Bei der Überlagerung akustischer Schwingungen mit geringem Frequenzunterschied kommt es zu einem periodischen An- und Abschwellen der Lautstärke. Dieses Phänomen wird als akustische Schwebungen bezeichnet. Deren Frequenz, also die Anzahl der auftretenden Lautstärkeminima bzw. -maxima pro Sekunde, entspricht exakt dem Abstand der beiden Ausgangsfrequenzen. Schwebungen werden vor allem bei der Intonation und dem Stimmen verschiedener Musikinstrumente, wie z.B. Klavieren, Gitarren oder auch Orgeln, eingesetzt. Bei Letzteren kommt es regelmäßig durch Temperaturänderungen zu Verschiebungen der Frequenzen der verschiedenen Pfeifenarten, hauptsächlich Labial- und Lingualpfeifen, und somit zur Inharmonizität zwischen diesen. Das macht ein regelmäßiges Nachstimmen notwendig. Dies erfolgt unter Zuhilfenahme und Elimination der auftretenden Schwebungen. Aktuell existieren keine Algorithmen, um solche Schwebungen bei verschiedenartigen Orgelpfeifen zu erkennen. Im Rahmen dieser Masterarbeit wurde ein solcher Algorithmus entwickelt und evaluiert. Dabei wurden verschiedene Ansätze untersucht und miteinander verglichen. Insgesamt konnten mit dem Algorithmus bis zu 85 % aller Schwebungen in den Testdaten korrekt erkannt werden.

In dieser Arbeit werden die Effekte der Synchronisation nichtlinearer, akustischer Oszillatoren am Beispiel zweier Orgelpfeifen untersucht. Aus vorhandenen, experimentellen Messdaten werden die typischen Merkmale der Synchronisation extrahiert und dargestellt. Es folgt eine detaillierte Analyse der Übergangsbereiche in das Synchronisationsplateau, der Phänomene während der Synchronisation, als auch das Austreten aus der Synchronisationsregion beider Orgelpfeifen, bei verschiedenen Kopplungsstärken. Die experimentellen Befunde werfen Fragestellungen nach der Kopplungsfunktion auf. Dazu wird die Tonentstehung in einer Orgelpfeife untersucht. Mit Hilfe von numerischen Simulationen der Tonentstehung wird der Frage nachgegangen, welche fluiddynamischen und aero-akustischen Ursachen die Tonentstehung in der Orgelpfeife hat und inwiefern sich die Mechanismen auf das Modell eines selbsterregten akustischen Oszillators abbilden lässt. Mit der Methode des Coarse Graining wird ein Modellansatz formuliert. / In this study, synchronization properties observed in a system of nonlinear acoustic oscillators in form of two coupled organ pipes are investigated. From given measurements we extract the effects of synchronization one would expect typically. Furthermore we set our focus to the domains of transition into the synchronization region, when the system is complete synchronized and when it tears off, under the condition of different coupling strengths. We analyze and discuss the observed phenomena concerning their nonlinearities. Using numerical, fluid-dynamic and aeroacoustic simulation techniques we investigate how an organ pipe can be understand as a self-sustained, acoustic oscillator. With the results of the numerical simulations we show, how to reduce the complex fluid-dynamical interplay with the acoustic field inside the pipe to a self-sustained acoustic oscillator. For this process we use the coarse graining method.

Am Beispiel der Orgelpfeife wurde der Einfluss der Wandungsgeometrie des akustischen Wellenleiters auf die Schallabstrahlung untersucht. Für verschiedene Metalllegierungen wurden unterschiedliche Profile der Orgelpfeifenwandung verglichen: ein konisches Wandungsprofil mit zur Mündung hin abnehmender Wandungsstärke und ein paralleles Wandungsprofil mit konstanter Wandungsstärke. Für eine hohe statistische Sicherheit der Ergebnisse wurden sämtliche Untersuchungen an vier mal zehn Testpfeifen durchgeführt. Mit Ausnahme der beschriebenen Unterschiede sind die Pfeifen von gleichen Abmessungen und auf gleichen Klang intoniert.<br><br> Die Überprüfung der Wandungseinflüsse auf den Klang besteht aus drei verschiedenen Untersuchungen: Erstens, einer subjektiven Hinterfragung der Wahrnehmbarkeit in einem Hörtest. Zweitens wurde der abgestrahlte Luftschall objektiv gemessen und das Spektrum der Pfeifen in seinen Komponenten (Teiltöne, Grundfrequenz) verglichen. Drittens wurde mit einer neuartigen Messtechnik die Oszillation des Pfeifenkörpers (ein einem akustischen Monopol entsprechendes "Atmen" des Querschnitts) untersucht. Die Ergebnisse belegen die Wahrnehmbarkeit unterschiedlicher Wandungsprofile als auch klare objektive Differenzen zwischen den emittierten Schallspektren. Ein Atmen mit guter Korrelation zur inneren Druckanregung bestätigt den Einfluss wandungsprofilabhängiger Oszillationen auf den Klang der Orgelpfeife. Schließlich wurde die Interaktion zweier in Abstand und Grundfrequenz nah beieinander liegender Orgelpfeifen überprüft. Als Ursache des dabei wahrnehmbaren Oktavsprung des Orgeltons konnte eine gegenphasiger Oszillation des Grundtons beider Pfeifen nachgewiesen werden. / The influence of the wall geometry of an acoustic waveguide on the sound radiation has been investigated on the example of the steady sound quality of an organ pipe. At the example of two different pipe materials two different pipe wall geometries were compared: a wedge-shaped conical wall profile with a decreasing wall strength towards the pipes open end and a constant wall profile with no change in wall strength, respectively. For statistic safety all investigations were exercised on a large test pipe series of 4 by 10 pipes, unique to our knowledge. Apart from the described differences, all pipes are produced and intonated to be as equal as possible.<br><br> The verification of the wall geometries influences is based on three investigations: First, a subjective evaluation of the audible differences was performed. Second, differences in the broad spectra, the level of the harmonics partials and in the fundamental frequency were detected in an anechoic chamber. Third, with a new measurement technique we examined the oscillation of the pipe body (monopolic breathing of the pipe bodies cross-section) as source of the detected differences in the sound. The results show clear audible difference which are supported by measurable differences in airborne sound and body oscillations of the investigated pipes. Finally the interaction of two organ pipes closely space in frequency and distance has been investigated. The subjective impression of frequency doubling was detected as an anti-phase phase oscillation of the fundamental tone of both pipes leading to a dominance of the second harmonic.<br><br>