ich nach wie vor 4 Effekte die zusammen bewirken dass die Zunge zuverlässig und mit Kraft schnell stabil schwingt... fehlt einer davon , wird s schon schwierig, bis unmöglich:

1. Luftdruck aus dem die Energie kommt um die Auslenkung der Zunge zu füttern
2. zusätzlich brauchts noch was was die Zunge dazu bewegt etwas stärker in den Spalt einzutauchen. Das macht die Aufbiegung , der Lösabstand, recht zuverlässig.
3. Und es braucht was was zuverlässig den Eintaucheffekt unterbricht und dafür sorgt dass kurzzeitig die Druckkraft der Luft unterbrochen oder zumindest verringert wird - dafür taugt der Bernoulli Effekt ganz gut, der egal wie stark oder schwach, sicher unterbrochen ist wenn die Zunge in den Spalt eintaucht.
4. ...Und es braucht etwas warum die Zunge überhaupt erstmal anfängt sich zu bewegen - also warum die anfängt zu vibrieren, obwohl sich sonst noch keine Schwingung aufgebaut hat. Das kann man sich durch auslösende Luftwirbel von der einströmenden Luft ganz gut vorstellen

Dass ein Journalist, nur weil er ein solcher ist, für allen Unsinn (übertrieben formuliert), den er veröffentlicht,

und wir sind uns einig dass das was der Journalist geschrieben hat nicht korrekt ist.


...und das geht eigentlich gar nicht, wo man doch hier schon sieht, dass nicht mal wir eine konkrete Ahnung haben, wie die Stimmzunge bzw. das Akkordeon funktioniert! ...oder?

 

[opa_albin]

Wunderbar geschrieben, maxito. Danke für Deine Mühe, für mich ist meine Frage damit zufriedenstellend und so gut wie möglich beantwortet.
Über vieles hatte ich mir noch gar keine Gedanken gemacht!

Interessant ist für mich auch, dass diese Instrumente vermutlich alle gebaut wurden, ohne das Wirkprinzip und den Herrn Bernoulli zu kennen. Also aus praktischer Erfahrung und Experimentieren heraus.

Es bleibt wieder mal die Erkenntnis: Man weiß, dass man nichts weiß. Und das ist doch schon mal was

 

[Balg]

verstehe ich den Text so, dass die Zunge nach oben ausschlagen soll. Sonst wäre es ja nicht überraschend.

Opa albin,
die Funktion der Stimmzunge -Stimmplatte ist zu einfach um kompliziert zu erklären.

Betrachte die Tonzunge als eine einseitige befestigte Feder auf der Stimmplatte. In dieser Stellung ist die Feder in ungespannter Lage. Egal ob ich auf die Feder drücke oder anhebe, spanne ich die Feder. Wenn ich sie nicht verbiege ,kehrt die Feder in ihre Ausgangslage zurück.
Was macht man jetzt um sie zum Schwingen zu bringen ?
Es wird eine zusätzliche Kraft benötigt , die sich bei gleichbleibenden Balgdruck zu- und abschalten lässt. Diese Kraft muß dazu in der Lage sein, die Feder zusätzlich zu spannen. Wird diese Spannkraft schlagartig gestoppt ,so ist die gespeicherte Energie in der Feder ( Tonzunge ) um ein erhebliches Maß stärker als der immer noch vorhandene Balgdruck auf der Feder .Somit ist die Feder in der Lage,in ihre Ausgangslage minus noch anliegenden Balgdruck plus Restschwingungen zurück zukehren.

Der Balgdruck ist ja nicht ein starres Gewicht. Verschließt die Tonzunge den Schlitz in der Stimmplatte, kann die Tonzunge nicht in ihre Ruheposition zurückkehren.

Wozu stelle ich einen Lösabstand ein? Das hat den Sinn dass ich die Tonzunge so vebiege, dass ein Großteil ihrer Gesamtlänge sich so über der Stimmplatte erhebt, dass hier der anliegende Balgdruck ein Durchströmen in den unterliegenden Schlitz erlaubt. Das hat dann zur Folge, dass sich unter der Zunge ein Unterdruck aufbaut, der die Zunge zusätzlich in den Schlitz zieht.

In dem Moment wo der Lösabstand die Platte erreicht, tritt die zusätzlich gespannte Feder den Rückzug gegen den noch vebleibenden Balgdruck erfolgreich an.

Zusammengefaßt ergibt es folgendes Ergebnis:

Ausgangsstellung ist die Ruhelage der so vorausbearbeiteten Tonzungenlage.

Wichtigster Schritt erfolgt durch den Strömungsaufbau durch den Lösabstand. Hiermit erreicht man große Zugkräfte unter der Tonzunge und somit wird die Tonzunge erheblich zusätzlich gespannt.

Verschließt die Zunge den Plattenkanal, dann wird wie oben schon einmal erläutert , ein weiteres Vorspannen der Zunge abrupt gestoppt so daß die Tonzunge gegen den wie beschrieben noch anliegenden Balgdruck durch ihre erheblich gespeicherte Energie in ihre Ausgangslage zurückkehren kann.

Somit sind auch alle nachfolgenden Fragen beantwortet. Je besser die Zunge auf den Platte abschließt, umso leistungsfähiger ist die Tonentwicklung.

So arbeitet meine Holztonzunge als Nachweis meiner Überlegungen.

Ich hoffe, dass meine Ausführungen verständlich nachvollziehbar sind.

Gruß
Manfred

 

[opa_albin]

Danke @Balg, das ist super erklärt.

Ich bin selbst ein bisschen baff, dass ich seit x Jahren Akkordeon spiele und mir noch nie wirklich Gedanken über die Funktionsweise gemacht habe

Dein Holzmodell würde ich (und bestimmt nicht nur ich) gern mal in Aktion erleben.
Eigentlich wäre das Jahr des Akkordeons auch ein Grund, darüber mal einen Film zu machen, so Sendung-mit-der-Maus-mäßig ...

Beitrag automatisch zusammengefügt: 29.11.25

erklärt der freundliche Herr u.a. mit einigen zusätzlichen Animationen sehr schön, wie der Bernoulli-Effekt die Schwingung bzw. den Ton verursacht, am Beispiel einer angeblasenen Flasche (Prinzip Flöte) und eben am Beispiel des Klarinetten-Mundstücks mit seinem Klarinettenblatt.

Danke @LoboMix , habe mir das Video jetzt (erst) angesehen.
Sehr interessant und schön erklärt! Das Prinzip ist ähnlich allerdings ohne die Sache mit dem Lösabstand... oder gibt es etwas vergleichbares auch bei der Klarinette/Sax?

Bei ihm wird ja die kinetische Energie des Blatts und das daraus folgende "Überschwingen" über die Mittellage als wesentliche Größe für die Schwingung dargestellt, also der Grund, warum es nicht zu einem Gleichgewicht kommt.
Ich verstehe das so, dass es zu einem plötzlichen(!) Abreißen der Strömung kommen muss, wie @Balg erklärt hatte,

Wenn es ein allmähliches Annähern an einen Gleichgewichtszustand gäbe, würden sich die Kräfte einpendeln und die Zunge / das Blatt irgendwo im Bereich geringster Energie stabilisieren.
Durch den plötzlichen Abriss gibt es aber immer wieder das "Anschubsen" der Zunge/des Blatts.

Danke Euch für die Mühe des Erklärens! Wozu so eine simple (und oberflächliche) Pressemitteilung so alles gut sein kann

 

[LoboMix]

... allerdings ohne die Sache mit dem Lösabstand... oder gibt es etwas vergleichbares auch bei der Klarinette/Sax?

Ja, den gibt es im Prinzip auch beim Klarinettenmundstück. Die Öffnung am Mundstück unter dem Blatt weitet sich zunehmend zur Spitze hin, so dass an der Spitze zwischen Blattspitze und Mundstückspitze ein Abstand von ca. 1,4 bis 1,7 mm entsteht.
Diese Öffnung wird "Bahn" genannt.
Das würde dem Lösabstand bei der Akkordeonzunge entsprechen.

Es muss ja eine Initiale Öffnung geben wo der Luftstrom durch muss. Und die muss ausreichend schmal sein, dass der Luftstrom beschleunigt wird und unter dem Blatt/der Zunge ein Unterdruck entsteht der das Blatt zur Öffnung hin angesaugt.
Wenn das Blatt auf die Öffnung schlägt verschließt es diese und der Unterdruck verschwindet. Ohne den Unterdruck lässt seine Federkraft das Blatt/die Zunge zurück schwingen + Überschwinger.

Durch den jetzt wieder offenen Spalt kann erneut die Luft strömen und das Spiel beginnt von vorne.

Wahrscheinlich muss die Öffnung gar nicht ganz verschlossen werden damit der Unterdruck abreißt.
Denn wenn der Spalt nur noch ganz, ganz schmal ist, fließt nur noch ganz, ganz wenig Luft hindurch. Und auch wenn sie theoretisch immer mehr beschleunigt wird, reicht wahrscheinlich irgendwann die Luftmenge einfach nicht mehr aus um einen ausreichend starken Unterdruck zu erzeugen der gegen die Federkraft des Blattes/der Zunge ankommt.