Schallquelle

Fasse dir an den Kehlkopf während du redest.
Berühre einen Lautsprecher, der (etwas lautere) Musik abspielt.
Hast du bei lauter Musik die Bässe schon einmal "gespürt"?

Diese Beobachtungen legen nahe, dass Töne etwas mit Schwingungen zu tun haben.
Eine Schwingung ist ein sich wiederholender Vorgang. Wie oft dieser Vorgang in einer Sekunde abläuft, heißt Frequenz der Schwingung. Gemessen wird die Frequenz in Hz, das heißt Hertz und ist der Name eines Physikers, der auch in Karlsruhe gearbeitet hat.
50 Hz bedeutet also, dass sich die Schwingung 50-mal in der Sekunde wiederholt.
Wie stark eine Schwingung schwingt, wird als Amplitude bezeichnet.

Eine Schallquelle "wackelt" also irgendwie. Aber ihre Art des Schwingens bestimmt den Höreindruck.
Wenn die Schallquelle ganz regelmäßig schwingt, hören wir einen Ton.
Wenn die Schallquelle in mehreren Frequenzen regelmäßig schwingt, hören wir einen Klang.
Wenn die Schallquelle ganz unregelmäßig schwingt, hören wir ein Geräusch.

Zum Seitenanfang

Schallgeschwindigkeit

Wenn ein Körper (=Schallquelle) schwingt, so stößt er die benachbarten Luftteilchen an, so dass diese auch schwingen. Diese Luftteilchen stoßen wieder ihre Nachbarn an, usw.
Auf diese Art entsteht eine sich ausbreitende Schwingung, diese heißt Welle.
Das Anstoßen der Nachbarteilchen benötigt Zeit, deshalb schwingt das Nachbarteilchen etwas verzögert, das Folgeteilchen nochmal etwas verzögert usw.
Irgendwann hat sich diese Verzögerung soweit addiert, dass ein Teilchen vorhanden ist, das exakt gleich schwingt, wie das Ausgangsteilchen. Der räumliche Abstand zwischen diesen beiden Teilchen heißt Wellenlänge der Welle.
(Die Wellenlänge gibt nicht an, wie "lang" die Welle ist...)
Die Wellenlänge wird mit dem griechischen Buchstaben λ (Lambda) abgekürzt.

Da das Anstoßen der Nachbarteilchen Zeit benötigt, benötigt eine Welle zu ihrer Ausbreitung ebenfalls Zeit.
Wie schnell sich eine Schallwelle ausbreitet hängt davon ab, wie dicht die Teilchen benachbart sind.
In Luft breitet sich eine Schallwelle mit ca. 330 m/s aus (=Schallgeschwindigkeit = 1 Mach).
(Diese Geschwindigkeit hängt etwas von der Temperatur, Dichte und Feuchtigkeit der Luft ab.)
Du kennst sicher den Trick, wie man die Entfernung eines Gewitters abschätzen kann:
Man zählt die Sekunden zwischen Blitz und Donner ("Einundzwanzig, zweiundzwanzig, ..."). Alle drei Sekunden bedeuten dann einen Kilometer Entfernung. (3 mal 330 m sind ca. 1 Kilometer)
Wenn du 10 Sekunden gezählt hast, ist das Gewitter ca. 3,3 km entfernt.

In anderen Materialien als Luft ist die Schallgeschwindigkeit anders:
In Wasser sind es ca. 1450 m/s und in Stein ca. 3500 m/s.

Zum Seitenanfang

Hörempfinden

Das Hören geschieht nicht nur mit dem Ohr sondern auch mit dem Gehirn. Damit muss es auch akustische Täuschungen geben, denn das Gehirn erkennt aktuelle Daten nur im Vergleich zu bisher bekannten. (Vergleiche "Optik")
(Das Problem von akustischen Täuschungen ist, dass niemend sie erkennt: "Man hört es ja so." - und glaubt es! {Manche glauben nichtmal, dass ihr Ohr sie getäuscht hat, wenn sie darauf hingewiesen worden sind. So überzeugend ist der persönliche Höreindruck.} Die Täuschung wird erst durch physikalische Analyse erkennbar.)
Du kannst hier ein Hörbeispiel dazu starten.
Im Hörbeispiel ist der erste Ton und der letzte Ton exakt gleich! Aber höre selbst!
(Wenn du das nicht glauben kannst, informiere dich über Roger N. Shepard (* 1929))

Verschiedene Frequenzen werden als verschieden hohe Töne, verschiedene Amplituden werden als verschieden laute Töne wahrgenommen.
Dein Hörbereich sollte von 20 Hz bis knapp an 20 kHz reichen.
Wenn du mehr über den Hörbereich wissen willst, kannst du hier klicken.

Das Ohr ist ein extrem empfindliches Organ:
Und es ist für die verschiedenen Frequenzen ganz unterschiedlich empfindlich. Bei ganz tiefen und ganz hohen Tönen ist die Empfindlichkeit ziemlich schlecht, im Bereich wo Sprache stattfindet, ist die Empfindlichkeit recht gut.
Ein großes Problem ist, dass das Ohr bereits Schaden nimmt bevor es weh tut.
Wenn du weiteres zum Ohr wissen willst, musst du hier klicken.

Zum Seitenanfang

Schwebung/Resonanz

Wird ein schwingungsfähiger Körper von einer Schallwelle getroffen, die die gleiche Frequenz wie er hat, so beginnt der Körper mitzuschwingen. Dieser Vorgang heißt Resonanz. Bei manchen Tönen klirren z.B. die Gläser im Schrank...
Sind zwei Schallquellen mit sehr ähnlicher Frequenz vorhanden, so hört man einen an- und abschwellenden Ton, dies nennt man eine Schwebung. Die Schwebungsfrequenz ist umso geringer, je ähnlicher sich die Töne sind.

Zum Seitenanfang

Doppler-Effekt

Dieser Effekt ist nach seinem Entdecker Christian Doppler benannt. Er beschreibt, dass die Tonhöhe bei einer bewegten Schallquelle von der Richtung abhängig ist.
Wenn ein Formel-1-Rennwagen an dir vorbeifährt, hörst du das Motorengeräusch bei der Annäherung als deutlich höheren Ton als wenn der Rennwagen sich von dir wieder entfernt.
Auch bei den Signalhörnern von Polizei und Krankenwagen ist dieser Effekt deutlich zu hören.
Wenn die Schallquelle sich auf dich zu bewegt, hörst du den Ton höher als er ist, wenn sich die Schallquelle von dir weg bewegt, tiefer. Die Tonhöhenverschiebung ist von der Geschwindigkeit abhängig.
Zur Erklärung kann nebenstehende Grafik dienen:
Die Schallquelle bewegt sich von links nach rechts. Eine abgestrahlte Schallwelle breitet sich aber von dem Punkt aus, von dem sie abgestrahlt worden ist - ganz egal wohin die Schallquelle sich nach der Abstrahlung bewegt.
Die schwarz, blau, grün markierten Schallwellenberge breiten sich jeweils von ihrem Entstehungspunkt aus weg. Da die Schallquelle sich aber jeweils zwischenzeitlich bewegt hat, sind diese Entstehungspunkte verschieden.
Du siehst, dass deswegen die Schallwellenberge in Bewegungsrichtung dichter aufeinanderfolgen, die Frequenz ist somit höher und damit auch der Ton.
Entgegengesetzt der Bewegungsrichtung erkennst du weiter auseinander liegende Wellenberge, also tiefere Frequenz und somit einen tieferen Ton.
(Das weiß leider auch die Polizei. Sie sendet eine Radarwelle auf das Auto. Das Auto wirft diese Radarwelle zurück, ist aber dabei eine bewegte "Schall"quelle. Die Radarwelle kommt also mit veränderter Frequenz zurück. Dieser Frequenzunterschied hängt von der Geschwindigkeit ab. Im Zweifelsfall: Pech gehabt!)

Zum Seitenanfang

Ultraschall

Töne die oberhalb des menschlichen Hörbereichs liegen, heißen Ultraschall.
(Töne unterhalb des menschlichen Hörbereichs werden als Infraschall bezeichnet.)
Manche Tiere hören in einem anderen Frequenzbereich als der Mensch.
Meeressäuger wie Wale und Delfine verständigen sich mit Infraschall.
(Das gibt Probleme mit den Schiffschrauben der Schiffe. Die drehen nämlich im Infraschallbereich.)
Andere Tiere wie Fledermäuse können Töne oberhalb des menschlichen Hörbereichs wahrnehmen. Auch Hunde hören höhere Töne als der Mensch.
Technischer und medizinischer Ultraschall finden jedoch in einem sehr viel höheren Frequenzbereich statt, nämlich im Bereich von MHz (=Megahertz).
(1 MHz = 1 Million Hz = 1 Million Schwingungen pro Sekunde)

Zum Seitenanfang