Wie funktioniert eine Spieluhr? Kamm, Walze, Feder

Was das Modell zeigt

Wie eine Spieluhr funktioniert, sieht man, wenn man eine kleine aufmacht. Darin sind keine Saiten, keine Zungen und keine Hämmer. Es gibt eine Messingtrommel voller kurzer Stifte, einen in Zähne geschnittenen Stahlstreifen, eine aufgewickelte Feder und einen kleinen Windfang, der so schnell dreht, dass er verschwimmt. Das ist das ganze Instrument. Dieses Modell baut ein solches Werk in Code nach, sodass Sie einen Ton von der Feder bis zu Ihrem Ohr verfolgen können, und zeigt dann zwei größere Verwandte, die nach derselben Idee arbeiten: eine Plattenspieluhr und ein Orchestrion.

Das Walzenwerk hat 18 Zähne, gestimmt auf eine C-Dur-Tonleiter von C4 (eingestrichenes C, 261,6 Hz) bis F6 (1396,9 Hz). Die Walze ist 13 mm dick und 40 mm lang und trägt zwei Spuren. Spur A beginnt mit Beethovens Ode an die Freude (46 Stifte), Spur B mit dem alten französischen Kanon Frère Jacques (48 Stifte). Ist die Feder voll aufgezogen und hat der Windfang seine Standardflügel, dreht sich die Walze alle 16 Sekunden einmal, das sind 120 Schläge pro Minute.

Unter der Steuerung liegt ein Labor. Sie können Ihre eigene Melodie auf die Walze stecken, eine von 29 gemeinfreien Melodien laden, Länge und Dicke jedes Zahns ändern und vier kleine Aufgaben lösen. Darunter steht eine Liste von 37 Maschinen, Herstellern und Museen, vom Flötenspieler des 9. Jahrhunderts bis zu einem Spieluhrwerk, das 2026 zum Technikerbe erklärt wurde.

Das Modell startet lautlos. Drücken Sie in der Steuerung auf Wiedergabe oder tippen Sie einen Zahn an, dann baut die Seite jeden Ton mit der Web Audio API in Ihrem Browser auf. Es wird keine Aufnahme verwendet.

Drei Maschinen, eine Idee

Mit der Steuerung Maschine wechseln Sie zwischen drei Szenen. Alle drei lesen dieselbe Melodie, und alle drei machen daraus Klang mit einem Mechanismus, der sich im Takt eines drehenden Notenspeichers bewegt.

• Walze: Stifte auf einer Messingwalze zupfen die Stahlzähne direkt. Dieses Werk ließ Antoine Favre aus Genf 1796 eintragen, und es wird bis heute in kleinen Dosen gebaut.
• Platte: Nocken einer gestanzten Stahlplatte drehen Sternräder, und die Sternräder zupfen die Zähne. Symphonion aus Leipzig baute 1885 die erste Spieluhr mit Platten.
• Orchestrion: Stifte auf einer Holzwalze heben Tasten, und die Tasten öffnen Orgelpfeifen. Die Stiftwalze ist viel älter als der Kamm; sie spielte Glocken und Orgelpfeifen lange vor 1796.

In welcher Szene Sie auch sind, der Stifteditor schreibt auf dieselbe Spur. Stecken Sie einen Ton, erscheint er auf der Walze, als neuer Nocken auf der Platte und als neuer Stift auf der Orgelwalze.

Wie aus einem Stift ein Ton wird

Überlegen Sie, was für einen Ton geschehen muss. Etwas muss einen Zahn biegen und ihn dann im genau richtigen Moment loslassen. Der Stift tut beides. Während sich die Walze dreht, trifft der Stift die Spitze eines Zahns, drückt ihn einen Bruchteil eines Millimeters nach oben und gleitet dann am Ende vorbei. Der Zahn federt zurück und schwingt von selbst weiter auf und ab, wie ein Sprungbrett, nachdem der Springer es verlassen hat.

Ein schwingender Zahn allein macht kaum Geräusch, weil ein wenige Millimeter breiter Streifen fast keine Luft bewegt. Deshalb ist der Kamm fest auf eine schwere Grundplatte geschraubt, und die Grundplatte sitzt auf einem Holzkasten. Die Schwingung läuft durch den Zahnfuß ins Holz, und die größeren Holzflächen bewegen genug Luft, um einen Raum zu füllen.

Die Walze ist die Partitur. Lesen Sie sie wie eine Seite. Rund um die Trommel ist Zeit, entlang der Trommel ist Tonhöhe, denn jede Stelle entlang der Trommel liegt vor einem Zahn. In diesem Modell ist eine Umdrehung 32 Schläge. Der Umfang ist π × 13 mm = 40,8 mm, also nimmt ein Schlag 40,8 / 32 = 1,28 mm der Oberfläche ein, und die Oberfläche läuft mit 40,8 / 16 = 2,55 mm pro Sekunde am Kamm vorbei. Dieses langsame, gleichmäßige Kriechen ist alle Genauigkeit, die die Musik braucht.

Eine eigene Melodie stecken

Der Stifteditor im Labor ist die abgerollte Walze. Jede seiner 64 Spalten ist ein halber Schlag, eine Achtelnote, also steht eine Spalte für 0,64 mm der Walzenoberfläche. Jede seiner 18 Zeilen ist ein Zahn, mit dem tiefsten Ton unten. Tippen Sie auf ein Feld, und an dieser Stelle erscheint ein Stift auf der Walze; tippen Sie erneut, und der Stift verschwindet. Die Bühne spielt den neuen Ton bei der nächsten Umdrehung.

Eine Regel erzwingt der Editor. Nachdem ein Stift einen Zahn losgelassen hat, klingt der Zahn noch nach. Käme ein zweiter Stift sofort an denselben Zahn, würde er ihn mitten im Schwung abfangen und den Ton ersticken. Im Modell braucht ein Zahn einen halben Schlag, bei 120 Schlägen pro Minute 0,25 Sekunden, bevor er wieder gezupft werden kann; ein neuer Stift, der in derselben Zeile näher liegt, ersetzt deshalb den alten. Hot Cross Buns in der Melodieliste hat vier schnelle Töne auf einem Zahn, genau an dieser Grenze.

Die Melodien der Liste sind auf eine Umdrehung der Walze gekürzt, 32 Schläge oder weniger, und stehen in C oder in einer Tonart ohne Vorzeichen, denn der Kamm hat nur die weißen Töne von C4 bis F6. Old MacDonald steht in G, aber seine Melodie braucht kein Fis. Scarborough Fair steht im dorischen Modus, der auf D nur weiße Töne verwendet. Eine Basslinie wird aus den Akkorden ergänzt: der Grundton jedes Akkords oder seine Quinte, wenn sich der Akkord wiederholt.

Warum ein kürzerer Zahn höher klingt

Jeder Zahn ist ein Kragträger, ein Balken, der an einem Ende eingespannt und am anderen frei ist. Das Lehrbuchergebnis für seine tiefste Eigenfrequenz (Euler-Bernoulli-Balkentheorie) lautet

f = (1,8751² / 2π) × (t / L²) × √(E / 12ρ)

wobei t die Dicke ist, L die freie Länge, E die Steifigkeit des Stahls und ρ seine Dichte. Zweierlei fällt auf. Die Tonhöhe steigt im Gleichschritt mit der Dicke und fällt mit dem Quadrat der Länge. Die Breite kürzt sich heraus, weshalb die Zahnbreite für die Tonhöhe kaum eine Rolle spielt.

Setzt man Zahlen für Stahl ein, E = 200 GPa und ρ = 7850 kg/m³, ergibt sich √(E / 12ρ) = 1457 m/s, und 1,8751² / 2π = 0,5596, sodass der Vorfaktor 815,4 m/s beträgt. Jeder Zahn in diesem Modell ist zu Beginn 0,30 mm dick. Nach der Länge aufgelöst, ergibt sich L = √(815,4 × t / f). Mit t und L in Millimetern lautet dieselbe Formel f = 815.400 × t / L², die Zeile, die der Zahntester zeigt.

• C4, 261,63 Hz: L = √(815,4 × 0,0003 / 261,63) = 0,0306 m, also 30,6 mm.
• C5, 523,25 Hz: 21,6 mm.
• F6, 1396,91 Hz: 13,2 mm.

Der längste Zahn ist 30,6 / 13,2 = 2,31-mal so lang wie der kürzeste, und √(1396,91 / 261,63) = 2,31 ebenfalls, die Quadratwurzelregel bei der Arbeit. Halbiert man die Länge eines Zahns, vervierfacht sich seine Frequenz, das sind zwei Oktaven. Verdoppelt man seine Dicke, verdoppelt sich die Frequenz, eine Oktave. So haben Hersteller zwei Wege zu einem Ton. Wäre der C4-Zahn 0,60 mm dick, müsste er 43,2 mm lang sein, um bei derselben Tonhöhe zu bleiben. Die Zähne der Plattenspieluhr in diesem Modell sind 0,60 mm dick, deshalb ist ihr C4-Zahn genau so lang.

Ein Zahn hat auch höhere Schwingungsmoden. Die zweite liegt beim (4,6941 / 1,8751)² = 6,27-Fachen der ersten, der C4-Zahn hat also einen schwachen Teilton bei 261,63 × 6,27 = 1640 Hz. Da 6,27 keine ganze Zahl ist, ist dieser Oberton nicht rein zum Grundton gestimmt. Er klingt schnell ab und gibt dem Anzupfen seinen hellen, metallischen Beginn. Der synthetisierte Klang auf dieser Seite mischt diesen Teilton leise bei, dazu ein kurzes Klicken für den Stift.

Zwei Aufgaben mit dem Zahntester

Die Aufgaben Eine Oktave höher und Gleiche Länge, neuer Ton lassen Sie die Formel mit den Ohren prüfen.

Um den C4-Zahn eine Oktave höher zu bringen, brauchen Sie die doppelte Frequenz. Die Frequenz geht mit 1 / L², die Länge muss also um √2 schrumpfen: 30,6 / 1,414 = 21,6 mm. Das ist genau die Länge des C5-Zahns, der schon im Kamm sitzt. Die Steuerung Zahnlänge geht in Schritten von 0,1 mm, und die Aufgabe gilt als gelöst innerhalb von 17 Cent um 523,25 Hz, ein Fenster von etwa 0,1 mm nach beiden Seiten.

Um aus dem C4-Zahn G4 (392 Hz) zu bekommen, ohne seine Länge zu ändern, muss die Dicke im selben Verhältnis wachsen wie die Frequenz: 0,30 × 392,00 / 261,63 = 0,45 mm. Bei 0,45 mm klingt der Zahn mit 392,4 Hz, 2 Cent zu hoch, so nah, dass kein Ohr es unterscheiden könnte.

Wenn Sie einen Zahn ändern, behält die Melodie ihre Stifte, und die Walze zupft nun überall dort den falschen Ton, wo dieser Zahn gebraucht wird. Das Kammdiagramm im Labor zeigt die Zähne als Balken, mit gestrichelten Umrissen für die ursprünglichen Längen, und markiert jeden Zahn orange, der mehr als 17 Cent verstimmt ist. Alle Zähne neu stimmen setzt alles zurück.

Bleigewichte unter dem Bass

Sehen Sie sich die Formel noch einmal an, dann taucht am unteren Ende der Tonleiter ein Problem auf. Ein tiefer Ton braucht einen langen Zahn, und ein langer Zahn macht den Kamm breit und zerbrechlich. Zwischen 1820 und 1830 begannen Hersteller, nach John E. T. Clarks Geschichte des Gewerbes, kleine Bleigewichte unter die Basszähne zu setzen.

Zusatzmasse an der Spitze verlangsamt einen Zahn. Eine einfache Abschätzung behandelt den Zahn als Feder mit einer effektiven Masse vom 0,2357-Fachen seiner eigenen Masse, dem Rayleigh-Ergebnis für einen Kragträger. Ein Gewicht M an der Spitze senkt dann die Frequenz auf

f = f₀ / √(1 + M / (0,2357 m)).

Der C4-Zahn in diesem Modell wiegt etwa 0,090 g (7850 kg/m³ × 1,25 mm × 0,30 mm × 30,6 mm). Mit einem Gewicht von 0,04 g darunter würde derselbe 30,6 mm lange Zahn auf 154,0 Hz fallen, 917 Cent zu tief. Um ihn wieder auf C4 zu bringen, muss der Zahn auf 22,2 mm gekürzt werden. Schalten Sie Bleigewichte ein, und die sieben Basszähne von C4 bis B4 schrumpfen auf einmal und spielen dieselben Töne; das Bassende des Kamms liegt nun auf einer Linie mit der Mitte. Ein schwererer Zahn behält auch seine Energie länger, deshalb lässt das Modell beschwerte Zähne 1,6-mal so lange nachklingen. Die 0,04 g und das längere Nachklingen sind Modellwerte, gewählt, um die Wirkung leicht sichtbar und hörbar zu machen.

Der Resonanzkasten

Schalten Sie den Resonanzkasten aus und hören Sie hin. Der Kamm bewegt so wenig Luft, dass das meiste, was man von einer echten Spieluhr hört, von dem kommt, woran sie geschraubt ist. Im Modell senkt das Ausschalten des Kastens die Lautstärke auf etwa das 0,3-Fache und schneidet den Klang unter 900 Hz ab, was ungefähr dem Vergleich eines freihändig in der Luft gehaltenen Werks mit einem auf dem Tisch entspricht. Beide Zahlen sind Modellwerte, keine Messungen. Echte Hersteller schenkten dem Holz des Gehäuses große Aufmerksamkeit, und eine lockere Kammschraube gehört zu den ersten Dingen, die ein Restaurator prüft.

Die Feder und der Windfang

Eine aufgewickelte Feder ist ein schlechter Motor für Musik. Voll aufgezogen drückt sie kräftig, und wenn sie sich entspannt, drückt sie weniger. Würde nichts die Geschwindigkeit regeln, finge die Walze schnell an, würde langsamer und spielte jede Melodie aus dem Takt.

Abhilfe schafft eine Luftbremse. Die Feder treibt die Walze über ein Federhausrad mit 78 Zähnen und ein Walzenrad mit 50 Zähnen an. Das Walzenrad treibt außerdem einen Trieb mit 8 Zähnen an, der ein Rad mit 36 Zähnen trägt, und dieses Rad dreht eine eingängige Schnecke (in alten Beschreibungen die „Endlosschraube“) mit einem zweiflügeligen Windfang obendrauf. Das Übersetzungsverhältnis von der Walze zum Windfang ist (50 / 8) × 36 = 225. Bei 16 Sekunden pro Walzenumdrehung dreht sich der Windfang mit 225 / 16 = 14,06 Umdrehungen pro Sekunde, etwa 844 rpm.

Der Luftwiderstand an einem Flügel wächst mit dem Quadrat seiner Geschwindigkeit. Das Bremsmoment am Windfang ist also ungefähr k × A × ω², wobei A die Flügelfläche ist. Der Windfang wird schneller, bis dieser Widerstand das Drehmoment der Feder ausgleicht, das durch die Zahnräder kommt:

T / 225 = k × A × ω², also ω = √(T / (225 × k × A)).

Die Geschwindigkeit ändert sich nun nur noch mit der Quadratwurzel des Federmoments. Fällt das Moment um 20 %, fällt die Geschwindigkeit auf √0,8 = 0,894 des bisherigen Werts, etwa 11 % langsamer statt 20 %.

In diesem Modell fällt das Federmoment angenommen linear auf 60 %, während sich die Feder entspannt, T = 0,6 + 0,4w, mit w = 1 für voll aufgezogen. Am Ende der Aufziehung ist das Tempo √0,6 = 0,775 des Anfangs, aus 120 Schlägen pro Minute werden also etwa 93. Eine volle Aufziehung hält sechs Walzenumdrehungen. Addiert man die Zeit Umdrehung für Umdrehung, ergibt sich

t = ∫ 96 s / √(0,6 + 0,4w) dw von w = 0 bis 1 = 96 × 5 × (1 − √0,6) = 108,2 s,

etwa 1 Minute 48 Sekunden. Bewegen Sie die Steuerung Flügelgröße am Windfang, um die Quadratwurzelregel zu sehen. Verdoppeln Sie die Flügelfläche, sinkt das Tempo auf 1 / √2 = 0,707 des normalen, etwa 85 Schläge pro Minute. Verkleinern Sie die Fläche auf ein Viertel, verdoppelt sich das Tempo auf 240.

Die Aufgabe Das Tempo einstellen verlangt 100 Schläge pro Minute. Bei voller Aufziehung ist das Tempo 120 × √(1 / A), also muss A das (120 / 100)² = 1,44-Fache des Standardflügels sein. Die Steuerung geht in Schritten von 0,05, und 1,45 ergibt 99,65 Schläge pro Minute, innerhalb des Fensters von 1,5 Schlägen. Bei halb abgelaufener Feder brauchen Sie weniger Flügel, (120 / 100)² × 0,8 = 1,15. Der Tempo-Rechner im Labor zeichnet das Tempo über der Feder für den eingestellten Flügel, neben dem Standardflügel in Grau.

Zeitlupe

Ein Zahn schwingt viel zu schnell, um ihn zu sehen. Bei 120 Schlägen pro Minute schwingt der C4-Zahn 261,63 × 0,5 = 131-mal zwischen einem Schlag und dem nächsten. Die Steuerung Zeitlupe dehnt die Modellzeit. Bei 1/50 schwingt der C4-Zahn 5,2-mal pro Sekunde, und bei 1/200 schwingt ein E5-Zahn (659,26 Hz) 3,3-mal pro Sekunde, langsam genug zum Zählen. Über etwa 12 Schwingungen pro Sekunde versucht das Modell nicht mehr, die wahre Rate zu zeigen, und zeichnet ein schnelles Flattern. Auch die Biegung des Zahns ist um ein Vielfaches größer gezeichnet als der wirkliche Bruchteil eines Millimeters.

Zwei Melodien auf einer Walze

Die Stifte der Spur B sitzen einen halben Zahnabstand seitlich der Spur A. Bei diesem Kamm liegen die Zähne 2,1 mm auseinander, die Walze verschiebt sich also um 1,05 mm entlang ihrer Achse, um die Spur zu wechseln. Die erste Gruppe von Stiften läuft dann durch die Lücken zwischen den Zähnen, ohne sie zu berühren, während die zweite ausgerichtet ist. Bewegen Sie die Steuerung Spur und sehen Sie der Trommel beim Verschieben zu. In den 1850er Jahren trugen große Walzen auf diese Weise sechs bis zwölf Melodien, jede eine weitere Stiftreihe, zwischen die anderen gequetscht.

Die Plattenspieluhr

Eine Stiftwalze ist langsam und teuer zu fertigen, und eine Spieluhr mit einer Walze spielt nur die Melodien, die darauf gesteckt sind. Die Plattenspieluhr löste beide Probleme. Die Firma Symphonion aus Leipzig nahm 1885 ihren Betrieb auf und baute die erste Spieluhr mit Platten. Innerhalb von zwei Jahren verließen zwei ihrer Gründer, Gustave Brachhausen und Paul Riessner, die Firma, um Polyphon zu gründen, und 1892 gründete Brachhausen die Regina Music Box Co. in New Jersey.

Auf der Bühne misst die Platte 15,5 Zoll (393,7 mm), die Größe einer üblichen Polyphon-Platte, für die frühe Regina-Spieluhren gebaut wurden, und trägt dieselbe Melodie wie die Walzenspur, auf der Sie sind. Jeder Ton ist ein kleiner Lappen, aus der Platte gestanzt und nach unten gebogen. Die 18 Spuren verlaufen von 62 mm bis 177,6 mm vom Mittelpunkt, mit dem Bass innen. Die Platte dreht sich in 16 Sekunden einmal, ihr Rand läuft also mit π × 393,7 / 16 = 77,3 mm pro Sekunde, dreißigmal schneller als die Oberfläche der Walze.

Die Lappen berühren die Zähne nicht. Jeder dreht ein sechszackiges Sternrad um ein Sechstel Umdrehung, und die nächste Zacke des Sterns zupft den Zahn darunter. Nidec, das noch heute Plattenspieluhren baut, vermerkt, dass Sternräder kräftiger zupfen können als Walzenstifte, sodass eine Plattenspieluhr größere Zähne nutzen und lauter spielen kann. Im Modell sind die Zähne des Plattenkamms 0,60 mm dick, doppelt so dick wie beim Walzenkamm, deshalb ist ihr C4-Zahn 43,2 mm lang. Hineinsehen macht die Platte durchsichtig, sodass Sie die Sternräder drehen sehen.

Platten waren billig, also konnte eine Spieluhr Hunderte von Melodien spielen, und die größeren Modelle nahmen Münzen. Die Regina Orchestral Corona Nr. 33 im Smithsonian spielt 27-Zoll-Platten auf einem Doppelkamm aus 86 Zähnen und wechselt bis zu 12 Platten der Reihe nach. Das Museum Speelklok in Utrecht vermerkt, dass der Erfolg der Plattenspieluhr um 1910 mit dem Aufstieg von Grammophon und Radio endete.

Das Orchestrion

Lange vor dem Stahlkamm spielten Stiftwalzen Glocken und Pfeifen. Im Bagdad des 9. Jahrhunderts beschrieben die Brüder Banū Mūsā eine wassergetriebene Flöte, deren Löcher von acht Hebeln geöffnet wurden, die der Reihe nach von Stiften auf einer drehenden Walze gedrückt wurden. Kleine Drehorgeln, Serinetten genannt, dienten im Frankreich des 18. Jahrhunderts dazu, Singvögeln im Käfig Lieder beizubringen; eine im Met, um 1800 in Mirecourt gebaut, spielt 30 Melodien auf vier Walzen. Im 19. und frühen 20. Jahrhundert wuchs dieselbe Idee zu Orchestrions heran, selbstspielenden Schränken aus Pfeifen, Trommeln und Glocken. Die Sammlung in Seewen reicht von Kämmen, die in Schmuck und Schnupftabakdosen versteckt sind, bis zu Automaten für Bahnhöfe und großen Orchestrions.

Die dritte Szene zeigt ein kleines Orchestrion. Eine Holzwalze von 0,8 m Länge trägt Stifte wie die Walze der Spieluhr. Statt Zähne zu zupfen, hebt jeder Stift eine Taste, und eine dünne Stange von der Taste öffnet das Ventil unter einer Pfeife. Die Blasebälge halten die Windlade gefüllt, und eine Trommel schlägt auf dem ersten Schlag jedes Takts.

Die Pfeifenlängen ergeben sich aus der Physik einer offenen Pfeife. Luft in einer an beiden Enden offenen Pfeife schwingt am leichtesten, wenn die Pfeife eine halbe Wellenlänge lang ist, also L = v / 2f mit der Schallgeschwindigkeit v = 343 m/s. Die C4-Pfeife ist 343 / (2 × 261,63) = 0,656 m lang, die C5-Pfeife halb so lang mit 0,328 m und die F6-Pfeife 0,123 m. Echte Orgelpfeifen sind etwas kürzer, weil auch die Luft knapp hinter jedem offenen Ende mitschwingt; das Modell ignoriert diese Mündungskorrektur. Das Gehäuse ist 1,72 m hoch und im Maßstab 0,3 gezeigt.

Große Maschinen dieser Familie werden noch gespielt. Das Museum für Musikautomaten in Seewen in der Schweiz besitzt eine Welte-Philharmonie-Orgel, die sich bei ihrer Restaurierung als Trägerin von drei Stempeln mit der Aufschrift Britannic erwies. Sie war für das Schwesterschiff der Titanic gebaut worden.

Was dieses Modell vereinfacht

• Der Walzenkamm beginnt mit jedem Zahn 0,30 mm dick. Echte Kämme variieren die Dicke und stimmen jeden Zahn durch Schleifen.
• Die Drehmomentkurve der Feder, die Aufziehung über sechs Umdrehungen, das Bleigewicht von 0,04 g, die Nachklingzeit jedes Zahns und die Wirkung des Resonanzkastens sind für das Modell gewählt, nicht an einer bestimmten Spieluhr gemessen.
• Die Zahnbewegung ist weit größer als in Wirklichkeit gezeichnet, und die Stifte sind dicker als echte, damit sie auf einem Handybildschirm zu sehen sind.
• Die Plattenspieluhr und das Orchestrion nutzen dieselben 18 Töne und dieselbe Feder und denselben Windfang wie das Walzenwerk. Eine echte Plattenspieluhr hat oft zwei Kämme mit je 40 oder mehr Zähnen, und ein echtes Orchestrion hat einen eigenen Antrieb.
• Der Klang wird aus den oben genannten Frequenzen synthetisiert, er ist also in der Tonhöhe nah dran, kann aber die Klangfarbe eines bestimmten Holzgehäuses oder einer Pfeife nicht nachbilden.

Woher die Spieluhr kam

Mechanische Musik ist viel älter als der Kamm. Stiftwalzen spielten jahrhundertelang Glocken in Uhren, ehe jemand an gestimmte Stahlzähne dachte. 1796 ließ Antoine Favre, ein Genfer Uhrmacher, ein „Glockenspiel ohne Hämmer und Glocken“ eintragen: gestimmte Metallzähne, direkt von den Stiften gezupft. Die Idee war klein genug, um in eine Uhr zu passen, und die ersten Walzenwerke saßen in Uhren, Taschenuhren, Schnupftabakdosen und Nähkästchen. Ab etwa 1815, vermerkt das Museum Speelklok, wurde die Walzenspieluhr zu einem Musikinstrument eigenen Rechts.

Das Gewerbe ließ sich im Schweizer Jura nieder. Bauern dort nahmen in den langen Wintern Akkordarbeit von Uhrenfirmen an, und um 1810 war Sainte-Croix zum Zentrum des Spieluhrenbaus geworden. Frühe Kämme wurden aus Abschnitten von einem bis sechs Zähnen zusammengesetzt; eine Schnupftabakdose im Smithsonian hat einen Kamm aus 16 Abschnitten zu je 4 Zähnen. Spätere Hersteller schnitten den ganzen Kamm aus einem Stück. Um 1810 nutzten Schweizer Werke eine Endlosschraube zur Geschwindigkeitsregelung, und in den 1850er Jahren trugen große Walzen sechs bis zwölf Melodien und wurden mit einem Hebel aufgezogen. Die Hersteller wetteiferten mit Tricks: zwei gemeinsam spielende Kämme in den Sublime-Harmonie-Spieluhren, getrennte laute und leise Kämme in den Forte-Piano-Spieluhren der Nicole Frères, Glocken, Trommeln und lange Variationsfolgen.

Dann kamen die Plattenspieluhren der 1880er und 1890er Jahre und dann das Grammophon. Die meisten alten Firmen schlossen, aber Reuge, 1865 von Charles Reuge in Sainte-Croix gegründet, baut dort noch heute Spieluhren. In Japan baute Sankyo Seiki in Suwa 1948 sechs Prototypen, die Hänschen klein spielten, sah ihre Zähne brechen und lieferte am Jahresende die ersten 500 aus. Die Massenfertigung machte das 18-Ton-Werk billig, und Sankyo belieferte einst über 90 % der weltweiten Spieluhrenindustrie. 2026 erklärte die Japan Society of Mechanical Engineers ein frühes 18-Ton-Werk von etwa 1951 zum Mechanical Heritage.

Jede Melodie auf der Walze ist längst gemeinfrei. Friedrich Schiller schrieb das Gedicht An die Freude, und Beethovens Neunte Symphonie, deren letzter Satz es vertont, wurde am 7. Mai 1824 in Wien uraufgeführt. Die älteste bekannte Abschrift der Melodie von Frère Jacques steht in einer französischen Handschrift von etwa 1780 in der Bibliothèque nationale de France, wo sie Frère Blaise heißt. Stille Nacht wurde am Heiligabend 1818 in Oberndorf bei Salzburg zum ersten Mal gesungen, und Stephen Fosters Oh! Susanna wurde 1848 erstmals gedruckt.

Weitere Exponate

• Wie ein Plattenspieler funktioniert: Klang, als Rille gespeichert statt als Stifte.
• Wie eine mechanische Uhr funktioniert: Federn, Räderwerke und ein Regler, der die Zeit hält.
• Schallwellen: warum eine kürzere Saite, Pfeife oder ein kürzerer Zahn einen höheren Ton gibt.