Wie funktioniert eine Mundharmonika?

Diesmal geht es um die interessante Frage, wie eine Mundharmonika funktioniert. Ich erkläre dir ganz einfach und für jeden verständlich die Physik hinter der Mundharmonika. Dabei erfährst du so manches, was dein Verständnis des Instruments vertieft.

Mundharmonika Physik Funktionsweise

Wie ist der Aufbau der Mundharmonika?

Die grundlegende Konstruktion einer Mundharmonika ist die Voraussetzung dafür, dass ein Ton entstehen kann. Um zu verstehen, wie die Mundharmonika funktioniert, solltest du das also kennen.

Die Mundharmonika besteht aus drei Hauptbestandteilen: Den Stimmzungen, den Stimmplatten und dem Kanzellenkörper. Die Stimmzungen sind der Tonerzeuger der Mundharmonika. Sie bestehen meistens aus Messing oder aus Edelstahl.

Die Stimmzungen sind auf deiner Platte aus Metall montiert – der Stimmplatte. Diese enthält alle Stimmzungen einer Luftrichtung. Also zum Beispiel alle Blaszungen oder alle Ziehzungen. Die Aufgabe der Stimmplatte ist es also die Stimmzunge zu fixieren. Sie hat für jede Stimmzunge einen Schlitz, also ein rechteckiges Loch, damit die Stimmzunge dort frei schwingen kann. Dieser Schlitz ist gerade so groß, dass die Stimmzunge dort hineinpasst. Die Stimmzunge ist dann an einem Ende des Schlitzes angenietet.

Damit die Stimmzunge einen Ton erzeugen kann, muss diese durch den Luftzug zum Schwingen gebracht werden. Es ist die Aufgabe des Kanzellenkörpers, die Luft so zu leiten, dass diese die eine Stimmzunge erreicht.

Der Kanzellenkörper besteht meistens aus Holz oder Kunststoff. Er sieht einem Kamm ähnlich. Bei den Einbuchtungen handelt es sich um Kanäle, die die Luft zu den Stimmzungen hin leiten.

Aus zwei Stimmzungen – einer für die Blastöne und einer für die Ziehtöne – und dem Kamm wird dann eine Art Sandwich gemacht. Der Kanzellenkörper wird also zwischen die zwei Stimmplatten gelegt.

Mundharmonika Aufbau

Zusammengehalten werden diese drei Haupt-Teile der Mundharmonika mit Schrauben oder Nägeln. Dieser Aufbau sorgt dafür, dass im Inneren der Mundharmonika Kanäle für die Luftleitung entstehen. Und durch den Zusammenbau wird die Mundharmonika auch abgedichtet. Denn je mehr Luft die Stimmzunge erreicht, desto leichter entsteht dabei ein Ton.

Zum Schutz der Stimmzungen werden zuletzt noch Deckelplatten oben und unten angebracht. Und fertig ist die Mundharmonika.

Was machen Knopf und Schieber bei der chromatischen Mundharmonika?

Je nach Mundharmonika-Art kann dieser Grundaufbau erweitert sein. Zum Beispiel hat eine Chromatische Mundharmonika im Prinzip noch eine zusätzliche Mundharmonika verbaut, die einen Halbton höher ist. Und das funktioniert so:

Bei den meisten Chroms befinden sich auf einer Stimmplatte nebeneinander sowohl eine Blas- als auch eine Zieh-Zunge eines Kanals. Da jeweils beim Blasen (oder umgekehrt beim Ziehen) nur eine der Stimmzungen erklingt, ist das ohne Probleme möglich.

Dabei sind zum Beispiel bei einer Mundharmonika in C auf der oberen Stimmplatte also die Töne der C-Mundharmonika. Auf der unteren Stimmplatte befinden sich dann die Töne der Cis-Mundharmonika, die alle um einen Halbton höher sind.

Wären diese beiden Stimmzungen gleichzeitig aktiv, dann würde es sich so anhören, wie bei „Spiel mir das Lied vom Tod“. Also sehr schräg oder schaurig. Damit das nicht geschieht befindet sich eine Abdeckung vor den Kanalöffnungen.

Diese Abdeckung hat zwei versetzte Löcher. Sie ist also so gestaltet, dass entweder nur das obere Loch oder das untere Loch zu einem Zeitpunkt über dem Kanal liegt. Dadurch wird also sichergestellt, dass jeweils nur eine der Stimmplatten zu einem Zeitpunkt aktiv ist.

Die Abdeckung wird durch einen Schieberknopf in Stellung gebracht. In der Ausgangsstellung erklingen nur die Stimmzungen der oberen Stimmplatte. Beim Drücken des Knopfs wird die obere Kanalöffnung verdeckt. Jetzt erklingen nur die Stimmzungen der unteren Stimmplatte. Die Abdeckung wird beim Loslassen des Knopfs durch eine Feder wieder in ihre Ausgangsstellung gebracht.

Wie entsteht ein Ton auf der Mundharmonika?

Bei jeder Mundharmonika ist die Stimmzunge der Tonerzeuger. Denn die Bewegung der Stimmzunge ist für das Entstehen eines Tons verantwortlich. Doch was passiert dabei genau?

Die Atem-Luft drückt die Stimmzunge in Richtung des Schlitz in der Stimmplatte und schließt den ihn dadurch langsam. Gleichzeitig wird die Stimmzunge durch die Biegung wie eine Feder mit Spann-Energie geladen.

Mundharmonika Stimmzunge auf Stimmplatte

Carlos Henrique CC BY-SA 3.0

Der Luftdruck reicht aber allein nur dafür aus, dass die Stimmzunge ein klitze-kleines Stück in Richtung der Stimmplatte bewegt. Der Druck für sich reicht nicht aus, um die Tonentstehung in Gang zu bringen.

Denn in dieser Stellung angekommen müsste die Stimmzunge eigentlich stehen bleiben. Irgendwann befindet sich die Kraft, die der Luftdruck auslöst und die Federkraft nämlich im Gleichgewicht.

Es gibt also noch ein zusätzliches Phänomen, das zur Tonentstehung beiträgt: Der Bernoulli-Effekt. Diesen kennt der ein oder andere bereits vom Flugzeug, denn der sorgt dafür, dass diese überhaupt fliegen können.

Der Schweizer Physiker Daniel Bernoulli stellte im 18. Jahrhundert fest, dass schnell strömende Gase oder Flüssigkeiten weniger Druck auf ihre Umgebung ausüben, als langsame. Bei einem Flugzeug formt man also den Flügel so, dass die Luft sich durch die Wölbung auf der Oberseite schneller bewegt, als auf der Unterseite. Dadurch entsteht ein Druck, der das Flugzeug anhebt.

Flugzeug Auftrieb Bernoulli-Effekt

Kolossos CC BY-SA 3.0

Bei der Stimmzunge der Mundharmonika passiert im Prinzip das gleiche:

  • Ist die Stimmzunge in Ruhelage, dann entweicht die Luft auf der Oberseite der Zunge und fließt damit schneller, als auf der Unterseite. Zusammen mit dem Blasdruck wird die Zunge also in Richtung Schlitz nach oben beschleunigt. Den Effekt kannst du selbst mal ausprobieren indem du ein Blatt Papier nimmst und Luft über der Oberseite bläst. Achte dabei darauf, dass du mit dem Luftstrom nicht auf das Blatt bläst, sondern drüber. Machst du es richtig, dann hebt sich das Blatt.

  • Erreicht die Stimmzunge die Stimmplatte, dann hört der Luftfluss abrupt auf, so dass der Bernoulli-Effekt aufhört zu wirken. Der Blasdruck und die Trägheit der Masse sorgen aber dafür, dass die Stimmzunge sich weiterhin bewegt bis auf die andere Seite der Stimmplatte hinaus schwingt.

  • Auf der anderen Seite der Stimmplatte entweicht die Luft aber jetzt auf der Unterseite der Stimmzunge. Der Bernoulli-Effekt dreht sich jetzt um und beginnt die Zunge nach unten zu ziehen. Zudem wirkt die Federkraft die durch die Spannung der Zunge entstanden ist, dem Blasdruck entgegen. Die Bewegung nach oben kommt also allmählich zum Stillstand.

  • Weil die Federkraft und der Bernoulli-Effekt aber viel stärker sind, als der Blasdruck, schwingt die Stimmzunge jetzt nach unten zurück in Richtung Stimmplatte. Dort angekommen wiederholt sich die selbe Geschichte wie von Anfang an. Dadurch entsteht nach und nach ein stabiler Ton.

Zusätzlich beginnt die Stimmzunge jetzt resonant zu ihrer Eigenfrequenz zu schwingen, wodurch sich die Ausschläge vergrößern und sich der Ton auf die gestimmte Tonhöhe stabilisiert.

Schwingung Stimmzunge Mundharmonika

Johann Pascher CC 2.0

Damit ist erklärt, wie die Stimmzunge zu schwingen beginnt. Aber wenn ich dir ein Geheimnis anvertrauen darf: Der eigentlich zu hörende Ton stammt gar nicht direkt von der Stimmzunge.

Das was wir hören sind nämlich die Druckänderungen, die durch die Unterbrechung des Blas-Luftstroms verursacht werden. Die Stimmzunge unterbricht ja bei jedem Ausschlag den Luftstrom und lässt dabei einen Schwung Luft durch. Jeder dieser Schwünge erzeugt eine Druckwelle. Und zwar einmal mir Über- und einmal mit Unterdruck, je nach Seite, auf der die Stimmzunge ausschlägt.

Diese wiederholten Druckwellen erzeugen die Schallwelle, die du als einen Ton wahrnimmst. Die Anzahl der Druckschwankungen je Sekunde bestimmt dabei, wie hoch der Ton ist. Je mehr Druckstöße je Sekunde erzeugt werden, desto höher der Ton.

Ist eine Stimmzunge mit dem Kammerton A gestimmt, dann schwingt sie 440 mal in der Sekunde. Das entspricht einem Ton mit 440Hz.

Ein weiteres Geheimnis: Der von der Stimmzunge erzeugte Ton ist für sich noch sehr leise. Damit dieser laut zu hören ist, muss er noch verstärkt werden.

Diese Verstärkung findet im Mundharmonika-Spieler statt. Dazu dient der gesamte Mund- Rachen-Trakt und die Lunge als Resonanzkammer. In dieser Kammer wird der Ton, vergleichbar zu einer Gitarre dann durch Resonanz auf die hörbare Lautstärke verstärkt.

Der Spieler ist also Teil des Instruments!

Wie wird die Tonhöhe der Stimmzunge festgelegt?

Die Mundharmonika Hersteller können die Tonhöhe der Stimmzunge durch mehrere Faktoren beeinflussen.

Der wichtigste davon ist die Länge der Stimmzunge. Höhere Töne werden nämlich durch kürzere Stimmzungen erzeugt. Tiefere Töne erhält man durch längere Stimmzungen.

Einen Einfluss hat die Form der Stimmzunge. Genauer gesagt ihre Fläche. Jeder Hersteller hat dafür sein Geheimrezept. Denn die Form der Stimmzunge beeinflusst neben der Tonhöhe auch den Klang und die Spielbarkeit.

Aber die Tonhöhe der Stimmzunge hängt auch von der Dicke und Masse der Stimmzunge ab. Je mehr Masse die Stimmzunge hat, desto schwerer ist sie und desto tiefer ist der Ton. Eine leichtere Stimmzunge führt hingegen zu einem höheren Ton.

Diesen Faktor nutzt man beim endgültigen Stimmen der Stimmzunge. Durch Entfernen der Masse kann der Ton nach oben gestimmt werden.

Es ist aber auch entscheidend, an welcher Stelle ein wenig Masse von der Stimmzunge entfernt wird. Denn dadurch ändert sich die Form der Stimmzunge. Eine Stimmzunge lässt sich so tiefer Stimmen, indem man etwas Material an der Seite zur Niete hin entfernt. Die Stimmzunge wird an dieser Stelle dann flexibler und der Ton wird tiefer.

Was beeinflusst wie gut und laut die Mundharmonika zu spielen ist?

Mundharmonika Stimmzunge Auslenkung

Johann Pascher CC 2.0

Eine Mundharmonika ist ein mit viel Präzision gefertigtes Produkt. Denn die Hersteller müssen dabei auf einige Dinge achten, damit die Mundharmonikas sich auch leicht und laut spielen lassen. Jede dieser Eigenschaften hat Einfluss auf den Klang.

Es fängt einmal damit an, wie groß die Kanalöffnung ist. Je größer das Loch, durch das der Spieler atmet, desto mehr Luft gelangt an die Stimmzunge. Auch die Größe des Kanals spielt hier eine Rolle. Die höhere Luftmenge erlaubt es, die Mundharmonika lauter zu spielen.

Im Blick auf die Stimmzunge selbst, ist die Größe der Oberfläche entscheidend. Je größer die Oberfläche ist, desto lauter und einfacher ist sie zu spielen.

Ein weiterer Faktor, ist die Luft-Dichtigkeit. Je weniger Luft verloren geht, desto mehr Energie steht für die Tonerzeugung zur Verfügung. Verliert die Mundharmonika dagegen viel Luft, dann klingt sie leiser und ab einem gewissen Punkt auch dumpf.

Das gleiche gilt für die Toleranzen. Je kleiner die Toleranzen zwischen Stimmzunge und Stimmplatte sind, desto mehr Luft steht für die Tonproduktion zur Verfügung. Die Mundharmonika lässt dich mit engeren Toleranzen besser und lauter spielen.

Auch die Länge und Dicke der Stimmzunge haben einen Effekt. Sie beeinflussen auch den Klang.

Mit längeren Stimmzungen wächst die Oberfläche, wodurch sie schneller auf den Luftfluss reagiert. Und dickere Stimmzungen machen Harp lauter, weil die Stimmzunge dadurch mehr Masse hat. Denn dadurch haben die Ausschläge eine größere Amplitude. Gleichzeitig spricht die Zunge aber schlechter an, weil sie jetzt steifer ist.

Auch die Festigkeit, mit der die Stimmzunge auf der Stimmplatte montiert ist und die Dicke der Stimmplatte haben einen Einfluss auf die zu erzielende Lautstärke. Je fester die Montage ist und je dicker die Stimmplatte ist, umso mehr Energie kann der Stimmzunge zugeführt werden. Diese Effekte sind allerdings nicht so groß, wie die vorher genannten.

Die ganzen Faktoren haben aber auch ihre Grenzen. Denn wie so oft beeinflussen sich viele der Effekte gegenseitig. Und es gibt auch physikalische Effekte, die dem Ganzen Grenzen setzen. Ist die Toleranz beispielsweise zu eng, dann wird die Tonentstehung wiederum gehemmt. Die Fläche der Stimmzunge kann auch nur in gewissen Grenzen erhöht werden.

In der Praxis haben die Hersteller darum ihre eigenen streng gehüteten Tricks entwickelt, um das Optimum aus ihren Instrumenten heraus zu zaubern. Und das machen sie sehr gut.

Fazit

Du hast in diesem Artikel herausgefunden, wie eine Mundharmonika funktioniert. Du weißt jetzt Bescheid, aus welchen Teilen eine Mundharmonika besteht. Und du weißt, wie diese Bestandteile zu einem Instrument zusammengebaut sind.

Auch wie eine Chromatische Mundharmonika funktioniert, hast du jetzt erfahren. Was der Schieber macht und wie die Mechanik dahinter funktioniert ist dir jetzt auch geläufig.

Zudem hast du erfahren, wie ein Ton bei einer Mundharmonika entsteht. Du kennst die Kräfte und ihr Wechselspiel, die dafür sorgen, dass ein Ton erklingt. Und du weißt jetzt, warum du als Spieler für den Ton eine große Rolle spielst.

Nebenbei hast du gelernt, wie die Tonhöhe der Stimmzunge festgelegt wird. Jetzt kannst du mit diesem Wissen auch deine Mundharmonikas selbst stimmen.

Welche Faktoren sind dafür verantwortlich, dass die Mundharmonika einfach und laut zu spielen ist? Diese Frage kannst du jetzt auch beantworten.

Jetzt wünsche ich dir viel Spaß mit deiner Mundharmonika!

Let the good times roll – Mark

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Quellen

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