Die Entdeckung der Chladnischen Klangfiguren. Ursprünge und Weiterentwicklung im historischen Kontext

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

1 Vorväter der Chladnischen Klangfiguren

2 Chladnis Klangplatten – Beschreibung des Versuchaufbaus

3 Chladnis weitere Forschung

4 Die Weiterentwicklung des Chladnischen Versuchs – Margaret Watts-Hughes und ihr „Eidophon“

5 Die Weiterentwicklung des Chladnischen Versuchs – Henry Holbrook Curtis und sein „Tonograph“

6 Die Weiterentwicklung des Chladnischen Versuchs – Hans Jenny, die Kymatik und sein „Tonoskop“

7 Hans Jennys piezoelektrische Methode (Versuchsaufbau)

8 Das Chladnische Klangwellen-Prinzip im Instrumentenbau

9 Flüssigkeiten als Materialien zur Sichtbarmachung von Schallwellen

10 Die Fortführung der kymatischen Lehre – Alexander Lauterwasser (Wasserforscher)

11 Versuche mit weiteren Naturelementen zur Sichtbarmachung von Schall

12 Ausblick: Goethes Naturalismus und der Goetheanismus – Chladnis Klangfiguren als Schöpfungsmysthos

1 Vorväter der Chladnischen Klangfiguren

Das physikalische Phänomen der sogenannten „Chladnischen Klangfiguren“ (die nach dem Physiker und Astronomen Ernst Florens Friedrich Chladni (30.11.1756 – 03.04.1827) benannt sind), ist dem Gebiet der Akustik zuzuordnen. Dabei handelt es sich allgemein um Experimente zur Sichtbarmachung von Schall(wellen). Chladni führte hierbei Versuche durch, mit denen er sich auf eine Beobachtung des Mathematikers und Experimentalphysikers Georg Christoph Lichtenberg (01.07.1742 – 24.02.1799) stützte, der seinerseits bereits mit Elektrizität experimentierte und den Elektrophor (eine Influenzmaschine zur Erzeugung hoher Spannungen) entwickelte – wobei im weitesten Sinne bereits Leonardo da Vinci (15.04.1452 – 02.05.1519), Galileo Galilei (15.02.1564 – 08.01.1642) und Robert Hooke (28.07.1635 – 14.03.1703) genannt werden müssten, die Vorreiter auf diesem Gebiet mit wesentlich einfacheren Mitteln waren¹. Im Jahre 1777 entdeckte Lichtenberg auf dem Staub einer Isolatorplatte des Elektrophors sternförmige Muster (die sog. Lichtenberg-Figuren).

2 Chladnis Klangplatten – Beschreibung des Versuchaufbaus

Diese zufällig entstandene Anordnung (der Lichtenberg-Figuren) bzw. ihre Entdeckung inspirierte Chladni dazu, solche Figuren selbst erzeugen zu wollen. Hierzu nahm er eine dünne Platte (als Äquivalent zur Isolatorplatte bei Lichtenberg) und bestreute diese mit Quarz-Sand (als Äquivalent zum Staub). In seiner aus diesen Versuchen 1787 entstandenen Schrift „Entdeckungen über die Theorie des Klanges“ hielt er fest, dass Glasscheiben als Platten am effizientesten seien, da diese die glatteste Fläche böten. Explizit schreibt Chladni: „ Glasscheiben werden immer die besten seyn, weil man Scheiben von Metall, oder von irgend einer anderen Materie schwerlich so regelmäßig haben kann“ ². Dennoch wurden klassischerweise später überwiegend Metallplatten verwendet. An dieser Stelle seien zwei historische Beispiele von Chladni-Klangplatten dargestellt:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten³

Nachdem Chladni die Platte mit Sand bestreut hatte, nahm er einen Geigenbogen, den er zuvor mit Kolophonium (einem Baumharz) eingewachst hatte, und strich in einer gleichförmigen Art und Weise am Rande der Platte entlang, um einen gleichförmigen Ton bzw. eine gleichförmige Schwingung („Mode“) zu erzeugen. Der Sand formierte sich nun zu Mustern, die sich veränderten, sobald ein anderer Ton „angeschlagen“ bzw. eine schnellere oder langsamere Schwingung erzeugt wurde. Die Muster kommen dadurch zustande, dass sich der Sand durch die Schwingung unterschiedlich gruppiert. Diese Gruppierungen sind das Resultat einer sog. stehenden Welle, die wie folgt beschrieben werden kann:

Wenn eine Platte in Schwingung gebracht und dabei eine bestimmte Frequenz gehalten wird, entstehen zunächst einmal sog. Wellentäler und –berge (auch Schwingungsbäuche genannt). Der Abstand zwischen tiefstem Punkt des Wellentals und höchstem Punkt des Wellenbergs wird Amplitude der Schwingungsfrequenz genannt. Ferner sind die Wellenberge und -täler infolge der Schwingung in Vibration befindlich, bewegen sich also. Zum anderen entstehen an den Punkten, wo ein Wellental in einen Wellenberg übergeht sog. Wellen- bzw. Schwingungsknoten, an denen sich keine Vibration messen lässt, also keine Bewegung stattfindet. Diese Wellenknoten entsprechen in einem klassischen Koordinatensystem mit X- und Y-Achse dem Nullpunkt auf der X-Achse (in der folgenden Darstellung also dort zu sehen, wo die Wellen sich am horizontalen Pfeil überschneiden).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten⁴

Der Sand wird nun durch die Vibration (Schwingung) der Wellentäler und –berge auf die Knotenpunkte geschoben/ gestoßen und bleibt dort liegen, wobei entsprechende Muster entstehen⁵. Wie in den obigen Darstellungen der Chladnischen Platten zu sehen, gibt es rechteckige (vornehmliche quadratische), wie auch runde Platten, was dazu führt, dass bei gleicher Frequenz auf quadratischen Platten andere Muster zu sehen sind, als auf runden Platten. Von daher kann also festgehalten werden:

Die entstehenden Muster sind...:

1. von der Frequenz der Schwingung abhängig (sprich: unterschiedliche Frequenzen erzeugen unterschiedliche Muster)
2. von der Form der Platte abhängig (sprich: auf rechteckigen Platten werden andere Muster erzeugt, als auf runden (oder auch anders geformten), selbst wenn bei beiden die gleiche Frequenz die Schwingung erzeugt)
3. von dem Material der Platte abhängig (wie wir bereits festgestellt haben, gab es Glasplatten sowie Metallplatten, als auch andere Materialien (wie etwa Holz), die als Unterlage ausprobiert wurden und die ihrerseits dem darauf verstreuten Material (bei Chladni eben Quarz-Sand) einen unterschiedlichen Widerstand entgegenbrachten, was sich wiederum auf die Schwingung auswirkt) sowie
4. von der Art des Trägermaterials abhängig (neben Quarz-Sand bei Chladni wurde auch Salz, Reis, ein Gemisch aus Salz und Schmirgel sowie Grieß, Lycopodium, Ruß und diverser Staub verwendet).

Folgende Aufnahmen von Versuchen geben einen Eindruck von den entstandenen Mustern bei quadratischen und runden Platten:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten⁶

Chladni selbst hatte in seiner o. g., 1787 entstandenen Schrift diverse Muster für quadratische und runde Platten abgebildet, die hier auszugsweise gezeigt werden sollen, daneben weitere sechseckige, eliptische, halbrunde, dreieckige und rechteckige Platten:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten⁷

Beispielhaft seien hier noch aktuellere Fotos von einem Oktagon bzw. einem Dreieck gezeigt:

[...]

¹ Abgefragt am 31.03.2015 von http://www.cymascope.com/cyma_research/history.html

² Abgefragt am 31.03.2015 von http://www.windmusik.com/html/chladni.htm

³ Abgefragt am 31.03.2015 von http://physics.kenyon.edu/EarlyApparatus/Acoustics/Chladni/Chladni.html

⁴ Abgefragt am 31.03.2015 von http://www.chemgapedia.de/vsengine/glossary/de/stehende_00032welle.glos.html

⁵ Zum Thema stehenden Welle s. auch: http://www.walter-fendt.de/ph14d/stwellerefl.htm, abgefragt am 31.03.2015

⁶ Abgefragt am 31.03.2015 von http://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/mw1_ge/kap_2/illustr/i2_1_2.html

⁷ Abgefragt am 31.03.2015 von http://www.windmusik.com/html/chladni.htm