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Michael Ronner Experte für Technik & Hörakustik
Schallwellen sind mechanische Schwingungen, welche aus Schall entstehen und sich in elastischen Medien wie Flüssigkeit, Gas oder einem Festkörper ausbreiten. Schallwellen können sich folglich in der Luft (Luft ist ein Gas), als Luftschall von Standort A nach Standort B «schwingen».
Schallwellen entstehen über eine Schallquelle wie zum Beispiel einem Musikinstrument oder unserer Stimme, welche wir dann über unsere Ohren als Klang, Ton, Geräusch oder Knall hören.
Inhaltsverzeichnis
So entstehen Schallwellen
Schallwellen, respektive Schall entsteht durch mechanische Ereignisse. Wenn wir etwas hören, wird dieser Sinneseindruck durch Schallwellen erzeugt. Schall breitet sich in Wellen im Raum oder in anderen Leitermedien aus. Unser Gehirn kann über das Ohr empfangenen Wellen in hörbare Töne, Geräusche und Klänge übersetzen.
Höreindrücke und die dazugehörigen Wellen bestehen folglich und allgemein betrachtet aus mechanischen Schwingungen. Ausgelöst werden sie durch eine physikalische Kraft, die ein Medium oder Materie in Vibration versetzt:
- Das Anschlagen eines Triangels.
- Das Klatschen mit den Händen.
- Ein Auto, das sich über die Strasse und durch die Luft bewegt.
- Das hupen mit dem Lastwagen.
- Das Werfen eines Steines in einen Teich.
- Das Bewegen der Stimmbänder im Kehlkopf.
- etc.
Mal schlagen die Hände gegeneinander oder die Gummireifen reiben auf dem Asphalt: Dadurch entstehen Schwingungen der Materie und Luft wird bewegt sowie verdrängt. Die dabei entstandenen Schwingungen setzen sich als Welle fort. Bei diesen Vorgängen finden mechanische Deformationen im Leitermedium statt. In der Luft sind das Veränderungen im Luftdruck, sowie in der Molekülstruktur der Luft (Sauerstoff, Schwebepartikel usw.). Diese Ereignisse können für uns hörbare Klänge erzeugen.
Verschiedene Arten von Schallwellen
Man unterscheidet bei den Schallereignissen Töne, Geräusche, Klänge und den Knall. Je nach Auslöser und Kraft nehmen Schallwellen unterschiedliche Formen an. Sie können in Form schöner Sinuswellen harmonisch und linear sein.
Andere Wellen sind unregelmässiger oder treten gemeinsam mit weiteren Schallereignissen auf, die untereinander unharmonisch sind (Dissonanzen). Jede Schallwelle bildet Höhen und Tiefen und setzt sich in einer bestimmten Wiederholungsrate der Wellen fort.
- Eng beieinander liegende Wellen erzeugen hohe Töne.
- Weiter auseinander liegende Wellen erzeugen tiefe Töne.
- Niedrige Wellen erzeugen leise Töne.
- Hohe Wellen erzeugen laute Töne.
- Infraschall hat so niedriger Frequenzen, dass er für das menschliche Gehör nicht wahrnehmbar ist (weniger als 16 Hz).
- Hörschall bezeichnet das von Menschen wahrnehmbare Klangspektrum (16 Hz bis 20 kHz).
- Ultraschall hat eine sehr hohe Frequenz und wird von Menschen nicht bewusst gehört (20 kHz bis 1,6 GHz).
- Hyperschall breiten sich kaum aus und ist ebenfalls nicht hörbar (über 1 GHz).
Hunde dagegen können teilweise noch Frequenzen im Ultraschallbereich hören (bis etwa 1 GHz). Tauben hören sehr gut im Niederschallbereich (bis etwa 0,1 Hz).
So werden aus Schallwellen Höreindrücke
Die Schallwellen werden von der Ohrmuschel eingefangen, weitergeleitet und im Innenohr in elektrische Nervenimpulse umgewandelt. Diese Impulse gelangen schliesslich ins Gehirn. Dort übersetzen Hörzellen die empfangenen Signale in bewusst wahrnehmbare Höreindrücke um. Erst durch diesen letzten Schritt hören wir die eigentlichen Töne, Klänge und Geräusche in verschiedenen Lautstärken und Intensitäten.
Gleichzeitig mit dem Hören findet eine Verknüpfung mit Interpretationen, Reaktionen und Gefühlsäusserungen statt. Wie Menschen Schallereignisse wahrnehmen, kann sehr individuell sein. Dabei spielen Grössen wie die allgemeine körperliche Hörfähigkeit, der Instinkt, Erfahrungen und persönliche Wahrnehmungspräferenzen eine Rolle.
Schallwellen in Schallgeschwindigkeit
Die Klangwellen breiten sich in vielen Medien aus: Luft, Gas, Flüssigkeiten wie Wasser und Festkörper. Die Schallgeschwindigkeit ändert sich in den verschiedenen Medien:
- In 0 °C Luft: ca. 330 Meter pro Sekunde.
- In 20 °C Luft: ca. 343 Meter pro Sekunde.
- Wasser: 1.440 Meter pro Sekunde.
- Eisen: 5.100 Meter pro Sekunde.
Auch die Hörbarkeit ändert sich. Obwohl Wasser Töne und Klang hervorragend leitet, hören wir Menschen unter Wasser nicht sehr gut.