Zo werkt een muziekdoos: van de slinger tot de melodie

Een muziekdoos speelt zonder stroom, omdat jij de energie levert. Door aan de slinger of het sleuteltje te draaien, span je de veer, een opgerolde strook staal. De veer wil zich ontspannen en draait via tandwielen langzaam de cilinder rond, waarin kleine pinnetjes steken. Voor de cilinder staat de kam: een stalen plaatje met een rij dunne tanden. Een pinnetje tilt een tand op en laat hem los, de tand gaat trillen en er klinkt één toon.

De melodie zit dus in de pinnetjes. De plek van een pinnetje in de lengte van de cilinder bepaalt welke tand klinkt, en de plek op de omtrek bepaalt wanneer hij klinkt. De hoogte van elke toon komt van de lengte en massa van de tand, niet van de draaisnelheid. Sneller of langzamer draaien verandert de tonen dus niet, hooguit het tempo.

Wat er gebeurt tussen het draaien aan de slinger en de eerste toon

Tussen het draaien aan de slinger en de eerste toon gaat de energie door een aantal onderdelen. Je vindt ze allemaal zowel in een oude muziekdoos als in het speelwerk van een bouwset, alleen in een andere maat.

1. Veer. De slinger of het sleuteltje windt hem op via een pal. De pal is een tandje dat de beweging maar in één richting doorlaat, daarom hoor je klikjes bij het opwinden en rolt de veer niet vanzelf terug.
2. Overbrenging. De veer draait de cilinder niet rechtstreeks. Tussen de veer en de cilinder zitten tandwielen die de beweging zo verdelen dat de cilinder langzaam draait en één melodie tientallen seconden duurt.
3. Cilinder met pinnetjes. Bij het draaien raken de pinnetjes een voor een de tanden van de kam. Een pinnetje tilt een tand op, de tand glijdt eraf en veert terug.
4. Kam. Elke tand is als een kleine stemvork: losgelaten trilt hij met zijn eigen snelheid en dat hoor je als toon. De trilling gaat via de kam naar de bodemplaat en de doos, die het geluid versterken.
5. Regelaar. Dit is een klein windvaantje met twee bladen dat via de overbrenging veel sneller draait dan de cilinder. Hoe sneller het draait, hoe meer de lucht het afremt, en zo houdt het het tempo van de melodie vast.

Zonder regelaar zou de opgewonden veer in één keer afrollen. De cilinder zou op hol slaan, de pinnetjes zouden tegen de tanden slaan in plaats van ze zacht aan te tokkelen, en de melodie zou vervloeien tot een kort metalen geluid. Daarom stopt de muziekdoos ook als het windvaantje stopt: de hele overbrenging is verbonden en niets beweegt vanzelf.

Wat bepaalt welke melodie klinkt

Twee dingen bepalen de melodie: de pinnetjes op de cilinder en de stemming van de kam. De cilinder is een soort bladmuziek die tot een cirkel is opgerold. In de lengte van de cilinder ligt de toonhoogte, omdat elke plek tegenover één tand staat. Op de omtrek ligt de tijd: pinnetjes dicht bij elkaar betekenen snelle tonen, een grotere tussenruimte een langere pauze. Eén omwenteling van de cilinder speelt meestal de hele melodie, daarna begint die opnieuw.

De kam bepaalt welke tonen er überhaupt kunnen klinken. Lange tanden trillen langzamer en klinken laag, korte trillen sneller en klinken hoog. Voor de laagste tonen zou een tand te lang moeten zijn, daarom wordt onder het uiteinde een klein loden gewichtje bevestigd dat het trillen vertraagt. Het aantal tanden is ook het aantal tonen dat de doos kan spelen: een klein speelwerk met 18 tanden speelt een eenvoudige melodie zonder akkoorden, grotere speelwerken met meer tanden kunnen ook een begeleiding aan.

De kam was niet het begin van mechanische muziek. Cilinders met pinnetjes dreven al eeuwen eerder muziekmechanismen met belletjes aan. Horlogemaker Antoine Favre-Salomon uit Genève verving in 1796 de rij belletjes door een stalen kam, en zo paste muziek in een klein doosje. Aan het eind van de 19e eeuw kwamen er dozen met verwisselbare metalen schijven, zodat één doos veel melodieën kon spelen. Later werden ze verdrongen door de grammofoon, die muziek niet in pinnetjes maar in een groef vastlegt; hoe de naald die leest, beschrijft het artikel Platenspeler: zo verandert de naald groeven in muziek.

Waarom de melodie anders klinkt als je langzamer of sneller draait

De toonhoogte verandert niet als je langzamer of sneller draait. Elke tand trilt altijd even snel, en die snelheid krijgt hij van zijn lengte en massa. Alleen hoe snel de tonen op elkaar volgen verandert, dus het tempo. De melodie klinkt dan uitgerekt of gehaast, ook al speelt ze nog steeds dezelfde tonen. Wat er precies gebeurt, hangt af van hoe de slinger met het speelwerk verbonden is:

• De slinger windt de veer op. Door sneller te draaien win je de veer alleen eerder op. Het tempo houdt daarna de regelaar vast, dus de melodie speelt hetzelfde, hoe snel je ook draaide.
• De slinger draait de cilinder rechtstreeks, zonder veer en regelaar. Dan bepaalt jouw hand het tempo: langzaam draaien rekt de melodie uit, snel draaien versnelt haar.
• De veer loopt af. Een volledig opgewonden veer duwt harder, bij het ontspannen zwakker. De regelaar verkleint dit verschil, maar aan het eind van het opwinden kan de melodie iets langzamer spelen dan aan het begin.

Bij een heel langzaam tempo merk je nog iets. Na het tokkelen sterft de toon van een tand geleidelijk weg. Komt het volgende pinnetje te laat, dan is de vorige toon intussen stilgevallen en klinkt de melodie hakkelig. Speelt een doos met veer plotseling langzamer dan hij hoort, dan is de oorzaak eerder wrijving in de overbrenging dan een zwakke veer.

Waar je op het model op let: cilinder, kam en overbrenging

Een houten model van een muziekdoos heeft het speelwerk meestal als een apart kant-en-klaar onderdeel, dat je volgens de handleiding in het model zet. De houten delen eromheen brengen de beweging over op figuurtjes of andere bewegende onderdelen. Welke delen van het speelwerk je ziet en wat er tijdens het spelen beweegt, verschilt per model, dus volg bij elke stap de handleiding van je eigen model. Let op het afgebouwde model op deze plekken:

• Sleuteltje of slinger. Draai er langzaam aan en let op de weerstand. Neemt de weerstand toe en hoor je bij het loslaten de pal klikken, dan win je een veer op en bepaalt de regelaar het tempo. Speelt het speelwerk alleen zolang je draait, dan bepaal jij het tempo.
• Cilinder en kam. Is het speelwerk zichtbaar, kijk dan van opzij naar de plek waar de pinnetjes de tanden raken. Bij lage tonen gaan de lange tanden aan het ene uiteinde van de kam omhoog, bij hoge de korte aan het andere.
• Regelaar. Zoek een kleine rotor of een windvaantje dat tijdens het spelen het snelst van alles draait. Houd het niet tegen met je vinger of met gereedschap: het hele speelwerk stopt mee, en de bladen zijn dun.
• Overbrenging naar de figuurtjes. Volg de tandwielen die vanuit dezelfde beweging een figuurtje of een ander bewegend deel ronddraaien. Speelt de melodie maar staat het figuurtje stil, dan grijpt een tandwiel niet in. Kijk in de handleiding welke tandwielen in elkaar moeten grijpen voordat je met kracht duwt.

Loopt het mechanisme tijdens het spelen stroef of stopt het langzaam, zoek de fout dan niet eerst in het speelwerk. Meestal schuren de houten tandwielen of assen eromheen. Hoe je zo’n plek vindt, beschrijft het artikel Mechanisme loopt vast: de wrijving vinden en verhelpen.

Modellen met een speelwerk om te bouwen

Veelgestelde vragen