Handpan — Physik, Mechanik und Aufbau (3D)
Über diese App
Eine Handpan in D-Kurd zum Anspielen: Jedes Tonfeld schwingt in drei Eigenmoden, die auf Grundton, Oktave und Duodezime (1 : 2 : 3) gestimmt sind, mit Knotenlinien und Spektrum. Dazu Aufbau aus nitrierten Halbschalen, der Hohlkörper als Helmholtz-Resonator und das Stimmen über Wölbung und Spannung.
Mit Erklärmodus: Ein KI-Tutor führt dich durch die App, zeigt in der Szene, worauf es ankommt, und beantwortet deine Fragen.
Worum es geht
Eine Handpan besteht aus zwei tiefgezogenen, gasnitrierten Stahlschalen. Oben sitzen das Ding und mehrere Tonfelder, unten die Öffnung Gu. Jedes Tonfeld ist eine gewölbte, vorgespannte Stahlfläche mit einem Dom in der Mitte. Ihre ersten drei Eigenmoden sind durch Form und Eigenspannung auf die Frequenzen 1 : 2 : 3 gestimmt: Grundton, Oktave und Duodezime. Weil diese Teiltöne eine harmonische Reihe bilden, hört man einen klaren Ton. Der Hohlkörper wirkt als Helmholtz-Resonator und verstärkt nur den tiefsten Bereich.
Was die App zeigt
Die App zeigt eine Handpan in D-Kurd-Stimmung in 3D. Ein angeschlagenes Feld schwingt sichtbar, in Zeitlupe und überhöht. Die drei Eigenmoden lassen sich einzeln oder überlagert betrachten: Mode 1 schwingt gleichphasig, Mode 2 hat eine Knotenlinie entlang der kurzen Achse, Mode 3 entlang der langen. Ein Spektrum zeigt Frequenzen, Verhältnisse und Abweichungen in Cent. Eine Explosionsansicht mit Schnitt zeigt Schalen, Felder, Dom, Nitrierschicht und Gu. Die Resonator-Ansicht rechnet die Helmholtz-Frequenz mit Mündungskorrektur vor.
Selbst ausprobieren
Tippe an verschiedenen Stellen auf ein Feld: In der Mitte klingt fast nur der Grundton, weil dort die Knotenlinien von Mode 2 und 3 liegen. Vergleiche das Spektrum mit einer Kirchenglocke und einer flachen Platte. Verstimme ein Feld über Größe, Wölbung und Eigenspannung und höre mit einem Referenzton die Schwebung. Verändere Durchmesser und Halseinzug des Gu und beobachte, wie sich die Luftresonanz verschiebt. Die Modelle sind schematisch und im Info-Panel mit Quellen benannt.
Häufige Fragen
- Warum klingt eine Handpan so harmonisch?
- Jedes Tonfeld schwingt nach einem Schlag gleichzeitig in mehreren Eigenmoden. Die ersten drei sind auf die Frequenzen 1 : 2 : 3 gestimmt, also Grundton, Oktave und Duodezime. Teiltöne auf ganzzahligen Vielfachen verschmelzen für das Ohr zu einem Ton. Messungen am Hang zeigen genau diese drei Moden mit senkrecht zueinander stehenden Knotenlinien.
- Entsteht der Ton einer Handpan im Hohlraum?
- Nein. Der Ton entsteht im schwingenden Stahl der Tonfelder. Die Luft im Körper bildet mit dem Gu einen Helmholtz-Resonator, dessen Frequenz von Volumen, Öffnungsfläche und wirksamer Halslänge abhängt. Beim Hang ist sie, auf dem Schoß gespielt, auf D2 (etwa 73 Hz) gestimmt und verstärkt vor allem das tiefe Ding.
- Wie stimmt man ein Tonfeld?
- Der Stimmer verändert mit dem Hammer Wölbung und Eigenspannung des Feldes, bis Grundton, Oktave und Duodezime zugleich passen. Die Feldgröße verschiebt alle Teiltöne gemeinsam. Ein Schlag auf die Knotenlinie eines Modes ändert dessen Frequenz kaum, die der anderen aber schon.
- Was kann ich in der Handpan-App ausprobieren?
- Du schlägst Tonfelder an verschiedenen Stellen an, siehst die drei Eigenmoden, vergleichst das Spektrum mit Glocke und flacher Platte, zerlegst das Instrument in einer Explosionsansicht, rechnest die Helmholtz-Resonanz nach und verstimmst ein Feld mit Referenzton.
Fach: Physik
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