Tonerzeugung bei der Blockflöte

Thema dieses Films ist die Tonerzeugung bei der Blockflöte. Die Blockflöte gehört zur Instrumentengattung der Aerophone. Bei diesen wird der Klang durch eine schwingende Luftsäule erzeugt. Will man ganz genau sein, kann man die Blockflöte der Unterkategorie der Labialpfeifen zuordnen. Bei dieser Art von Aerophonen wird die Luftsäule durch die Spaltung eines Luftstroms an einer keilförmigen Lippe, dem sogenannten Labium, in Schwingung versetzt. Eine einfache Blockflöte besteht aus dem Kopfstück und einem zylindrischen Flötenrohr mit den verschiedenen Grifflöchern. Sägt man die Flöte längs durch, sieht das so aus. Ganz vorne am Kopfstück befindet sich der Schnabel. Im Schnabel eingelassen ist der Block, der die Kernspalte bildet. Und gleich hinter der Kernspalte befindet sich das Labium mit der keilförmigen Labiumkante. Zum Spielen der Blockflöte bläst der Flötenspieler Luft in die Kernspalte. Der Luftstrom fließt zunächst durch die Kernspalte und trifft dann auf die Labiumkante. Hier verwirbelt sich der Luftstrom nun sowohl oberhalb als auch unterhalb des Labiums. Die Luftverwirbelung unterhalb des Labiums erzeugt eine Druckwelle. Diese versetzt die Luftmoleküle der Luftsäule im Flötenrohr in Bewegung und ruft so eine Art Kettenreaktion hervor. Hält der Flötenspieler alle Grifflöcher geschlossen, breitet sich die Druckwelle durch die gesamte zylindrische Röhre aus. Die Luftmoleküle am Ende des Flötenrohrs stoßen auf die Luftteilchen der Umgebungsluft. Da diese Luftteilchen, im Gegensatz zu den Luftmolekülen im Flötenrohr, nach oben oder nach unten ausweichen können, werden die letzten Luftmoleküle im Flötenrohr besonders weit von ihrer Ruheposition weggestoßen. Dabei ziehen sie nun die vor ihnen liegenden Luftmoleküle der Luftsäule im Flötenrohr mit. Diese üben wiederum den gleichen Effekt auf die davor liegenden Luftmoleküle aus und so weiter. Dadurch entsteht eine Unterdruckwelle, die sich zurück in Richtung des Flötenkopfs bewegt. Erreicht die Unterdruckwelle den Flötenkopf, wird durch den auftretenden Unterdruck die Luftverwirbelung unter das Labium gesaugt und die Luftmoleküle erhalten wieder einen neuen Bewegungsimpuls. Dadurch wird in der Luftsäule im Flötenrohr eine stehende Welle aufgebaut. Solange der Spieler in die Flöte bläst, wird diese stehende Welle aufrechterhalten. Hört er damit auf, fallen auch die Luftverwirbelungen weg, die den Luftmolekülen ihre Bewegungsimpulse verleihen und die Welle bricht zusammen. Der Flötenton, den wir hören, wird ebenfalls durch die jeweils letzten Luftmoleküle im Flötenrohr hervorgerufen. Denn diese stoßen beim Austritt aus dem Flötenrohr die Luftmoleküle in der Atmosphäre außerhalb der Flöte an. Diese Schwingungen pflanzen sich im Luftraum fort und werden schließlich als Längswellen von unserem Trommelfell aufgenommen. Zur Veranschaulichung wurde die Schwingung der Luftsäule in diesem Modell extrem verlangsamt. Denn verschließt man etwa auf der Sopranblockflöte alle Löcher, ertönt der Ton C2. Dieser hat eine Frequenz von circa 523 Hertz. Das heißt, die Luftmoleküle in der Luftsäule im Flötenrohr schwingen in einer Sekunde 523 mal. Bisher sind wir davon ausgegangen, dass alle Grifflöcher der Blockflöte verschlossen waren. Die Druckwelle pflanzte sich daher im gesamten Flötenrohr fort, ehe die letzten Luftmoleküle auf die Luftteilchen der Umgebungsluft gestoßen sind. Öffnet der Flötenspieler nun das letzte Loch, können die Luftteilchen schon auf Höhe des geöffneten Lochs in unterschiedliche Richtungen ausweichen. Deswegen werden jetzt die Luftmoleküle bereits hier besonders weit weggestoßen. Das heißt, auch die rücklaufende Unterdruckwelle entsteht jetzt früher, zieht in der Folge auch früher die Luftverwirbelung unter das Labium und führt den Luftmolekülen so früher einen erneuten Bewegungsimpuls zu. Damit schwingt nun die Luftsäule im Flötenrohr schneller als zuvor. Als Regel gilt, je mehr Grifflöcher der Flötenspieler öffnet, desto schneller schwingen die Luftmoleküle in der Luftsäule und desto höher ist der gespielte Ton. Auf diese Art werden Töne übrigens nicht nur bei der Blockflöte erzeugt, sondern auch bei den anderen Instrumenten aus der Kategorie der Labialpfeifen, zum Beispiel bei der Querflöte oder bei Orgelpfeifen. Und wer das Prinzip der schwingenden Luftsäule verstanden hat, braucht auch keine Angst mehr zu haben, wenn nachts der Wind um die Häuser pfeift. Denn das bedrohliche Heulen des Windes entsteht ebenfalls durch einen Luftstrom, der etwa an Häuserkanten aufgespaltet wird und so eine Luftsäule in Schwingung versetzt. Und schwingende Luftsäulen sind in der Regel ganz harmlos.