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tibetische Klangschale

Die Physik tibetischer Klangschalen

Klangschalen fernöstlicher Herkunft sind vor allem ein "Spielzeug" für westliche Esoteriker. Aber auch auf Naturwissenschaftler scheinen die ungewöhnlichen Klangkörper inspirierend zu wirken. Ihre akustischen und hydrodynamischen Eigenschaften wurden nun in einer Studie näher untersucht.

Hydrodynamik 01.07.2011

Überirdische Klänge

Seit dem fünften Jahrhundert vor Christus soll es sie bereits geben: Klangschalen aus dem Himalaya-Gebiet; verwendet wurden sie angeblich für religiöse Rituale, schamanistische Praktiken und zur Meditation. Das behaupten zumindest zeitgenössische westliche Esoteriker, die die Schüsseln bei der Klangtherapie, der Klangmassage und zur meditativen Versenkung verwenden. Ihr Klang soll unter anderem beim Stressabbau helfen. Skeptiker meinen, dass sie ursprünglich als einfaches Küchengeschirr dienten, ihre religiöse Verwendung sei eine Erfindung des Westens.

Faszinierend für alle bleibt jedoch die Art und Weise, wie man aus den unscheinbaren Gefäßen überirdische Klänge herausholen kann: durch bloßes Anschlagen mit einem Holz- oder Lederklöppel oder durch das Streichen über den Rand der Schale, die in der Regel aus einer Legierung auf Basis von Kupfer, Zinn, Zink, Eisen, Silber, Gold und Nickel besteht. Im Prinzip ähnelt der Klangkörper einer stehenden Glocke, der Klang entsteht durch mechanisch hervorgerufene Vibrationen.

Die Studie:

"Tibetan singing bowls" von Denis Terwagne und John W. M. Bush ist im Journal in "Nonlinearity" erschienen.

Schwingende Flüssigkeiten

Füllt man die Gefäße mit einer Flüssigkeit, verändert das die Tonhöhe - mit steigender Menge wird sie immer tiefer, da die Resonanzfrequenz der Schale sinkt.

Durch das Reiben des Randes entstehen außerdem Wellen auf der Oberfläche, bei zunehmender Intensität des Geräusches werden diese stärker und brechen in kleine nach oben spritzende Tropfen. Ähnliches kann man bei gefüllten Weingläsern beobachten, die man bekanntlich ebenfalls zum Singen bringen kann, indem man mit einem feuchten Finger über den Rand fährt.

Diese hydrodynamische Eigenheiten der gefüllten Klangschalen standen neben den grundlegenden akustischen Eigenschaften im Fokus der aktuellen Studie des Physikers Denis Terwagne von der Université de Liège und des Mathematikers John W. M. Bush vom Massachusetts Institute of Technology. Detaillierte akustische Analysen zeigten den Forscher vorerst das Frequenz- bzw. Klangspektrum unterschiedlicher Schalen.

Wellen und Tröpfchen

In einem weiteren Schritt untersuchten sie das Strömungsverhalten der durch den Klang bewegten Flüssigkeit mittels einer hochauflösenden Kamera. Zur Kontrolle der experimentellen Randbedingungen versetzten die Forscher die Schalen nicht wie üblich mit einem Schlägel in Vibrationen, sondern mit Hilfe eines Lautsprechers, den sie daneben aufstellten.

Mit einem Signal, dessen Frequenz der Resonanzfrequenz des jeweiligen Gefäßes sehr nahe kommt, wurde es zum Schwingen bzw. Klingen gebracht. In der Folge konnten die Forscher genau beobachten, wie die Wellen entstehen und wachsen.

Es handelt sich um sogenannte Faraday-Wellen. Diese entstehen typischerweise, wenn eine ebene Flüssigkeitsschicht Vibrationen ausgesetzt ist, wie Faraday bereits im 19. Jahrhundert herausgefunden hat. Zuerst bleibt die Oberfläche ruhig und eben, erst ab einer bestimmten Frequenz entstehen kleine stehende Wellen, die mit der doppelten Anregungsperiode schwingen.

Ab einer gewissen Amplitudenhöhe reißt die Oberfläche der Flüssigkeit und Tropfen werden gebildet. Diese Tropfen können sich drehen, hüpfen oder rollen, bevor sie sich wieder in der Flüssigkeit auflösen. Im Extremfall entstehen sogenannte "Walker", die über die horizontale Oberfläche "spazieren". Sie zeigen den Autoren zufolge eine Art quantenmechanisches Verhalten - wie Welle und Teilchen gleichzeitig .

Gute Tröpfchengeneratoren

Für ihre Tests verwendeten die Forscher abwechselnd Wasser und Silikonöl, das eher zähflüssig ist. Zudem führten sie Vergleichsversuche mit anderen Gefäßen durch, wie z.B. Weingläsern. In allen Fällen konnten sie den Übergang von kleinen Kapillarwellen zu Faraday-Wellen beobachten, dafür muss jedoch ein bestimmter Grenzwert der Frequenz überschritten werden. Als die Wellen größer wurden, kam es wie vorhergesagt zur Tröpfchenbildung, "Walker" wurden allerdings keine gesichtet.

Die Experimente zeigen laut den Forschern, dass Klangschalen ausgezeichnete Generatoren von Faraday-Wellen und für die nachfolgende Tröpfchenbildung sind. Das liege an ihrer relativ niedrigen Resonanzfrequenz. Weingläser hingegen, die zwar ganz ähnliche akustische Eigenschaften haben, seien dafür nicht so gut geeignet. Sie hätten eine zu hohe Grundfrequenz.

Die Erkenntnisse werden für esoterische Anwendungen wohl kaum von Nutzen sein. Wie die Forscher meinen, könnten sie aber in technologische Entwicklungen einfließen - überall dort, wo es um die gezielte Erzeugung von Tropfen geht, beispielsweise in Sprays. Im Vordergrund standen allerdings wissenschaftliche Erkenntnisse: "Hauptmotivation für die Untersuchung war unsere Neugier. Jetzt sind wir zufrieden, denn die physikalischen Grundlagen des Systems sind dadurch klarer geworden", betont John Bush. So werden Klangschalen auch für Rationalisten ein Mittel zu mehr Glück und Zufriedenheit.

Eva Obermüller, science.ORF.at

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