Wellen und Schall: Eine Einführung in periodische Phänomene

Grundlagen der Wellenlehre und Akustik

Periodische Phänomene und Schwingungen

Phänomene, die sich in regelmäßigen zeitlichen Abständen wiederholen, werden als periodische Phänomene bezeichnet.

Eine regelmäßige Bewegung, bei der ein Körper aus einer Ausgangsposition in die gleiche Richtung zurückkehrt, wird als Schwingung oder vollständiger Zyklus bezeichnet.

Eine periodische Bewegung ist durch ihre Periode und ihre Frequenz charakterisiert:

• Als Periode bezeichnen wir die Zeit, die ein periodisches Phänomen für eine vollständige Periode oder Oszillation benötigt.
• Als Frequenz bezeichnen wir die Anzahl der vollständigen Zyklen oder Oszillationen pro Zeiteinheit.

Auslenkung und Amplitude

In einem Oszillationsvorgang wird der Abstand zwischen der Position eines Körpers zu einem bestimmten Zeitpunkt und seiner zentralen Gleichgewichtslage als Auslenkung bezeichnet.

Der maximale Wert der Auslenkung, d.h. der Abstand zwischen der extremen Position und der Gleichgewichtslage, wird als Amplitude bezeichnet.

Wellen und ihre Eigenschaften

Als Wellenbewegung wird die Ausbreitung einer oszillierenden Bewegung oder Schwingung durch ein Medium bezeichnet.

Eine Welle ist eine Störung, die sich im Raum ausbreitet, ohne Materie zu transportieren.

Arten von Wellen

• Eine Transversalwelle entsteht, wenn die Teilchen des Mediums senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle schwingen.
• Eine Longitudinalwelle entsteht, wenn die Teilchen des Mediums in die gleiche Richtung wie die Wellenausbreitung schwingen.

Wellenlänge und Ausbreitungsgeschwindigkeit

Die Wellenlänge ist der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Punkten, die sich in gleicher Phase befinden.

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Wellen hängt von den Eigenschaften des Mediums ab, in dem sie sich ausbreiten. In einem gegebenen Medium mit bestimmten Eigenschaften ist die Geschwindigkeit konstant.

Wichtige Welleneigenschaften

Einige der wichtigsten Eigenschaften von Wellen sind:

• Reflexion
• Brechung
• Interferenz
• Absorption

Schall: Eine spezielle Welle

Schall ist eine Schwingung, die sich in Form von Longitudinalwellen ausbreitet. Er kann sich nicht im Vakuum ausbreiten.

Klangeigenschaften

• Die Intensität ist eine Klangeigenschaft, die es uns ermöglicht, Klänge als stark oder schwach zu unterscheiden.
• Die Tonhöhe ist die Klangeigenschaft, die es uns ermöglicht, Klänge als tief oder hoch zu identifizieren.
• Die Klangfarbe ist die Qualität, die es uns ermöglicht, zwei Klänge gleicher Tonhöhe und Intensität zu unterscheiden.

Physiologische Lautstärke und Gehör

Die physiologische Lautstärke oder Schallintensität ist das mehr oder weniger intensive Gefühl, das von unseren Ohren wahrgenommen wird. Man misst sie mit einem Schallpegelmesser. Die Maßeinheit für die Lautstärke ist das Dezibel, symbolisiert durch dB.

Schallwellen dringen in den äußeren Gehörgang ein und versetzen unser Trommelfell in Schwingung. Diese Schwingung wird über eine Kette kleiner Knochen an das Innenohr übertragen. Dort wandelt die Schnecke die Schwingungen in elektrische Impulse um, die über den Hörnerv an das Gehirn weitergeleitet werden und dort die Empfindung des Klangs erzeugen.