Wellenphänomene & Akustik: Streuung, Polarisation, Dispersion, Stehende Wellen, Hörbereich

Wellenphänomene und ihre Eigenschaften

Streuung von Wellen

Streuung beschreibt den Vorgang, bei dem Hindernisse, die im Vergleich zur Wellenlänge sehr klein sind, zu Zentren von Elementarwellen werden. Diese Elementarwellen breiten sich von dort in alle Richtungen aus. Dieses Phänomen spielt vor allem in der Optik eine wichtige Rolle.

Polarisation von Transversalwellen

Polarisation tritt auf, wenn bei Transversalwellen unterschiedlicher Schwingungsrichtung eine bestimmte Schwingungsrichtung herausgefiltert wird. Die Wellen schwingen dann in einer einzigen Schwingungsrichtung und sind somit linear polarisiert.

Dispersion: Wellengeschwindigkeit und Frequenz

Bei der Ausbreitung in einem Stoff hängt die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Welle in der Regel von der Wellenlänge bzw. von der Frequenz ab. Diese Erscheinung wird als Dispersion bezeichnet und spielt vor allem in der Optik eine Rolle. (Bei Schallwellen in Luft tritt keine Dispersion auf.)

Stehende Wellen

Eine stehende Welle entsteht aus der Überlagerung zweier gegenläufig fortschreitender Wellen gleicher Frequenz und gleicher Amplitude. Die Wellen können aus zwei verschiedenen Erregern stammen oder durch Reflexion einer Welle an einem Hindernis entstehen. Für die stehende Welle ist charakteristisch, dass:

• der Bereich zwischen den beiden festen Enden (Erreger und Ort der Reflexion) ein ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge ist,
• sich an bestimmten Stellen des Raumes Orte mit maximaler Auslenkung (Schwingungsbäuche) und solche mit der Auslenkung null (Schwingungsknoten) herausbilden.

Akustische Phänomene und Klangmerkmale

Hörbereich des Menschen

Der Hörbereich des Menschen liegt zwischen 16 Hz und 20.000 Hz.

• Frequenzen unter 16 Hz werden als Infraschall bezeichnet.
• Frequenzen über 20.000 Hz werden als Ultraschall bezeichnet.

Tonhöhe und Lautstärke

Je größer die Frequenz der Schwingung eines Körpers ist, desto höher ist der Ton (Tonhöhe).

Je größer die Amplitude der Schwingung eines Körpers ist, desto lauter ist der Ton (Lautstärke).

Definitionen akustischer Ereignisse

Ton

Ein Ton ist eine Schwingung, die sinusförmig ist. (Eine angeschlagene Stimmgabel erzeugt einen reinen Ton.)

Klang

Ein Klang ist eine Schwingung, die periodisch, aber nicht sinusförmig ist. (Musikinstrumente erzeugen verschiedene Klänge.)

Geräusch

Ein Geräusch ist eine Schwingung, die unregelmäßig ist. (Geräusche entstehen zum Beispiel bei Fahrzeugen und Maschinen.)

Knall

Ein Knall ist eine Schwingung, die zunächst eine große Amplitude hat und schnell abklingt. (Beim Explodieren eines Feuerwerkskörpers entsteht ein Knall.)