Die Natur des Klangs: Frequenz, Amplitude und mehr

Die Natur des Klangs

Der Klang ist eine Schwingung, die sich durch die Luft ausbreitet. Es gelten die gleichen Grundsätze wie beim Steinwurf in einen Teich: Die Störung verursacht Wellen, die das Wasser in alle Richtungen bewegen, bis ihre Amplitude so klein ist, dass sie nicht mehr wahrgenommen werden.

Frequenz

Die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde wird als Frequenz bezeichnet. Die Frequenz eines Tons wird in Hertz (Hz) gemessen. Ein Mensch mit gesunden Ohren kann Frequenzen von 20 bis 20.000 Hz hören.

Wenn diese Luftschwingungen unsere Ohren erreichen, wandelt das Ohr sie in elektrische Signale um, die unser Gehirn verstehen kann. Ein Mikrofon dient ebenfalls der Umwandlung akustischer Schwingungen in Strom, damit sie gespeichert, manipuliert und reproduziert werden können. Dieses Signal wird als analoges Signal bezeichnet.

Die einfachste Wellenform ist die Sinuswelle, deren Amplitude durch Frequenz und Konstante charakterisiert ist. Solche Wellen werden häufig für Studien verwendet, da jedes Fourier-Signal in sie zerlegt werden kann.

Amplitude

Die Amplitude einer Welle gibt Auskunft über die Stärke oder Energie des Signals. Die Maßeinheit dieser Stärke ist das Dezibel (dB).

Das Ohr muss einen hohen Prozentsatz der Schwankungen in der Stärke eines Klangs erkennen, um eine leichte Veränderung der wahrgenommenen Intensität festzustellen, was logarithmisch darauf hindeutet, dass die Empfindlichkeit des Ohrs hoch ist. Eine Erhöhung von nur 3 dB verdoppelt die Lautstärke eines Klangs, aber wir nehmen nur einen leichten Anstieg wahr. Wir benötigen eine Steigerung von 10 dB, damit unsere Ohren die doppelte Intensität des Tons wahrnehmen.

Das Echo

Das Echo ist das Phänomen, bei dem unsere Ohren durch die Reflexion von Schallwellen einen Klang mehr als einmal wahrnehmen können.

Um ein Echo wahrzunehmen, muss der Abstand zwischen der Schallquelle und der reflektierenden Fläche 17 Meter oder mehr betragen.

Nachhall

Nachhall ist das Phänomen, bei dem Klänge etwas länger nachklingen, nachdem sie erzeugt wurden, als Ergebnis der Überlagerung von einfallenden und reflektierten Schallwellen. Die Dauer dieses Nachklingens wird als Nachhallzeit bezeichnet.

Resonanz

Resonanz ist das Phänomen, bei dem ein Körper in Schwingung gerät, wenn er einer Schallfrequenz ausgesetzt wird, die der Frequenz entspricht, die der Körper selbst erzeugen kann.

Der Körper, der vibriert, wird als Resonator bezeichnet. Der Körper, der die Schwingungen anregt, wird als Erreger bezeichnet.

Digital-Analog-Wandlung

In der Elektronik wandelt ein Digital-Analog-Wandler (DAC) ein digitales Eingangssignal (meist binär) in ein analoges Signal (meist Spannung oder elektrische Ladung) um. Digital-Analog-Wandler sind Schnittstellen zwischen der abstrakten digitalen Welt und der realen analogen Welt. Der umgekehrte Vorgang wird von einem Analog-Digital-Wandler (ADC) durchgeführt.

Diese Art von Wandler wird in Audioplayern aller Art verwendet, da die Audiosignale heutzutage in digitaler Form gespeichert werden (z. B. MP3s und CDs) und die Daten in ein analoges Signal umgewandelt werden müssen, damit sie über Lautsprecher hörbar sind. Digital-Analog-Wandler finden sich auch in CD-Playern, digitalen Musikplayern, PC-Soundkarten usw.

Gehäuse (Envelope)

Der Klang ist kein statisches Phänomen. Im Gegenteil, jede Frequenzkomponente eines Klangs hat in der Regel ihr eigenes Leben, in dem Sinne, dass sich das Verhalten unabhängig (oder quasi-unabhängig) über die Zeit entwickelt. Dies bedeutet, dass sich jeder Teil im Laufe der Zeit auf eine bestimmte oder umgebende Weise verhält. Im Zeitbereich hat der Klang als Ganzes auch ein Hüllkurvenverhalten, das durch eine Amplitude definiert wird. Die generische Form der Hüllkurve wird kurz als ADSR (Attack, Decay, Sustain, Release) bezeichnet.

Im Folgenden wird jeder Abschnitt dieser Hüllkurve beschrieben:

Attack

Die Attack-Zeit ist die Zeit, die das Signal benötigt, um seinen Spitzenwert zu erreichen.

Decay

Die Decay-Zeit ist die Zeit, die das Signal benötigt, um sich zu stabilisieren.

Sustain

Die Sustain-Zeit ist die Zeit, die das Signal stabil bleibt.

Release

Die Release-Zeit ist die Zeit, die das Signal benötigt, um zu verklingen.