Physik der Elektrogitarre

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V01 Singlecoil-Magnetfeld (AC)

Während die Saite schwingt, ändert sich ihr Abstand zum Permanentmagnet; dabei verändern sich auch Form und magnetischer Widerstand des die Luft durchdringenden Magnetfeldes. Nähert sich die Saite dem Magnet, verringert sich der magnetische Widerstand - dabei nimmt der Magnetfluss zu. Abstandsvergrößerung ergibt Flussabnahme.

V02 Singlecoil-Magnetfeld (DC + AC)

AC = nur Wechselanteil, DC+AC = Gleich- und Wechselanteil.

V03 Humbucker-Magnetfeld (AC)

Während die Saite schwingt, ändert sich ihr Abstand zum Permanentmagnet; dabei verändern sich auch Form und magnetischer Widerstand des die Luft durchdringenden Magnetfeldes. Nähert sich die Saite dem Magnet, verringert sich der magnetische Widerstand - dabei nimmt der Magnetfluss zu. Abstandsvergrößerung ergibt Flussabnahme.

V04 Humbucker-Magnetfeld (DC + AC)

AC = nur Wechselanteil, DC+AC = Gleich- und Wechselanteil.

V05 Saitenprellen (angehoben)

Bei starker Saitenauslenkung kommt es zu häufigen Kontakten zwischen der Saite und den Bünden. Das Ergebnis ist entweder erwünscht "Snap") oder unerwünscht ("Geschepper").

V06 Saitenprellen (gedrückt)

Je nach dem, ob die Saite angehoben oder niedergedrückt wird, sind unterschiedliche Bünde vom Prellen betroffen.

V07 Fortschreitende Biegewelle

Die Saite schwingt in Querrichtung, zusätzlich verändert sich der Winkel zwischen den ein-gezeichneten Trennflächen.

V08 Stehende Biegewelle

Eine stehende Welle ergibt sich bei der Über-lagerung zweier Wellen, die in zueinander entgegengesetzte Richtungen laufen. 

Beide Lager sind gestützt (y = 0 = M).

V09 Stehende Biegewelle

Hier ist das linke Lager gestützt (y = 0 = M), das rechte ist festgeklemmt (y = 0 = phi).

V10 Stehende Biegewelle

Hier ist das linke Lager geführt (phi = 0 = F), das rechte ist frei (M = 0 = F).

V11 Fortschreitende Dehnwelle

Bei dieser Wellenart schwingen die Medium-teilchen sowohl längs als auch quer. Die Dehnwelle ist eine Mischung aus Längs- und Querwelle.

V12 Stehende Dehnwelle

Eine stehende Welle ergibt sich bei der Über-lagerung zweier Wellen, die in zueinander entgegengesetzte Richtungen laufen.

V13 Erste und zweite Harmonische

Die Animation zeigt die Überlagerung aus Grundton (= 1. Harmonische) und 1. Oberton

(= 2. Harmonische).

V14 Erste und dritte Harmonische

Die Animation zeigt die Überlagerung aus Grundton (= 1. Harmonische) und 2. Oberton

(= 3. Harmonische).

V15 Impulswelle mit Dispersion

Nach einer Impulsanregung breitet sich eine dispersive Welle aus.

V16 Dispersionsfreie Impulswelle

Ohne Dispersion behält die Welle ihre Form,

die Ausbreitungsgeschwindigkeit ist von der Frequenz unabhängig. 

V17 Fortschreitened Longitudinalwelle

Bei der Longitudinalwelle schwingen die Mediumteilchen in Ausbreitungsrichtung (bzw. in Gegenrichtung). Bei der Saite hat dieser Wellentyp nur eine untergeordnete Bedeutung.

V18 Stehende Longitudinalwelle

Bei der Longitudinalwelle schwingen die Mediumteilchen in Ausbreitungsrichtung (bzw. in Gegenrichtung). Bei der Saite hat dieser Wellentyp nur eine untergeordnete Bedeutung.

V19 Spiegelwelle Saite

Durch die Reflexion einer fortschreitenden Welle entsteht eine stehende Welle, modell-mäßig durch eine entgegenkommende Spiegelwelle beschrieben.

V20 Sprungwelle mit Dispersion

Wegen der unvermeidlichen Saitenbiege-steifigkeit ist die Ausbreitungsgeschwin-digkeit der Transversalwellen frequenzab-hängig – hochfrequente Signalanteile breiten sich schneller aus als tieffrequente.

V21 Sprungwelle ohne Dispersion

Die Saite wird dreieckförmig ausgelenkt (angezupft) und losgelassen. Ohne Dispersion lässt sich die Saitenschwingung als Über-lagerung zweier fortschreitender Dreiecks-wellen darstellen.

V22 Fortschreitende Transversalwelle

Bei der Transversalwelle (Schubwelle) schwingen die Mediumteilchen quer zur Ausbrei­tungsrichtung; sie erfahren eine Schubdeformation (Scherung), aber keine Volumenänderung. 

V23 Stehende Transversalwelle

Eine stehende Welle ergibt sich bei der Über-lagerung zweier Wellen, die in zueinander entgegengesetzte Richtungen laufen.

V24 Orts- und Zeitfunktion der Saite

Das linke Bild zeigt die Ortsfunktionen, d.h. für jeden Zeitpunkt die Saiten-Auslenkung als Funktion des Ortes. Im rechten Bild ist die Auslenkung zweier Punkte als Funktion der Zeit dargestellt.

V25 Beugungswelle-1

In eine endlich große Schallwand ist ein Lautsprecher montiert, dessen Rückseite dicht verschlossen ist – er kann nur nach einer Seite Schall abstrahlen. Bei Impulsanregung breitet sich eine Impulswelle kugelförmig aus, bis sie das Schallwand-Ende erreicht – dort wird ein Teil der Welle gegen-phasig reflektiert, ein anderer Teil wird um die Schallwand herum gebeugt und dringt in den Raum hinter der Membran vor.

V26 Beugungswelle-2

Im Gegensatz zu 'Beugungswelle-1' strahlt der Lautsprecher hier Schall nach beiden Seiten ab.

V27 Impuls-Kugelwelle

Eine Kugelquelle sendet einen Schallimpuls aus, die Luftteilchen schwingen radial. Die Welle breitet sich mit Schallgeschwindigkeit aus, in Luft mit ca. 344 m/s.

V28 Sinus-Kugelwelle

Eine Kugeloberfläche schwingt sinusförmig. Von der Schallge­schwindigkeit c ist die Schallschnelle v zu unterscheiden (v << c). 

v = Geschwindigkeit, mit der jedes einzelne Luftteilchen schwingt.

V29 Spiegelwelle-1

Wenn eine Schallwelle auf eine Wand trifft, wird sie größtenteils reflektiert. Hierbei gibt es Ähnlichkeiten zur Lichtreflexion: Einfallswinkel = Ausfallswinkel, sowie: ankommender und abgehender Schallstrahl und Wandnormale liegen in einer Ebene.

V30 Spiegelwelle-2

Anstelle der Reflexion kann man modell-mäßig auch die auf die Wand auftreffende Welle ohne Reflexion weiterlaufen lassen, und zusätzlich aus der Wand eine (im Bild rote) Spiegelwelle austreten lassen.

V31 Partialschwingungen

Im einfachen Modell ist die Lautsprecher-membran eine formstarre Platte, die in axialer Richtung schwingt. Tatsächlich bewegen sich aber bei höheren Frequenzen die einzelnen Membranpunkte nicht mit gleicher Amplitude und Phase, es entsteht eine komplizierte ortsabhängige Bewegung.

V33 Subharmonische

Die beschreibende Membran-Differentialgleichung enthält aussteuerungsabhängige Steifigkeiten, das Schwingungs­system ist nichtlinear. Bei sinusförmiger Anregung mit der Frequenz f können als Folge dieser Nichtlinearität Membranverformungen entstehen, die mit einem Bruchteil der anregenden Frequenz erfolgen (f/2, f/3, ...). Diese Verzerrungen werden Subharmonische genannt.

V34 Lorentzkraft

In einem Magnetfeld wirkt auf einen stromdurchflossenen Leiter (rot) eine Kraft, die proportional ist zur Leiterlänge, zur Strömstärke, und zur Magnetflussdichte.

Die Kraft ist orthogonal zu Strom und Magnetfeld.

V35 Lorentzkraft beim Lautsprecher

In einem Magnetfeld wirkt auf einen stromdurchflossenen Leiter eine Kraft, die proportional ist zur Leiterlänge, zur Strömstärke, und zur Magnetfeldstärke.

Beim dynamischen Lautsprecher ist dieser Draht zur Schwingspule aufgewickelt, das Magnetfeld verläuft radial, die Kraftrichtung ist axial.

V36 Unterresonante Schwingspule

Im einfachen Modell wird die Membran durch eine Masse, eine Feder, und einen Reibungs-widerstand nachgebildet. Masse und Feder bilden ein Resonanzsystem, das unter-resonant näherungsweise federgehemmt wirkt. Kraft und Auslenkung sind phasengleich.

V37 Schwingspule bei Resonanz

Im einfachen Modell wird die Membran durch eine Masse, eine Feder, und einen Reibungs-widerstand nachgebildet. Masse und Feder bilden ein Resonanzsystem, das bei Resonanz reibungsgehemmt wirkt. Kraft und Schnelle sind phasengleich.

V38 Ueberresonante Schwingspule

Im einfachen Modell wird die Membran durch eine Masse, eine Feder, und einen Reibungs-widerstand nachgebildet. Masse und Feder bilden ein Resonanzsystem, das über-resonant näherungsweise massegehemmt wirkt. Kraft und Beschleunigung sind phasengleich.

V39 Induktionsgesetz

Ein zeitvariantes Magnetfeld induziert in einer Leiterschleife eine elektrische Spannung, die von der zeitlichen Änderung (Ableitung) des Magnetflusses abhängt. Grundlage dieses Zusammenhangs ist die zweite Maxwellsche Gleichung, die (für eine zeitinvariante Fläche) auf die Form U = dPHI / dt vereinfacht werden kann.

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