Tonvariator nach Stern

"Der 'Tonvariator' ist ein Apparat, der, aus ganz speciellen psychologischen Versuchsabsichten hervorgegangen, in seiner nunmehrigen vervollkommneten Form geeignet ist, als akustischer Demonstrations- und Experimentalapparat sehr verschiedenen Zwecken zu dienen" schrieb William Stern in einer Publikation 1902. Vorausgegangen waren mehrere Jahre der Entwicklung, die, wie Stern mitteilt, von Carl Stumpf angeregt wurden und letztendlich auf einer Idee von Herrmann von Helmholtz beruhen. Helmholtz hatte entdeckt, dass angeblasene Flaschen einen nahezu obertonfreien Klang hervorbrachten und durch das Einfüllen von flüssigem Wachs oder Öl auf bestimmte Tonhöhen gestimmt werden können.

William Stern verbesserte dieses Grundprinzip in Zusammenarbeit mit den Mechanikern Oehmke in Berlin und Tiessen in Breslau bis zur Serienreife. Die Veränderung der Tonhöhe der Sternschen Tonvariatoren geht nicht durch das Einfüllen von Öl oder Wachs vonstatten, sondern wird durch eine ausgeklügelte Mechanik vorgenommen. Anstelle einer Glasflasche setzte Stern Messingzylinder unterschiedlicher Größe ein. Diese wurden auf der einen Seite durch eine anblasbare Kappe abgeschlossen und in die andere Seite  konnte ein Kolben zur Variation des Luftvolumens im Zylinder eingeschoben werden. Die über Zahnräder geregelte Auf- und Abwärtsbewegung des Kolbens im Zylinder korreliert mit unterschiedlichen Tonhöhen. Interessant ist die Umsetzung für den Auf- oder Abtrieb des Kolbens. Dieser wurde nicht linear, sondern mittels einer Schnecke logarithmisch vorgenommen, damit eine kontinuierliche Tonhöhenänderung entsteht. Letztendlich ist dies die Umsetzung des Fechnerschen Gesetzes - dass die Empfindung eine Funktion des Logarithmus des physikalischen Reizes ist - in einem mechanischen Apparat. 

3D-Animation des Sternschen Tonvariators Nr. 4

Literatur:
Helmholtz. H.v. (1862). Die Lehre von den Tonempfindungen. Braunschweig: Vieweg & Sohn.
Stern, L.W. (1902). Der Tonvariator. Zeitschrift für Psychologie und Physiologie der Sinnesorgane. 30. 422-432.
Stock, A. (2011). About the historical development and precision of psychoacoustic instruments. Part 1: William Stern’s Tone-Variator. Teorie & Modelli. Rivista di Storia e Metodologia della Psicologia, XVI, II, 103-115.