Chladnische Klangfiguren - Sweetspotvisualisierung für Hölzer

[sr5555]

Wenn man den Sweetspot eines Holzes sichtbar machen möchte, kann man das mit Hilfe der C.K. tun.

Was das ist? Hier: http://de.wikipedia.org/wiki/Chladnische_Klangfigur
Bekanntlich schwingt das Holz nach dem Auftreffen des Balles mit seiner Eigenfrequenz. Man kann es sich so ähnlich vorstellen wie hier gezeigt:
http://commons.wikimedia.org/wiki/Ca...ion_animations
Allerdings ist beim Holz im Gegensatz zur Drum der Rand nicht eingespannt, es sieht also etwas anders aus.

Vorgehensweise:
- mit Hilfe von "Audacity" die Eigenfrequenz ermitteln
http://forum.tt-news.de/showthread.p...ht=stiga+magna
- die Eigenfrequenz mit "Audacity" generieren (generate, tone, sinus oder so ähnlich), dann über PC-Lautsprecher abspielen
- Ein wenig Feinsand oder Salz auf das Blatt streuen und das Blatt dann ganz dicht waagerecht über die Lautsprechermembrane halten. Das Blatt wird dann mit seiner Eigenfrequenz angeregt und die Sandkörner sammeln sich in den Schwingungsknoten, also dort, wo das Blatt ruhig bleibt. Innerhalb des Kornkreises sollte sich dann der Sweetspot befinden.

Bild 1 zeigt das Ergebnis für meinen Eigenbau aus "Ein Test Objekt".
Hier ist die Quersteifigkeit höher als die Längssteifigkeit.
Bild 2 für die 2. Eigenschwingung eines Kiso Hinoki 5, hier ist die Längssteifigkeit höher - man sieht es.
Bild 3 für einen Eigenbau, der ausgeglichen steif ausgelegt wurde.

Viel Spass mit dem Spielzeug

[sr5555]

Eine wichtige Erkenntnis, die ich bisher aus der Anwendung dieser Methode ziehe: der Sweetspot eines Holzes hängt ausschliesslich von dem Verhältnis aus Längs- und Quersteifigkeit ab.
Es spielt insbesondere keine Rolle, ob man ein faserverstärktes oder ein Vollholz nimmt. Der Sweetspot eines faserverstärkten Holzes ist NICHT grösser, obwohl die Marketingstrategen dies behaupten.
Und er ist überhaupt kleiner, als man gerne glauben möchte.
Aber das gilt für ALLE Hölzer, gleich welcher Marke.

Eine Möglichkeit, den Sweetspot zu vergrössern, besteht darin, ein grösseres Blatt zu bauen. Aber das hat dann wieder andere Nachteile.

Leben wir also einfach mit dem, was ist - der Gegner muss es ja auch .

[Obachecka]

Zitat von sr5555

Eine wichtige Erkenntnis, die ich bisher aus der Anwendung dieser Methode ziehe: der Sweetspot eines Holzes hängt ausschliesslich von dem Verhältnis aus Längs- und Quersteifigkeit ab.
Es spielt insbesondere keine Rolle, ob man ein faserverstärktes oder ein Vollholz nimmt.

Das klingt für mich merkwürdig.
Schließlich sorgt gerade eine Faserverstärkung doch dafür, dass ein Holz steifer wird, oder etwa nicht?

[sr5555]

Kevin, ja, die Faserverstärkung macht das Holz steifer.
Sie leistet das Gleiche wie ein zus. Furnier, und das bei geringerem Gewicht.
Insofern machen Fasern Sinn, gegenüber einem Vollholz erreicht man bei gleichem Gewicht ein höheres Tempo bzw. bei gleichem Tempo ein niedrigeres Gewicht.

Was nun den Sweetspot angeht, so verstehe ich darunter den Bereich des Blattes, welcher eine Mindest-Schwingungsamplitude erreicht. Das ist der Bereich, den man mit Hilfe der Chladnischen Klangfiguren sichtbar machen kann. Genauer gesagt, auch nur die Mitte dieses Bereiches, vielleicht 5-7cm
Durchmesser. Wenn du einen Dotztest entlang der Spur machst, auf die sich die Salzkörner hinbewegt haben, wirst du feststellen, dass das Holz dort "tot" klingt. Was daran liegt, dass das Holz dort nicht schwingt. Natürlich kann man damit schlagen, aber eben undynamisch, ohne "Verstärkung" durch das Holz. Ausserhalb der Salzspur schwingt das Holz sogar gegenphasig, da wird dann sogar noch Energie abgezogen.

Ich behaupte nun, dass ein steifes und ein weiches Holz sich in der Grösse dieses Kreises nicht unterscheiden, dies war für mich das Resultat aus Messungen von etwa 20 Eigenbauten, bei denen ich genau weiss, wie steif
diese waren. Da ist kein Unterschied zw. steif und elastisch.

Aber die Form ändert sich, wenn die Steifigkeit in einer der beiden Achsen deutlich anders wird, siehe das Kiso Hinoki, welches quer ziemlich weich ist.
Ich hoffe, es ist nun etwas klarer .

[Obachecka]

Mir ist der Unterschied zwischen Längs- und Quersteifigkeit noch nicht so ganz klar.

Wodurch erreicht man eine Längs-, wodurch Quersteifigkeit?
Sind Kunstfaserhölzer in dieser Beziehung stärker limitiert als normale Hölzer?

[sr5555]

Gemeint ist in beiden Fällen die Biegesteifigkeit. Bei Holz ist sie in Längs- und Querrichtung sehr unterschiedlich, sagen wir mal grob geschätzt 10:1. Aus diesem Grunde werden unter dem Deckfurnier Zwischen- oder Sperrfurniere eingezogen, und zwar um 90 Grad versetzt. Damit erreicht man dann eine in etwa (nicht wirklich genau, meistens wählen die Hersteller ein Verhältnis von 4:3 längs:quer) ausgewogene Steifigkeit.

Hättest du stattdessen z.B. eine Metallplatte, dann könnte man das Blatt einschichtig ausführen, denn Metall ist in allen Richtungen gleichmässig biegesteif. Bei einschichtigen Hölzern jedoch, z.B. bei Hinoki Monoblades, ist das Blatt in Längsrichtung steif, in Querrichtung weich. Wenn man solche Hölzer mit Audacity misst, stellt man dann auch 2 Eigenfrequenzen fest, eine in Querrichtung (die tiefere von beiden), und eine weitere in Längsrichtung (die höhere, weil in Längsrichtung steifer). Anbei die Bilder von einem Eigenbau, welcher so ähnlich ausgelegt wurde. Das erste Bild zeigt die Querschwingung, das andere die Längsschwingung (sie ist durch den Griff verzerrt).

Es wäre interessant, wenn jemand mal ein Monoblade mit seinen beiden Eigenfrequenzen hier vorstellen würde.

Zurück zu deiner Frage: die Steifigkeiten sind proportional zum Elastizitätsmodul E in Längsrichtung des Holzes (oder der Faser) und proportional zur dritten Potenz der Dicke (h**3). Wenn du dich für Details interessierst, hier: http://de.wikipedia.org/wiki/Balkentheorie
Wie man nun die Gesamtsteifigkeit einer Furnierkombination berechnet, das habe ich im thread "Ein Carbon Projekt" erläutert.

Kunstfasern haben einen deutlich höheren E-Modul als Holz, daher die höhere Steifigkeit:
zB: Limba ca 12000 N/mm**2, Carbon ca 230000 N/mm**2

Ich weiss, es ist kompliziert. Aber ich beantworte Fragen gern - so gut ich kann

[Obachecka]

Zitat von sr5555

Aber ich beantworte Fragen gern - so gut ich kann

Sehr gute Erklärung deinerseits
Ich denke, ich habe es verstanden.
Hochinteressante Materie und eine Sache, an die man so als normaler TT-Spieler gar nicht denkt.

[sr5555]

Danke, das freut mich wirklich

Auf diese Zusammenhänge bin ich auch nur dadurch gestossen, weil ich jetzt seit etwa einem Jahr Hölzer baue. Dabei stosse ich dann auf lauter Fragen, und so versuche ich dann Erklärungen zu finden. Eine Riesenhilfe waren mir dabei die Testberichte zu meinen Eigenbauten. Demnächst biete ich wieder ein paar interessante Hölzer zum Testen an.

Und dann fände ich es natürlich sehr spannend, hier ein paar Klangbilder von euren Hölzern zu sehen zu bekommen, dieses Arbeiten mit der Freeware Audacity ist wirklich kinderleicht. Wenn's hakt, einfach fragen.

[tougel]

Zitat von sr5555

Was nun den Sweetspot angeht, so verstehe ich darunter den Bereich des Blattes, welcher eine Mindest-Schwingungsamplitude erreicht. Das ist der Bereich, den man mit Hilfe der Chladnischen Klangfiguren sichtbar machen kann. Genauer gesagt, auch nur die Mitte dieses Bereiches, vielleicht 5-7cm
Durchmesser. Wenn du einen Dotztest entlang der Spur machst, auf die sich die Salzkörner hinbewegt haben, wirst du feststellen, dass das Holz dort "tot" klingt. Was daran liegt, dass das Holz dort nicht schwingt. Natürlich kann man damit schlagen, aber eben undynamisch, ohne "Verstärkung" durch das Holz. Ausserhalb der Salzspur schwingt das Holz sogar gegenphasig, da wird dann sogar noch Energie abgezogen.

Hi Stefan,

sehr interessant deine Bilder mit den Klangfiguren. Ich habe noch ein paar kleine Anmerkungen.

Ich verstehe das ganze mit dem "Sweetspot" folgendermaßen. Trifft ein Ball auf die Schlagfläche, so versetzt er diese in Schwingung und eine stehende Welle entsteht. Die Knotenpunkte befinden sich dann eben genau dort, wo sich der Sand ansammelt, da an dieser Stelle die Amplitude der Schwingung immer Null ist. Das Holz, wie du ja auch erläutert hast, klingt dumpf/fühlt sich an dieser stelle tot an.
Widersprechen muss ich dir aber dennoch ein klein wenig (kann natürlich auch sein, dass ich unrecht habe...). Die Schwingung außerhalb des Knotenpunktes (besser gesagt der Linie der Knotenpunkte) ist nicht die Phase verschoben. Denn es sollte sich ja um ein und dieselbe Schwingung handeln. Und per Definition können sich nur zwei unterschiedliche Schwingungen in der Phase unterscheiden. Die Amplitude stellt in diesem Bereich quasi das Spiegelbild (mit den Kontenpunkten als Spiegelpunkt) der Amplitude im Sweet Spot dar. Es wird aber mMn keine Energie abgezogen.

Es wäre sicherlich einmal interessant, mit einem Simulationstool (Finite Elemte) die Schwingungsausbreitung im Holz bei unterschiedlichen Anregungen (Balltreffpunkte) darzustellen. Sowas wurde doch bestimmt schon gemacht, oder?

Näheres über stehende Wellen, auch mit ein paar Viualisierungen findet man übrigens bei Wikipedia: http://de.wikipedia.org/wiki/Stehende_Welle

mfg
tougel

[sr5555]

Hi Tougel
es kann aber auch sein, dass du recht hast , ich bin mir auch nicht sicher.

Wie auch immer, habe gerade nochmal gedotzt, es ist schon so, dass der Ball
- in der Mitte dynamisch abspringt
- im Schwingungsknoten müde abspringt
- im Randbereich wie ein nasser Sack liegen bleibt
Ich glaube schon, dass die Schwingung im Randbereich gegenphasig zur Mitte abläuft, also wenn das Holz in der Mitte nach oben schwingt, dann schwingt es genau in diesem Moment am Rand nach unten. Und der Knotenbereich bleibt stehen. So wie die die schwarze Schwingung in deinem Wiki-link.

Aber ihr könnt ja mal selber dotzen und berichten, wie es sich in den 3 genannten Bereichen für euch anfühlt.

Nochmal, es geht mir nicht um rechthaben. Eher darum, hier ein paar Bilder von euren Hölzern zu sehen - Tougel, mach mal