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DIY: Klavier stimmen

Ich mache ja gerne Dinge selbst. Dazu braucht man zum einen etwas Neugier, zum anderen darf man auch keine Angst davor haben, Dinge kaputt zu machen. Trotzdem sollte man wissen, wo die eigenen Grenzen liegen. Manchmal lohnt es sich aber, die bisherigen Grenzen etwas auszuweiten und Neues zu probieren.

Deshalb habe ich in diesem Jahr das Geld, welches ich üblicherweise jährlich für den Klavierstimmer bezahle, in diesem Jahr in ein bisschen Ausrüstung und Werkzeug investiert und beschlossen, mein Klavier selbst zu stimmen. Werkzeug und Ausrüstung allein reicht da allerdings nicht, ein bisschen Ahnung sollte man schon auch mitbringen, und da fängt das eigentliche Problem an. Das Stimmen eines Klaviers ist alles andere als trivial, was an ganz verschiedenen Dingen liegt, auf die ich im Detail hier gar nicht eingehen will. Kurz kann man sagen, dass es keinen simplen Tuner für Klaviere geben kann, denn die Stimmung hängt von sehr vielen instrumentspezifischen Parametern und Eigenschaften ab. Es gibt – anders als bei anderen Instrumenten – noch nicht mal eine mathematisch eindeutig richtig Stimmung eines Klaviers. Und da hat sich Prof. Haye Hinrichsen,  ein Physiker hier in Würzburg, vor einiger Zeit ein paar Gedanken gemacht, was dann hinter einer guten Stimmung stecken könnte. Sein Ansatz: Wenn ein Instrument gut gestimmt klingt könnte das daran liegen, dass die Entropie dann kleiner ist als bei einem verstimmten Instrument. Das Prinzip funktioniert offensichtlich besser als alles, was es bis dato an softwaregestützen Stimmverfahren gab. Und wie wir Spielkinder Physiker so sind hat Haye Hinrichsen die Idee in eine Software gepackt und diese für alle gängigen Plattformen kostenlos zur Verfügung gestellt: Voilà, der Entropie-Piano-Tuner. Vielen Dank!

Das Stimmen mit der Software geschieht in drei Schritten:

  1. Instrument analysieren. Dazu muss man jeden Ton des Klaviers mit der Software aufnehmen. Ein ordentliches Mikrofon ist nicht ganz unwichtig.
  2. Stimmung berechnen. Hat man jeden Ton des Klaviers gesampelt, dann kann die Software daraus easy die ideale Stimmung berechnen. Also easy für den Benutzer, nicht für das Programm. Das ganze ist ein recht komplexes, aber machbares Minimierungsverfahren.
  3. Klavier stimmen. Jetzt braucht man einen Stimmhammer, ein paar Keile zum dämpfen einzelner Saiten und etwas Zeit und Übung. Man sich jede einzelne Saite vor, spielt sie an und schaut, wie gut die Stimmung passt. Muss man einen Ton verändern ist das bei den tiefen Tönen noch recht einfach, weil tiefe Töne nur eine einzige Saiten haben. Die mittleren Töne haben zwei Saiten und die hohen drei, da ist das mit dem Abdämpfen der anderen Saiten und dem harmonischen Stimmen schon schwieriger. Aber machbar.

In einem Video erklärt Hinrichsen auch nochmal das Prinzip (und schaut dabei sehr lustig in die Kamera 😉 :

Nach insgesamt 2-3 Stunden Gesamtaufwand sah meine Stimmkurve am Ende so aus:

Man sieht zwar noch Abweichungen, aber die sind wirklich minimal und kaum stimmbar. Mit dem Ergebnis bin ich ziemlich zufrieden. Wobei ich auch sagen muss, dass mein Klavier noch gut in Stimmung war und nur einzelne Saiten korrigiert werden mussten. Das spricht durchaus für den Algorithmus der Entropie-Minimierung.

Fazit: Wer gerne Sachen selbst macht, keine Angst davor hat, Dinge auszuprobieren, ein bisschen einen Sinn für Musik und die Physik dahinter mitbringt, wer bereit ist, ein paar Euro für die Ausrüstung und etwas Zeit zu investieren, der hat mit dem Entropie-Piano-Tuner eine Software an der Hand, die das Klavier vielleicht nicht mit so viel Charakter versieht, wie es ein Profi-Stimmer könnte, es aber immerhin in einen ordentlich klingenden Zustand bringen und es in diesem halten kann. Mehr braucht man als Hobbypianist eigentlich nicht.

Soll ich mich überholen lassen?

Du kennst das sicher: Du fährst in einer einspurigen Einbahnstraße, Tempo 30, viel Platz ist nicht, links ist ein Gehweg, rechts parken an der Straße entlang Autos, und vor dir tümpelt ein Radfahrer vor sich hin. Du siehst schon, dass sich weiter vorne eine Lücke ergibt, ein paar Parkplätze in Folge sind frei, vielleicht so drei Stück. Du rückst dem Radfahrer ein bisschen auf die Pelle, denn selbstverständlich wird er gleich die Parklücke rechts nutzen, um dir Platz zu machen. Immerhin hält er dich ganz schön auf.

Andere Perspektive: Du merkst auf deinem Fahrrad, dass das Auto hinter dir in der Einbahnstraße vorbei will, offenbar hältst du den Fahrer auf. Obwohl hier ja Tempo 30 ist und du mit 25 km/h nicht gerade langsam unterwegs bist. 10 km/h Unterschied, das Auto fährt ja nicht nur 30, da könntest du es eigentlich vorbei lassen. Solltest es sogar. Da vorne in dem langen Stück mit den freien Parkplätzen ist eine gute Gelegenheit.

Ist es eine gute Gelegenheit? Die Situation kenne ich gut, alle paar Tage als Fahrradfahrer, ab und zu auch als Autofahrer. Schon oft dachte ich, man müsste das mal kurz durchrechen: Soll ich mich überholen lassen?

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Reise mit dem Licht (Ergänzung)

Vor einer Woche hab ich ein Video empfohlen, in dem man mit Lichtgeschwindigkeit von der Sonne weg durch unser Sonnensystem „fliegt“. Dazu will ich kurz zwei Sachen ergänzen:

1) If the moon were only 1 pixel

Michael hat mich auf diese Seite aufmerksam gemacht: http://joshworth.com/dev/pixelspace/pixelspace_solarsystem.html Gleiche Idee, nur nicht als Video, sondern als scrollbare Webseite. Längere Reisen sind nur zu empfehlen mit einer Maus mit „Hyper-fast scrolling“ oder ähnlichem. Oder man fliegt (wie im Video) „nur“ mit Lichtgeschwindigkeit durch die Leere :

pixelspace_solarsystem

 

2) To Scale: The Solar System

Ein paar Jungs bauen – weil sie sonst nichts zu tun haben – unser Sonnensystem in der Wüste von Nevada maßstabsgetreu nach. Mit kleinen leuchtenden Murmeln, einem Auto, wenig Zeit, dafür viel Raum:

Reise mit dem Licht

Eigentlich habe ich mit Astronomie nicht so viel am Hut. Ist ja alles relativ, auch diese Aussage, denn vermutlich habe ich damit deutlich mehr am Hut als der Durchschnittsbürger, immerhin hatte ich Astro als Nebenfach im Studium. Meine mit Abstand peinlichste Veranstaltung im Studium war ein Referat über Braune Zwerge. Mein einziges Ziel: Mir nicht anmerken zu lassen, dass ich sowas von keine Ahnung hatte. Scheint mir geglückt zu sein. Wenn ich schon fachlich nichts konnte hatte ich wenigstens das Blenden irgendwie drauf…

Zur Sache: Seit einiger Zeit interessiere ich mich (zum ersten Mal in meinem Leben wirklich) für Astronomie. Angefangen hat das mit einem Blogpost von Ralf über einen Vortrag von Florian Freistetter, den Wikipedia als „Astronom, Blogger, Buchautor und Podcaster“ vorstellt. Und in seiner Funktion als Podcaster hat er mir tatsächlich die Astronomie näher gebracht. „Sternengeschichten“ nennt er seinen Podcast leicht verklärt. Kleine Episoden über Themen der Astronomie, gut und oft einfach erklärt, eher leichte Kost. Hörenswert.

Und dann hab ich – frisch Astro-begeistert – heute dieses Video gesehen. Du wirst dir vermutlich kaum die Zeit nehmen, es komplett anzusehen, aber lohnen würde es sich. Die Idee ist schlicht: Die (natürlich virtuelle) Kamera bewegt sich mit Lichtgeschwindigkeit von der Sonne weg durch unser Planetensystem. Eingeblendet ist immer der Abstand zur Sonne, die schon verstrichene Zeit, und wie lange es noch dauert, bis man den nächsten Planeten oder Asteroiden passiert. Diese Angabe eignet sich auch gut zum Vorspulen, will man etwas Zeit sparen. Die ersten gut acht Minuten bis zum Erreichen der Erde solltest du dir aber schon in Echtzeit geben. Beim Ansehen bekommt man ein sehr gutes Gefühl dafür, wie unfassbar die Distanzen im All sind, wie lange Licht unterwegs ist, viel groß der Raum und wie klein die (aus unserer täglichen Perspektive riesigen) Strukturen wie Planten etc. sind, warum eine Fahrt zum Mars so dermaßen viel schwieriger ist als eine zum Mond, warum Astronomie so schwierig ist, wie wahnsinnig hell und heiß die Sonne sein muss, um uns aus dieser Distanz noch die Haut zu verbrutzeln usw. Hut Film ab!

Too schön to fail

Den Zustand der Physik kann man getrost als desolat bezeichnen. Nicht, dass in den letzten Jahrzehnten nichts geleistet worden wäre, es ist einiges passiert, und auch die großen Theorien wie z.B. die Stringtheorie sind nicht einfach so vom Himmel gefallen. In dem Video, welches ich euch hier zeigen will, diskutieren die beiden Physiker Harald Lesch und Josef M. Gaßner über eben diese Stringtheorie und haben dabei so richtig Spaß zusammen. Also Josef Gaßner hat viel Spaß, während Harald Lesch das alles nicht mehr witzig finden kann. Als Zuschauer kann man aber auf jeden Fall viel Spaß haben, sogar dann, wenn man in der Schule in Physik nicht immer ganz bei der Sache gewesen sein sollte. Und wer gar keinen Zugang zu dem Thema findet, der kann sich einfach an der schlechten Bluescreen-Technik z.B. am Kopfflaum der beiden Diskutanten erfreuen.

Wie gesagt, das Thema der Diskussion ist die Stringtheorie. Harald Lesch mag sie nicht besonders, und das hat seinen Grund:

Im Fußball sagt man, er war ein großes Talent, aber er hat’s eben doch nicht gebracht. Und so scheint’s mir mit der Stringtheorie auch zu sein. Große Versprechungen und nix gehalten, nix, nicht ein Tor geschossen, nicht mal ne Ecke, nix, überhaupt nix.

Seiner Meinung nach ist die Stringtheorie zwar eine faszinierende Theorie, die aber bisher keinerlei experimentell falsifizierbaren Aussagen machen konnte. Er geht noch weiter und hinterfragt de Ansatz, mit immer neuen Theorien die Probleme vorhergehender lösen zu wollen:

Mit anderen Worten: Ich habe eine Theorie, die ein Problem hat. Dafür muss ich eine andere Theorie entwickeln, die genau die Probleme, die die erste Theorie hatte, jetzt wegnehmen kann. (…) Und dann brauch ich noch eine dritte Theorie, die die Probleme der zweiten Theorie, die aber günstigerweise die Probleme der ersten Theorie schon weggebügelt hat, auch noch wegbügelt, was natürlich zu einer vierten, n-ten und x-ten Theorie führt, die dann irgendwie alle Probleme wegmittelt, bis auf die Probleme, die sie selber produziert, was zu einer weiteren Theorie führt, die (n+1)-te Theorie, …

Dem widerspricht der Physiker und Mathematiker Josef Gaßner nicht wirklich, aber ist einfach so dermaßen fasziniert von der Schönheit dieser Theorien, wirkt fast ein bisschen verliebt. Und Liebe macht eben blind:

Die Theorie ist zu schön, too schön to fail. (…) Das Ganze hat schon einen gewissen Schick, das spricht den Mathematiker in mir schon ein wenig an.

Ich kann das nachvollziehen. Ich habe im Studium einige Theorievorlesungen gehört, bei denen ich zwar mitnichten alles verstanden haben und trotzdem sehr fasziniert von den Formulierungen der Theorien war (Bsp. Supersymmetrie). Aber Schönheit ist nicht alles. Irgendwann muss eine Theorie auch liefern, und  Lesch fragt die Community zurecht:

Ab wann wären wir bereit zu sagen, die Theorie ist tot?

Auch Gaßner fürchtet wohl, dass wir in diese Richtung unterwegs sind und formuliert in seinem Schlusswort frei nach Thomas Henry Huxley:

Das Schlimmste Drama, die größte Tragödie besteht in der Erschlagung einer schönen Theorie durch eine hässliche Tatsache.

Wie gesagt, die Unterhaltung der beiden ist äußerst unterhaltsam. Anschauen!

PS: Danke an Ralf für den Hinweis!

Oszillierende Pilze

Dieses Video hat ein gewisser Jerobeam Fenderson mit einem handelsüblichen Oszilloskop generiert. Für ihn nichts besonderes, er zeigt seine Oszilliscope Music sogar in Live-Shows. Für mich aber schon.

Eigentlich wollte ich mal versuchen, die Tonspur des Videos auf ein normales Oszi zu legen und zu schauen, ob ich das nachkochen kann. Allerdings erklärt er auf seinem Blog, warum das vermutlich nicht (befriedigend) funktionieren wird. Also lasse ich es. Es fasziniert mich auch so schon genug. Auch wenn es meinem Physiklehrer Hr. Fuhrmeister vor vielen Jahren nicht wirklich gelungen ist, mich für die dahinter stehenden Lissajouos-Figuren zu begeistern, von denen er dagegen fast kindlich begeistert war.

Feder vs. Bowlingkugel

Mit der Gravitation ist das ja so eine Sache, richtig verstanden haben wir Physiker sie wohl nicht, so weit ich das verstehe. Aber den klassischen freien Fall, den haben wir so einigermaßen im Griff. Da hat sich ja auch schon ein Galileo Galilei seine Gedanken gemacht. Hartnäckig hält sich die Legende, Galileo habe diverse Gegenstände vom Schiefen Turm von Pisa fallen lassen und dabei Erkenntnisse über die Gravitation gewonnen.

Diese Art von Experimenten laufen jedem Schüler einmal über den Weg: Man lässt irgend welche Gegenstände mit gleicher Masse aber unterschiedlicher Form oder eben gleicher Form und unterschiedlicher Masse fallen und beobachtet, welcher davon früher am Boden auftrifft. Dabei geht es dann um Gravitationskraft, Reibungswiderstand, Auftriebskraft und so. Es leuchtet dann ein, dass im Vakuum weder Reibung noch Auftrieb eine Rolle spielt und somit alle Gegenstände unabhängig von Masse und Form gleichzeitig am Boden auftreffen sollten. Grund dafür ist die Äquivalenz von träger und schwerer Masse. Hätte man – was man in der Schule dann eben nie hat – eine sehr große Vakuumkammer, dann könnte man das sicher schön beobachten.

In der größten Vakuumkammer der Welt wurde das jetzt schön umgesetzt. Feder vs. Bowlingkugel. So klar die Theorie, so faszinierend die Praxis:

Was ich nicht wusste: Bei der Apollo 15-Mission wurde 1971 ein ähnliches Experiment durchgeführt. Technisch viel unaufwendiger und trotzdem sehenswert:

Viele Leute wundert es nicht, dass es im zweiten Video genau so gut klappt wie im ersten. Gehen sie doch davon aus, dass beide in der gleichen Vakuumkammer gedreht wurden…

Die logarithmische Welt

Ich muss unbedingt ein uraltes (ok, so alt wie ich…) Video empfehlen:

Das Video fasziniert mich zum einen, weil ich es wirklich schick gemacht finde, wenn man bedenkt, mit welchen technischen (Un-)Möglichkeiten es entstanden ist. Zum anderen hat es mich an ein Web-Projekt von mir aus dem Jahr 1999 (grob geschätzt…) erinnert, in dem ich genau diese Idee umgesetzt hatte, natürlich viel, viel lausiger. Das waren so meine ersten verspielten Schritte mit Javascript damals: Ein Zoom durch die Zehnerpotenzen von der subatomaren Ebene hin bis zu den Galaxien. Leider ist das Teil nicht in der Wayback-Machine des Internet Archives zu finden, zu dem ich hier schon einmal etwas geschrieben hatte.

Meine Pebble im CT

Gewöhnlich beschäftige ich mich mit Magnetresonanztomographie (MRT), das ist so etwas wie der natürliche Feind der Computertomographie CT. Wenn man aber ehrlich ist ergänzen sich die beiden Modalitäten oft ziemlich gut. Letzte Woche hatte ich Gelegenheit, an einem sehr feinen, tragbaren CT-Scanner eingearbeitet zu werden und selbst erste Messungen zu machen. Nachdem wir unser geplantes (recht langweiliges) Kunststoffsample durchleuchtet und noch etwas Zeit hatten, waren wir auf der Suche nach einem spannenderen Untersuchungsobjekt. Zunächst wollten wir uns die analoge Armbanduhr meines Kollegen ansehen, gegen deren Metallgehäuse was das Gerät jedoch machtlos. Also musste meine Pebble herhalten. Ich hatte etwas Angst um sie, aber sie hat das schadlos überstanden. Mit einer ordentlichen Rekonstruktion der Daten werde ich mich nächste Woche auseinandersetzen, bis dahin wollte ich hier schon mal die animierten Projektionen zeigen:

Update

Hier nochmal eine Version mit einer logarithmischen Skalierung und dafür ohne Youtube-Filterung. Gefällt mir deutlich besser:

Außerdem habe ich gelernt, dass wir bei der Aufnahme so einiges hätten besser machen können. Mal sehen, vielleicht kann ich da bei Gelegenheit nochmal was nachreichen.

 

Dominosteine eng oder weit stellen? Ein Experiment.

Gestern Abend stellte sich der Jüngere beim Spielen mit Dominosteinen eine Frage: Sind Dominosteine auf einer  bestimmten Strecke schneller, wenn man sie maximal weit auseinander oder wenn man sie ganz eng zusammen stellt?

Die Frage ist nicht trivial, immerhin gibt es bei diesem Prozess wohl teils konkurrierende Effekte:

  • Je weiter die Steine auseinander stehen, desto weniger Steine brauche ich für die Strecke, und desto weniger Umfallprozesse müssen stattfinden.
  • Je weiter die Steine auseinander stehen, desto länger dauert ein Umfallprozess, bis er den nächsten triggert.
  • Je enger die Steine zusammen stehen, desto mehr spielen Reibungsprozesse zwischen den Steinen eine Rolle.

Vermutlich wird es also irgendwo einen optimalen Steinabstand geben. Uns interessierten nun die beiden sinnvollen Grenzwerte, die man beim Stellen der Steine üblicherweise verwendet. Jetzt musste ein Experiment her. Wir stellten zwei Reihen an Steinen, die einen sehr eng zusammen, die anderen ziemlich weit auseinander. Die beiden Reihen mussten gleich lang sein, gleichzeitig gestartet werden und die Geschwindigkeit sollte gut sichtbar sein. Bevor du das Video mit der Lösung anschaust: Was ist dein Tipp?

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