Grundlagen der Akustik: Schall, Klang und Gehör

1. Wie entsteht Schall?

Schall wird durch Schwingungen von Körpern erzeugt. In einigen Fällen kann diese Schwingung mit bloßem Auge beobachtet werden.

2. Was ist Schall?

Wenn ein Körper vibriert, versetzt er die Luftpartikel in Bewegung, komprimiert sie und erhöht den Druck. Einen Augenblick später tritt der gegenteilige Effekt ein: Die Luftteilchen entfernen sich voneinander, der Druck verringert sich und es entsteht eine Verdünnung.

Die Schwingungen der Membran übertragen sich auf die Luft in Form von Druckunterschieden, die wir als Schallwellen wahrnehmen. Die Energie, die die Schwingung erzeugt, wird als Schallwelle durch die Luft übertragen. Schall ist somit die Ausbreitung von Schwingungen durch ein materielles Medium.

3. Qualität von Schall

Intensität

Die Intensität hängt von der Energie ab, die die schwingende Quelle erzeugt. Bei geringer Energie ist der Ton leise, bei hoher Energie ist der gleiche Ton deutlich lauter.

• Die Lautstärke wird in Dezibel (dB) gemessen.
• 1 dB ist der leiseste wahrnehmbare Ton, 120 dB entspricht der Schmerzgrenze.
• Zur Untersuchung von Schall nutzt man ein Oszilloskop, das Schallwellen in elektrische Signale umwandelt. Die Amplitude der Welle zeigt dabei die Intensität an.

Tonhöhe

Die Tonhöhe wird durch die Frequenz bestimmt. Sie entsteht, wenn ein Körper schwingt – manche Körper schwingen schnell, andere langsam.

• Hohe Frequenz: Schnelle Schwingungen erzeugen hohe Töne.
• Niedrige Frequenz: Langsame Schwingungen erzeugen tiefe Töne (Bass).
• Die Frequenz wird in Hertz (Hz) gemessen (Schwingungen pro Sekunde).

Klangfarbe

Die Klangfarbe ist die Qualität, die es uns ermöglicht, zwei Töne gleicher Intensität und Tonhöhe von verschiedenen Instrumenten zu unterscheiden. Während eine Stimmgabel reine Töne erzeugt, produziert ein Instrument (oder die menschliche Stimme) eine Mischung aus verschiedenen Klängen.

4. Das menschliche Ohr

Das Ohr gliedert sich in drei Bereiche:

• Äußeres Ohr: Besteht aus der Ohrmuschel und dem Gehörgang. Seine Aufgabe ist es, die Schwingungen von außen auf das Trommelfell zu leiten.
• Mittelohr: Beginnt am Trommelfell, das bei Luftdruckänderungen vibriert. Eine Kette von Gehörknöchelchen überträgt die Schwingungen auf das Innenohr. Die Eustachische Röhre dient dem Druckausgleich.
• Innenohr: Der komplexeste Teil. Er besteht aus einer spiralförmigen, mit Flüssigkeit gefüllten Schnecke. Haarzellen stimulieren die Enden des Hörnervs, der die Impulse an das Gehirn weiterleitet, wo der Schall interpretiert wird.

Können wir alle Geräusche hören?

In der Natur gibt es Geräusche, die Menschen nicht wahrnehmen können. Der menschliche Hörbereich liegt zwischen 20 und 20.000 Hz. Manche Tiere können Geräusche oberhalb von 20 kHz (Ultraschall) wahrnehmen, was auch in der modernen Technik (z. B. Sonar) genutzt wird.