Mit Putzeimer, Papier und Kupferdraht zum selbstgemachten Sound

Ein Konzert, doch wo ist die Musik? Ein Geburtstag, doch die Stimmung bleibt aus. Eine Bahn fährt ohne Ankündigung in den Bahnhof ein. Was haben diese völlig verschieden erscheinenden Ereignisse miteinander zu tun? In einer solchen Welt ohne Lautsprecher fehlt die Verstärkung von Musik, Gesprächen oder Durchsagen. Erst die Verwendung von Boxen macht es möglich, die Lautstärke und Reichweite von Schallwellen zu vergrößern. Faszinierend und in der Umsetzung überraschend einfach sind die zugrunde liegenden physikalischen Prozesse, die für eine Übermittlung und Verstärkung der Schallwellen durch einen Lautsprecher notwendig sind. Wie Sie diese mit dem Bau einer eigenen Lautsprecherbox erfolgreich in den Physikunterricht integrieren können, erfahren sie weiter unten. Mit den selbstgebauten Lautsprecherboxen wird dann auch der nächste Geburtstag garantiert zu einem vollen Erfolg.

Die Baden-Württemberg Stiftung unterstützt Schülerinnen und Schülern im Rahmen ihres Programmes mikro makro mint bei der Realisierung von naturwissenschaftlichen Projekten. Im Rahmen dieses Programms wurde in Zusammenarbeit mit Klett MINT ein Buch mit Arbeitsblättern und Experimenten zum Thema Forschen in der Schule entwickelt. Der Blick ins Forscherbuch zeigt, wie der Unterricht für junge Akustiker auf Anhieb gelingen kann.

Blick ins Buch: Gute Musik, selbstgebaute Boxen – Konstruktion und nützliche Hinweise für den Unterricht

Die Versuchsreihe „Gute Musik, selbst gebaute Boxen“ besteht aus drei Arbeitsblättern („Forscherblättern“). Die Konstruktion der Lautsprecherbox steht dabei vor den Forschungsaufgaben.

Die Bauanleitung gibt einen klaren Konstruktionsweg vor. Die einzelnen Arbeitsschritte werden erklärt und die Ergebnisse auf Abbildungen dargestellt, an denen sich die Schülerinnen und Schüler orientieren können. Es ist bei der Konstruktion sinnvoll, dass alle etwa im gleichen Tempo voran- kommen. Abhängig von den Fertigkeiten der Schülerinnen und Schüler kann das saubere Aufwickeln der Spule unterschiedlich viel Zeit beanspruchen.

Praxistipp 1: Aus Gründen der Zeitersparnis können Sie das Aufwickeln der Spule und die Vorbereitung der nachfolgenden Konstruktionsschritte auch auf die Gruppenmitglieder aufteilen.

Praxistipp 2: Es empfiehlt sich, dass Sie die Lautsprecherbox vorab selbst bauen, um auf die Stellen, an denen wirklich sauber gearbeitet werden muss (Spulenwicklung, Einstellung der Stabhöhe für den Magneten, Abisolierung und Anschluss der Klinkenstecker) vorbereitet zu sein.

Die Forscher-Checkliste des Arbeitsblattes enthält die für jede Gruppe benötigten Materialien und Werkzeuge.

Zeitbedarf zum Bau der Lautsprecherboxen beträgt zwei Doppelstunden

Dieses Arbeitsblatt ist aufgrund des Zeitaufwands für die Spulenwicklung für zwei Doppelstunden konzipiert. Die Schülerinnen und Schüler sollten auf jeden Fall wissen, zu welcher Uhrzeit sie mit dem Aufräumen und Säubern der Arbeitsplätze beginnen müssen. Insbesondere muss für den Zeitraum zwischen den beiden Doppelstunden ein geeigneter Aufbewahrungsort für die Lautsprecherteile gefunden werden.

Nach der Konstruktion der Lautsprecherbox ist vor der Untersuchung

Die Konstruktion einer Lautsprecherbox ist das Ziel dieser Einheit. Daher ist es sinnvoll, diese nach erfolgter Konstruktion zu testen. Hierfür reicht die Leistung eines handelsüblichen Mobiltelefons, welches über einen Kopfhöreranschluss verfügt, an dem Sie den Klinkenstecker anschließen können. Die Schülerinnen und Schüler werden feststellen, dass die Lautstärke nicht sehr hoch ist. An dieser Stelle kann man direkt zum Forscherblatt 2 überleiten oder alternativ einen kleinen Verstärker im Selbstbausatz, den man mit einer 9-V-Blockbatterie betreiben kann, zusammenlöten.

Die im Forscherblatt genannten Fragen dienen zur Anregung. Sie müssen nicht alle bearbeitet werden, auch die Reihenfolge können die Gruppenmitglieder selbst festlegen. Es ist ebenfalls in Ordnung, wenn Gruppen andere Untersuchungen anstellen wollen.

Untersuchungsergebnis: Membranmaterial und Anzahl der Wicklungen als Klangfaktoren der Lautsprecherbox

Die Beschäftigung mit den Forscherblättern macht folgende Faktoren für die Beeinflussung der Leistung einer Lautsprecherbox deutlich:

  • Mit der Anzahl der Wicklungen erhöhen sich gleichzeitig die Induktivität und der Widerstand der Spule. Entsprechend ergeben Spulen mit wenigen Wicklungen aufgrund des geringen Magnetfeldes und Spulen mit vielen Wicklungen aufgrund des hohen Widerstandes eine geringe Lautstärke. Es gilt also, den besten Kompromiss aus Magnetfeldstärke und Widerstand zu finden.
  • Die Membran versetzt die Luft in Schwingungen. Diese Schwingungen werden vom menschlichen Ohr wahrgenommen, man hört Töne. Auch bei der Membran gilt es, einen Kompromiss zu finden: Je härter das Material, desto besser werden die Schwingungen übertragen. Das führt aber im Hochtonbereich zu sehr unsauberen Klängen. Als Kompromiss gut geeignet scheint Kunststoff.

Auszug, z.T. verändert, aus: Forschen in der Schule – Experimente für angehende Forscher

Melden Sie Ihre jungen Forscher an beim Programm der Baden-Württemberg Stiftung mikro makro mint

Jetzt, da der Geburtstag geglückt ist, kann man wieder ins Labor um das nächste Problem zu lösen. Wenn auch Ihre Schülerinnen und Schüler begeisterte Forscher sind können Sie ihr Projekt für das Programm mikro makro mint anmelden und mit bis zu 2500 Euro gefördert werden. Teilnahmebedingungen, Bewerbungsbogen und weitere Informationen finden Sie unter www.mikromakro-mint.de.