Physikalische Phänomene der Akustik: Schall und Wellen

Sonora Feel (Klangempfinden)

Das Klangempfinden beschreibt die physiologischen und psychologischen Prozesse, die im Ohr und Gehirn ablaufen. Dies führt dazu, dass wir Klänge als schwach, stark, unangenehm usw. klassifizieren. Diese Wahrnehmung hängt nicht nur von der Intensität, sondern auch von der Frequenz des Schalls ab.

Reflexion von Schall

Dieses Phänomen bewirkt, dass sich der Schall in eine bestimmte Richtung ausbreitet und Hindernisse umgeht, ähnlich wie bei einer Satellitenschüssel.

Echo

Ein durch Schallreflexion verursachtes Phänomen, bei dem wir zwei Töne unterscheiden können, wenn sie mit einer Zeitdifferenz von mindestens 0,1 Sekunden eintreffen. Bei einer Schallgeschwindigkeit von 340 m/s können wir zwei Klänge unterscheiden, deren Quellen mindestens 34 Meter voneinander entfernt sind.

Nachhall (Reverb)

Ein durch Schallreflexion verursachtes Phänomen, bei dem wir einen bestimmten Klangeffekt wahrnehmen, wenn die Zeit bis zum Eintreffen des reflektierten Schalls weniger als 0,1 Sekunden beträgt. Der reflektierte Schall überlagert sich mit dem Originalton und verlängert diesen.

Brechung des Schalls

Schallwellen unterliegen bei ihrer Ausbreitung verschiedenen Brechungen. Da mit zunehmender Entfernung von der Erdoberfläche die Temperatur der Luftschichten steigt, erhöht sich auch die Ausbreitungsgeschwindigkeit. Diese Brechungen führen zu unterschiedlichen Brechungswinkeln, die den Pfad der Schallwelle ablenken, bis sie wieder den Boden erreicht. Dadurch ist der Schall auch über große Entfernungen hörbar.

Akustische Linsen

Akustische Linsen stellen eine besondere Form der Schallbrechung dar. Sie können Schallwellen bündeln (konvergieren) oder streuen (divergieren). Befindet sich beispielsweise ein mit einem Gas, das schwerer als Luft ist, gefüllter Ballon zwischen der Schallquelle und unserem Ohr, wird der Schall aufgrund der geringeren Ausbreitungsgeschwindigkeit im Gas gebündelt. Andernfalls ist der Schall mit geringerer Intensität wahrnehmbar.

Doppler-Effekt

Der Doppler-Effekt beschreibt die Änderung der wahrgenommenen Frequenz eines Tons aufgrund der relativen Bewegung zwischen Schallquelle und Beobachter.

Schallquelle in Bewegung bei stationärem Beobachter

• Die Wellenfronten bilden keine konzentrischen Kreise mehr.
• In Bewegungsrichtung der Schallquelle ist der Abstand der Wellen geringer, entgegen der Bewegungsrichtung größer.
• Für den Beobachter verkürzt sich die effektive Wellenlänge, was zu einer höheren Frequenz führt (der Ton klingt schärfer).

Wenn sich der Beobachter bewegt, ändert sich nicht die Wellenlänge, sondern die Geschwindigkeit, mit der die Wellenfronten das Ohr erreichen.