Die Weltherrschaftsorgel


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Tonerzeugung
Rijke-Rohr
Thermoakustik
Die Wankelposaune
Kugelwellenhorn
Das Kontrabaß-Saxophon


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Ausgangssituation

In Fingers Forum findet man zur Zeit (11/2009) unter dem Begriff "Weltherrschaft" rund 60 Einträge.
Aha.
Mit Google findet man einige Hunderttausend!
Hmmm...  

  Ich hege den Verdacht, diverse Hard-Core-Frickler streben konsequent die Weltherrschaft an!
Und wenn es denn mal soweit ist, ja dann braucht der Herrscher doch ein amtliches Musikinstrument.  

  Und DA will ich vorbereitet sein!  

  Also habe ich mir schon mal ein paar Gedanken gemacht, wie denn die Weltherrschaftsorgel aussehen könnte. Das muss irgendwas sein, das Macht und Stärke ausdrückt. Und irgendwie ultimativ durchdringend und unverwechselbar ist. Also nicht sowas normales wie eine pfeifende Kirchenorgel.  

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  Wer an den Hebeln der Welt sitzt, braucht was mit mehr Dampf!  

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  Dem Inschenör is nix zu schwör - und bis die Weltrevolution kommt, bin ich bestimmt ganz weit vorn!  

  Da ich aber leider keinen kleinen Verteidigungshaushalt oder wenigstens den Jahresbildungsetat als Budget für dieses Projekt zur Verfügung habe, wird das mit dem Bau erstmal nix.
Also versuche ich wenigstens schon mal die Grundlagen zu erforschen.  

 
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Tonerzeugung

Töne sind Luftdruckschwankungen, fangen wir also damit an, solche Schwankungen zu erzeugen. Und Töne werden lauter, wenn man da irgendwas in Resonanz bringt.  

  Vor gut einem Jahr habe habe ich mir also ein paar dicke 5m Papprollen vom Teppichgeschäft geholt - die können doch prima ein Resonanzrohr abgeben.
Blöd ist, dass ich die wegen des engen Treppenhauses nicht in den Bastelkeller bekomme - das klappt nur bis 3,5m. Die Weltherrschaft muss also noch etwas warten.  

  Also erstmal klein anfangen.  

  Dazu habe ich eine Spraydosenkappe an ein 50mm HT-Rohr geharzt und ein 4mm Loch reingebohrt. Niedlich!  

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In die Bohrmaschine kam ein Fischertechnik-Rad, welches das Loch periodisch abdeckt:  

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Und es kommt doch auf die Länge an. Dieses Rohr war zu lang:  

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  Eine Ausblaspistole mit festgeklemmten Ventil sorgt für harte Frischluft:  

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An der Bohrmaschine kann ich nun über das Drehzahlrad die Frequenz einstellen - natürlich wird die Rohrresonanz gesucht. Da man das nicht fotografieren kann gibt's dazu ein Video(1,1MB) Das Ergebnis ist ganz nett, reicht aber nicht mal für's Pausenklingeln in der Grundschule.  

 
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Rijke-Rohr

Es gibt einen beeindruckenden Effekt, wenn man ein Sieb in einem Rohr zur Rotglut erhitzt: Es tönt. Und zwar ordentlich laut!
Nach dem Entdecker wird das Teil Rijke-Rohr genannt.  

  Hier drei Videos anderer Bastler dazu:
Singende Röhre mit Bunsenbrenner
Singende Röhre ohne Sieb
Singende Röhre elektrisch
Das mit dem Bunsenbrenner ist unpraktisch. Da ich ein PVC-Rohr genommen habe, ist's mir immer angeschmolzen. Also habe ich es auch elektrisch versucht, indem ich einfach statt dem Drahtgitter eine 50W Halogenbirne eingebaut habe.  

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Das Ergebnis: Klappt gar nicht. Die Leistung der Birne ist wohl einfach zu gering.  

 
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Thermoakustik

Beim stöbern bin ich dann auf das faszinierende Gebiet der Thermoakustik gestoßen.
Irgendwo stand beschrieben, wie man's macht:  

  Man braucht ein hitzefestes Rohr, einen luftdurchlässigen Wärmespeicher (Regenerator) und eine Wärmequelle. Baut man das richtig zusammen, entsteht ein lauter Ton. In dem Beispiel hatten die als Rohr ein Reagenzglas und als Regenerator Stahlwolle genommen.  

  Da habe ich dann mal auf die Schnelle was zusammengestöpselt:  

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Das Ergebnis: Schweigen.  

  Also mehr Hitze! Ein wenig Brandbeschleuniger und einen Wattebausch in das Teelicht und los geht's:  

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Weiterhin Ruhe.  

  Da das in dem Video aber geklappt hat, kann es durchaus an der Stahlwolle liegen. Also habe ich diverse Sorten und Längen durchprobiert.  

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Stundenlang habe ich die Wolle Millimeter für Millimeter verschoben, bis irgendwann mal für etwa eine Sekunde ein Ton kam. Ha! Bingo!  

  Sprit in das Teelicht gießen ist nicht reproduzierbar. Also habe ich einen Spiritusbrenner vom Fondue missbraucht und damit eine halbwegs kontrollierbare Wärmequelle erhalten.
Mit der Hitze war ich auch nicht sparsam - irgendwann wurde das Glas weich:  

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Es ist übrigends keine Gute Idee, die Stahlwolle beim Abkühlen im Rohr zu lassen:  

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Der Verbrauch an Reagenzgläsern war enorm. Zum Glück gibt's die selbst in der Apotheke ganz billig.  

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Und das, obwohl sie einzeln (wahrscheinlich sogar steril) verpackt waren.  

  Klemmen habe ich auch verbraucht.  

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Als ich hie und da einen Ton produzieren konnte, habe ich natürlich protokolliert, an welchen Positionen das war:  

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Es hat sich herausgestellt, dass ausgeglühte Stahlwolle besser geht. Inzwischen habe ich unzählige Sorten ausprobiert. Vom Topfreiniger über AKO-Pads bis hin zur gröbsten Stahlwolle.  

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Das ganze feine Zeugs taugt nix. Recht grobe Wolle sauber senkrecht abgeschnitten und gaanz locker eingeschoben bringt am ehesten einen Ton hervor.  

  Hier eine Tonaufnahme, bei der ich ca. 2m vom Rohr weg war und direkt ins Mikro sprechen musste, damit man was versteht. Am Ende der Aufnahme kann man mich (kaum) aus der Nähe des Rohres hören: Tuut(646K)  

  Warum tönt das eigentlich?  

  Ich erkläre mir das so: An der Hitzestelle entstehen kleine Druckschwankungen durch die heiße Luft. Diese wandern als Druckwelle durch die Stahlwolle und geben dabei ihre Wärme ab. Am offenen Ende wird ein Teil der Welle reflektiert und wandert durch die Stahlwolle zurück. Dabei nimmt sie die vorher abgegebene Wärme wieder auf (ist also wieder energiereich). Wenn die Stahlwolle an der richtigen Position endet, trifft die reflektierte Welle phasengleich auf die grade neu entstandene Druckwelle und verstärkt diese damit - das System ist dann in Resonanz.  

  Interessant finde ich Forschungen, bei denen am Rohrende einfach ein Piezo oder eine Schwingspule angebracht wird und dann damit Strom erzeugt wird.
Und der Effekt ist angeblich umkehrbar. Mann kann damit Wärme und Kälte erzeugen, indem man einen Ton in das Rohr schickt.  

  Andere haben damit erfolgreich kleine Wärmekraftmaschinen gebaut. Hier Link zu solch einem Motor. Oder ein anderer schöner Motor  

  Die Rohrlänge bestimmt den Ton. Um mal einen anderen zu erzeugen, wurde das Rohr mit einem Schlauch verlängert.  

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Klappt! Aber nur mühsam. Es hilft, mit einem kleinen Schlauch ganz vorsichtig in das Rohr zu blasen um den Ton in Gang zu bringen. Und es kommt wirklich auf einen halben Millimeter an, wo die Stahlwolle steht.  

  Sowas in groß wäre ein astreiner Tongenerator. Aber erstmal in kleinen Schritten: vom 16mm Rohr zum 20mm. Wo ich schon mal im Chemiebedarfsladen war, habe ich mir auch einen richtigen Spiritusbrenner und eine Holzklammer gegönnt.  

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Mit viel Mühe habe ich einen Ton herausbekommen.  

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Ohne anblasen klappte das aber nicht. Wie soll das erst werden, wenn ich das mit einem 100er Rohr bauen will?  

  Dafür ist ein anderer Regenerator notwendig - sowas wie im KAT ist. An das Zeug ist aber selbst auf dem Schrott nur schwer ran zu kommen. Da in meiner Heizung aber auch so ein Keramikteil mit unzähligen Löchern ist, werde ich mal versuchen, ob man damit bessere Erfolge hat.  

  Schön wäre, wenn die Wärmequelle elektrisch wäre, damit ich den Ton bequem ein- und ausschalten kann.  

  Also wieder die Halogenbirne rausgekramt und im rußgeschwärzten Reagenzglas versenkt. Schnell waren 400°C erreicht:  

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Weiter reicht der Thermoscanner leider nicht  

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Das Ergebnis war klar: nix.  

  Nun nahte das 10-jährige Jubiläum von Fingers Forum. Und da wollte ich erste Studien der Weltherrschaftsorgel präsentieren. Der ganze Krempel macht aber einfach keinen Krach der irgendwen vom Hocker haut.  

  Also brauchte ich was handfesteres, solides, erprobtes und bin in den Bereich Maschinenbau abgestiegen.  

 
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Die Wankelposaune

In meinem Büro steht seit Monaten ein nagelneuer Wankelmotor, an dem ich Messungen durchführen sollte. Das Teil ist von der Schweizer Armee und sollte dort eine Pumpe oder einen Generator treiben. Mit etwa 5KW ist es ein nettes kleines Spielzeug.  

  Ja, dann machen wir doch mal ein paar Messungen!  

  Zusätzlich zu den geplanten Kompressionsmessungen der 3 Kammern habe mir die Erlaubnis geholt, auch ein paar Schallmessungen zu machen.  

  Dazu kam als erstes der Auspuff ab.  

  Beim ersten Anreißen und Vollgas geben flog dann leider auch die Fliehkraftkupplung ab. Darum heisst die wohl so...  

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  Der Sound war vielversprechend.
Also habe ich zusammen mit dem Chef und einem Kollegen ein schönes Gestell zusammengebraten, damit man das Teil auch als Posaune erkennt und der nagelneue Motor stabil steht und nicht versehentlich beschädigt wird.  

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Aus OSB-Platten habe ich einen Schalltrichter konstruiert. Die Gerungsschnitte der Pyramide zu berechnen (Stichwort: Schifter-Winkel) ist übrigens gar nicht so trivial: Mathematisch ist es die Winkelhalbierende der Normalenvektoren auf den Pyramidenflächen. Das habe ich dann lieber meine Tochter mit Maple ausrechnen lassen - man muss ja nich alles selber machen.  

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Hier habe ich jede Menge an Textausgaben weggelassen. Jetzt muss angegeben werden, wie schräg die Pyramidenseiten stehen. Null heisst senkrecht(gibt 'nen Würfel). 45 heisst schräg mit 100% Steigung, 90 wäre eine platte Pyramide - also illegal.  

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Jetzt folgen die Normalenvektoren für eine Pyramide mit quadratischem Grundriss. sh ist dann der gesuchte Winkel des Gerungsschnitts.  

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Nun gut, bei einer Pyramide mit quadratischem Grundriss ist's dann trivialerweise 1/2 * arccos(sin(alpha)^2) , gibt bei einer 45° Pyramide also 30° Gerungswinkel.
Ausgesägt und zusammengespaxt sieht das so aus:  

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Mit Acryl abgedichtet und dann innen Blau gemacht:  

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Das Auge hört halt mit:  

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  An den Trichter kam eine stabile Halterung mit Auspuffrohr:  

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Zusammen sah das dann so aus:  

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Das rostige Auspuffrohr ist lose über das Krümmerende geschoben. Damit kann man das Rohr wie bei einer Posaune in der Länge verändern um es auf Resonanz abzustimmen.  

  Fünf Meter entfernt wurde ein Schallpegelmessgerät an einen Pfeiler gefesselt.  

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Noch ist alles ruhig.  

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Der Wankel ließ sich aber leider nicht mehr anwerfen. Irgendwas blockierte da...  

  Hä - was soll beim Wankel den blockieren? Zieh nochmal! Nee - geht nich.  

  Zündkerze raus, dann gings: Es kam ein Schwall Sprit aus der Öffnung. Der Wankel hatte die Kammern randvoll Super und konnte das einfach nicht verdichten.
Klarer Fall: Schwimmerventil undicht. Das ließ sich schnell beheben.  

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Dann der erste Soundcheck: Gigantisch!  

  Leider kann man der Krach mit dem eingebauten Mikrofon nicht wirklich einfangen.  

  Video (848K)
Das Messgerät zeigt uns jedoch, dass es bereits im Leerlauf recht laut ist:  

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  Der ganze Apparillo wurde dann Verstaut und nach Landwehrhagen zum Treffen gekarrt.  

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Dort haben wir dann mächtig rumgelärmt.  

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  Der Wankel hat eine Drehzahlbegrenzung, die man bei geeigneter Ansteuerung des Gashebels manchmal prima zum schwingen bringen konnte. Das Ganze gab dann sowas wie einen Techno-Beat.  

  Irgendwer hat das gefilmt und auf Youtube hochgeladen - danke dafür! - Auch wenn der Sound einfach nicht rüberkommt.
Man muss dabei gewesen sein!  

 
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  Messungen haben ergeben, dass der Schalltrichter irgendwie nix bringt. Diese Konstruktion war jedenfalls lauter:  

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Aber warum?  

  Ein pyramidenförmiger Trichter bringt nix. Er muss exponentiell sein, also mehr wie ein Grammophontrichter aussehen.  

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Die Schnittfläche ist dann eine Exponentialfunktion.  

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Aha.
Also habe ich irgendeine e-Funktion im Internet genommen, ausgedruckt und als Schablone für zwei Sperrholzbretter genommen. Die wurden mit Tesakrepp bespannt und beim Fricklertreffen dann mit Bauschaum gefüllt.  

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Das wollte ich dann mit Gips oder Beton beschmieren, um letztendlich ein astreines Exponentialhorn zu erhalten.  

  Bisher habe ich noch nix weiter damit gemacht. Nachdem ich mich schlau gelesen habe, weiß ich nämlich, dass der Trichter viel zu klein ist. Und die e-Funktion ist auch nicht optimal.  

  Was ich brauche ist ein ....  

 
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Kugelwellenhorn

Das ist ein Horn, dessen Verlauf einer Schleppkurve, auch Traktrix-Kurve genannt, folgt. Das Ganze ist etwas aufwändiger zu berechnen, da es keine Umkehrfunktion zu der Gleichung gibt.
Jedenfalls brauche ich ein Horn das mindestens 110cm Durchmesser hat, damit ein Motor mit 6000 1/min da optimal rausbrüllen kann.  

  Das Horn wirkt wie ein akustischer Transformator: Aus Schwankungen mit großem Hub aber kleiner Fläche wird an der großen Öffnung eine Kugelwelle mit geringem Hub und großer Fläche abgestrahlt. Berechnet man das richtig, ergibt sich eine Leistungsanpassung. Mit anderen Worten: das wird laut!  

  Blöd sind halt die Abmessungen: Das Teil passt nicht ins Auto. Auch durch keine Tür.
Und ich weiß nicht, wo ich so ein Riesengebilde letztendlich lagern soll.  

  Ausprobieren kann man das auch nur gaaanz weit draussen - wenn's funktioniert ist's nämlich weithin hörbar.  

  Richtig weit!  

  Die großen Schiffe haben sowas als Nebelhorn. Ich habe mir das mal näher angeschaut:
Da sitzt am Ende des Horns einfach ein Kolben, der mit z.B.70 Hz und rund 60mm Hub schwingt (durch Pleul und Kurbelwelle).
Der Kolben hat schätzungsweise 12cm Durchmesser und wird von einem 5KW Motor getrieben.
Das zwitschert dann elefantös mit über 140dB über's Meer.  

  Jo, das geht in die richtige Richtung - aber dafür muss ich wohl erstmal eine schalldichte Scheune oder sowas mieten. Vom Design würde mir sowas gefallen:  

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Auch andere sind in Sachen Lärm unterwegs. Hier einige nette Aufnahmen eines Konkurenzaufbaus mit Nebelhörnern.
YOUTUBE - Hörner 1
YOUTUBE - Hörner 2  

  Ich finde, dass kann man schon als frühen Prototypen einer Weltherrschaftsorgel ansehen - auch wenn die Intention der Bastler von dem Schmuckstück wahrscheinlich eine ganz andere war und das Ziel nocht um Lichtjahre entfernt ist.  

  Aber für einen Herrscher in einem kleinen gallischen Dorf sollte das Teil schon locker reichen.  

 
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Das Kontrabaß-Saxophon

Für das Bastlertreffen 2010 habe ich mich wieder an einem Musikinstrument versucht. Diesmal soll es ein Kontrabaß-Saxophon werden.
Eins ist klar: So wird das nicht aussehen:  

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Der aufwändigen Bau- und Erprobungsphase ist eine eigenen Seite gewidmet. Klick jetzt hier
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Aber der Seitenquelltext sieht auch interessant aus, zumindest wenn man ihn mit einem Monospace Font in sehr kleiner Schriftgröße betrachtet.

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