Warum verändert Cappuccino sein Ton

Kurzfassung meiner Arbeit zu Schüler Experimentieren 2009Finn Süberkrüb 6.März 2009 FinnsCappuccion[at}sueberkrueb.de

http://www.youtube.com/watch?v=6b7gxZi0gHg

Im folgenden Link eine Hörprobe, es gibt auch weiter schöne Filme dazu im Netz.

Ist es vielleicht eine akustische Täuschungen?

Nein; wir haben in Cappuccino zwar auch mehrere Töne, aber nicht wie z.B. bei Shepard Tonleiter das die sich entsprechend verändern.

Also müssen wir in der Tasse und nicht im Kopf nach dem Phänomen suchen.

Beispielspektrum Shepard Tonleiter

Beispielspektrum Cappuccino

Flüssigkeiten, Gefäße und wie klopfen• Geht in einem Gemisch aus Flüssigkeit und Gas. Aber nicht mehr in Schaum. • Sehr gut mit Cappuccino. Aber auch auch in geschäumter Milch oder Kakao.

• In manchen Gefäßen hört man es besser. Aber grundsätzlich ist es unabhängig davon. Mutterns teuerste Tassen waren die besten

• Man kann ganz einfach mit einem Löffel klopfen. Aber gut bekommen das nur die hin, die schon länger Cappuccino Unterricht nehmen. Den bieten bislang aber nur wenige Musikschulen an. • Der Klopfer (Löffel) sollte für eine Messung den Tassenboden nur einmal anregen. Danach nicht darauf rumhüpfen und nicht darauf rumdrücken.

-> darum klopfe ich mit einer kleinen Klopfmaschine.

Messaufbau zur Ursachensuche

PC

Und das kann nun jeder mit dem was man Zuhause so findet nachbauen. Den NXT zum Klopfen und ein Stativ hat vermutlich nicht jeder. Also notfalls mit der Hand klopfen. Aber ein Headset mit Mikrofon und ein PC findet man überallDann in dem Internet sich ein Schneidprogramm suchen. Damit man die Töne aufnehmen und später schneiden kann. Für die Frequenzanalyse dann dazu die Demoversion von Multi-Instrument herunterladen. Und in einem unbemerkten Moment dann noch eine von den guten Tassen aus der Küche entführen.

Nun noch ein Systemtest mit z.B. einem Xylophon ->Beispiel A2 440Hz

Und wie man sieht, das A2 das man spielt kommt auch so im PC an. Also kann es nun an das Messen gehen.

Der Ton als Frequenz

Und hier sein Spektrum

Danke an VIRTINS Multi-Instrument für die Version

Ablauf MessungTöne aufnehmen

Ausschnitt als *.wav speichern

Und in Multi- Instruments öffnen

Nebenbemerkung: Und dann sieht man ein Beispiel für ein schlecht geklopften Ton bei dem der Löffel mehrfach aufgeschlagen ist.

MessungAm Anfang

Nach einigen Klopfern

Und am nächsten Morgen

Ist es die Füllhöhe?

Luft geht raus -> Füllstand sinkt -> also ändert sich der Ton?

NEIN ist es nicht:

Unten das Resultat bei zwei Füllhöhen in einem Becherglas.

200ml

600ml

Nebenbei, mal ein Test wie viel Luft so etwa drin ist -> sind max. 10%

Wichtiger Punkt: das leere Gefäß hat einen höheren Ton als das Gefäß mit Flüssigkeit.

Ist es die Schallgeschwindigkeit? Das ist eine Erläuterung. Detaildaten dazu findet man zum Beispiel bei http://www.lifepr.de/pressemeldungen/innocel-innovations-center-loerrach-gmbh/boxid-36817.html

Aber wenn man sich das Spektrum ansieht, dann ist es schon seltsam. Der eine Peek den Wasser hat wird zu mehreren Peeks. Und das sind nicht einfach die Obertöne.

-> Was ähnliches kann man erzeugen, wenn man in eine Trompete bläst, und gleichzeitig auf sie Klopft. Es gibt zwei unabhängige Töne.

Starke Bedämpfung im CappuccinoUnd jetzt kommt noch ein Phänomen dazu -> der Cappuccino verschluckt den Ton. Eine Tasse mit Wasser klingt viel länger. Im Cappuccion ist 2 ms ist es schon vorbei. Er bedämpft den Ton also stark. Entweder ein Messfehler oder sind die Luftblasen vielleicht verantwortlich? Ob vielleicht das Ohr bei so einem kurzen Ton anders reagiert? Habe ich aber erst mal nicht weiter untersucht.

Beim Cappuchino ist nach 2ms der Ton abgeklungen

Mein ErgebnisAm Anfang hat die Tasse eine Frequenz und der Cappuccino eigene Frequenzen. Solange die Luft im Cappuccino ist, kann der Cappuccino unabhängig von der Tasse schwingen. Die Luft entkoppelt sozusagen den Cappuccino.

Wenn die Luft nun aus dem Cappuccino entweicht muss der Cappuccino und die Tasse zusammen schwingen. Dadurch kommen die Frequenzen die am Anfang bei 4300 Hz ( Cappuccino) und 6500 Hz (Tasse) sind auf ca. 5600Hz zusammen.

Der hohe Ton der nach langem Klopfen entsteht, ist der der auch mit normalem Wasser entstehen würde. Tasse und Cappuccino schwingen zusammen.

Die Eigenfrequenz des Cappuccinos hängt sicher an der Schallgeschwindigkeit. Abhängig von der Luftmenge, könnte sich die Eigenfrequenz ändern. Aber der Gesamteindruck des Tons wird damit wohl nur teilweise erklärt.

Wenn man die Messung nur im Cappuccino macht (also das Ohr in den Cappuccion steckt), wird man das nicht finden. Dort findet man vermutlich nur die Eigenfrequenz vom Cappuccino. Aber nicht von der Tasse mit Cappuccino. Und die Tasse gehört bei einem guten Cappuccino nun mal dazu.

Film zur Veranschaulichung

Mit Luft Cappuccino und Tasse können auf ihren eigenen Frequenzen schwingen

Ohne LuftCappuccino und Tasse schwingen zusammen auf einer Frequenz

Bitte das blaue Feld anklicken, stark vereinfacht und übertrieben.

Und jetzt bleibt ein Problem!

Es gibt eine Theorie, -> die Ursache ist die niedrigere Schallgeschwindigkeit in einer Mischung mit niedrigerer Dichte als Wasser (unter anderem Crawford 1982, leider will sein Verlag 25$ per Kreditkarte für die Publikation und weder das eine noch das andere habe ich).

Von T.Kilty gibt es die Aussage, es muss wohl ein weiteres Phänomen eine Rolle spielen.

Und aus Taiwan (Mrs Zhang ) wohl die Aussage, das es nicht die Schallgeschwindigkeit ist. Was sie schreibt, konnte ich leider nicht lesen, da nur auf chinesisch. (da fast alles in Englisch, danke an meinen Übersetzer)

Und mein Ergebnis ist, dass es die Entkopplung von Cappuccion und Tasse ist.

Da bleibt wohl noch was zum Forschen und Beweisen.

PS: sieht ja recht einfach aus

Aber waren einige tausend Töne und einige Diskussionen bis mir endlich klar wurde, dass ich nicht einfach einen Ton finden werde der immer weiter ansteigt. Habe lange geglaubt das meine Messungen Schrott sind.

Danke an mein Onkel Ingmar, der die gute Idee mit dem zerschneiden der Töne hatte. An Multi-Instruments (www.virtins.com) , die mir nach dem Auslauf der Demo-Lizenz für meine Versuche die verlängert haben. Und meinen Vater, der versucht hat meine Rechtschreibfehler zu finden und immer wieder neuen Cappuccino gekauft hat.