Lernpfad Akustik/LE1 Schallwellen und das Ohr: Unterschied zwischen den Versionen

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Zunächst das Offensichtliche: Wenn wir Musik hören, treffen Schallwellen über die Luft auf unser Ohr. Dort werden sie empfangen und an das Gehirn weiter geleitet. Unsere Wahrnehmung von Musik geschieht letztlich dort.
Zunächst das Offensichtliche: Wenn wir Musik hören, treffen Schallwellen über die Luft auf unser Ohr. Dort werden sie empfangen und an das Gehirn weiter geleitet. Unsere Wahrnehmung von Musik geschieht letztlich dort.


=== Wellen treffen auf das Trommelfell ===
===Wellen treffen auf das Trommelfell===
[[Datei:AnatomyHumanEar German.png|alternativtext=Abbildung des menschlichen Ohres|mini|Menschliches Ohr]]
Wenn die Schallwellen auf das Trommelfell im Ohr treffen, bringen sie es in Schwingungen. Damit übertragen sie sich auf das Trommelfell. Wenn nun aber mehr als eine Welle gleichzeitig auf das Trommelfell trifft, übertragen sich beide gleichzeitig darauf, was dazu führt, dass das Trommelfell mit beiden Schwingungen auf einmal schwingt, nämlich mit der Summe aus beiden Schwingungen, einer sogenannten Summenschwingung. Das Gehirn kann die unterschiedlichen Anteile der Summenschwingung wieder auseinanderhalten, um z.B. den Klang der Haustürklingel von der Stimme einer singenden Person zu unterscheiden.
Wenn die Schallwellen auf das Trommelfell im Ohr treffen, bringen sie es in Schwingungen. Damit übertragen sie sich auf das Trommelfell. Wenn nun aber mehr als eine Welle gleichzeitig auf das Trommelfell trifft, übertragen sich beide gleichzeitig darauf, was dazu führt, dass das Trommelfell mit beiden Schwingungen auf einmal schwingt, nämlich mit der Summe aus beiden Schwingungen, einer sogenannten Summenschwingung. Das Gehirn kann die unterschiedlichen Anteile der Summenschwingung wieder auseinanderhalten, um z.B. den Klang der Haustürklingel von der Stimme einer singenden Person zu unterscheiden.


=== Summenschwingung und Klang ===
===Ton und Frequenz===
Die Wellenform einer Summenschwingung zweier Töne sieht komplizierter aus, als die Wellenformen der einzelnen Töne selbst. Wenn wir die Wellenformen eines Instruments anschauen, wenn es einzelne Töne spielt, sehen diese je nach Instrument ebenfalls recht kompliziert aus, was daran liegt, dass es sich tatsächlich um Summenschwingungen handelt, die den Klang des Instruments ausmachen. Bei der Klangerzeugung eines Instruments entsteht eine Reihe an gleichzeitig erklingenden einzelnen Tönen, deren Summe sich zum tatsächlichen Klang des Instruments ergänzen. Wir Musiker sagen zwar, dass das Instrument einen Ton bzw. eine Note spielt, in Wirklichkeit aber erzeugt das Instrument einen Klang.
[[Datei:Amplitude and wavelength.png|alternativtext=Abbildung einer Sinuswelle mit Amplitude|mini|Sinuswelle mit Amplitude (a) und Frequenz (b)]]
Aus der Sicht der Musik ist ein Ton im Prinzip eine Note und hat damit eine gewisse Tonhöhe. Diese Tonhöhe kann man messen, da es sich dabei um eine physikalische Eigenschaft handelt, die man [https://de.wikipedia.org/wiki/Frequenz Frequenz] nennt. Die Frequenz ist die Häufigkeit, mit der ein Schwingungsmuster pro Sekunde auftritt und wird mit der physikalischen Einheit Hertz angegeben. [https://de.wikipedia.org/wiki/Kammerton Der Kammerton a'] (eingestrichenes a) hat z.B. eine Frequenz von 440Hz.


=== Ton und Frequenz ===
Wenn ein Instrument gestimmt werden soll, können Stimmgeräte helfen, da sie Töne mit passenden Frequenzen ausgeben können. Es gibt auch Apps, die den Klang eines Instruments messen, und die zugrundeliegende Frequenz anzeigen können.
In der Musik kann man sich einen Ton als eine Note vorstellen, also eine gewisse Tonhöhe. Wie sich die Note anhört, also wie genau ihr Schwingungsmuster aussieht, kommt auf das Instrument an, das sie spielen soll. Erzeugt man sie mit einem Frequenzgenerator, erklingt tatsächlich das, was in der Physik als Ton bezeichnet wird: Eine Welle, deren Schwingungsmuster einer Sinusfunktion gleicht.


=== Geräusch ===
===Lautstärke und Amplitude===
Damit wir eine Tonhöhe tatsächlich hören können, benötigen wir einen Klang. Im Unterschied zu einem Geräusch hat ein Klang eine regelmäßige Wellenform, bei der sich ein gewisses Muster in regelmäßigen Abständen wiederholt, also ein periodisches Schwingungsmuster hat. Ein Geräusch hat ein unregelmäßiges, also unperiodisches, Schwingungsmuster. Typische Geräuschinstrumente kommen aus der Familie der Schlagzeuge, wie z.B. Becken, Snare Drum, Schellenkranz, Rassel.
Für die Musik ist noch eine zweite Eigenschaft von Schallwellen wichtig: Die Amplitude. Je größer die Amplitude, desto lauter für unser Ohr.
 
===Summenschwingung und Klang===
[[Datei:Major chord waveform.png|alternativtext=Abbildung einer Summenschwingung|mini|Addition mehrer Schwingungen zu einer Summenschwingung]]
Wie sich eine gespielte Note anhört, also wie genau ihr Schwingungsmuster aussieht, kommt auf das Instrument an, das sie spielen soll. Erzeugt man sie mit einem Frequenzgenerator, erklingt tatsächlich das, was [https://de.wikipedia.org/wiki/Sinuston in der Physik als Ton bezeichnet] wird: Eine Welle, deren Schwingungsmuster einer Sinusfunktion gleicht.
 
Bei einem Musikinstrument dagegen entsteht ein komplexeres Schwingungsmuster, welches deshalb komplexer als eine reine Sinuswelle ist, da im Instrument unterschiedliche Schwingungen auf einmal erzeugt werden, die sich zu einer Summenschwingung addieren und so den für das Instrument typischen Klang ausmachen. Musiker sagen zwar, dass das Instrument einen Ton bzw. eine Note spielt, in Wirklichkeit aber erzeugt das Instrument einen Klang. Der Klang eines Instruments ist also immer eine Art Mischung verschiedener Töne. In aller Regel sind diese Töne sogenannte Obertöne des gespielten Tones - aber dazu in einem späteren Kapitel mehr.
 
===Geräusch===
[[Datei:Pink-noise-trace.svg|alternativtext=Abbildung der Wellenform eines Geräusches|mini|Wellenform eines Geräusches]]
Damit wir eine Tonhöhe tatsächlich hören können, benötigen wir einen Klang. Im Unterschied zu einem Geräusch hat ein Klang eine regelmäßige Wellenform, bei der sich ein gewisses Muster in regelmäßigen Abständen wiederholt, also ein periodisches Schwingungsmuster. Ein Geräusch hat ein unregelmäßiges, also unperiodisches, Schwingungsmuster. Typische Geräuschinstrumente kommen aus der Familie der Schlagzeuge, wie z.B. Becken, Snare Drum, Schellenkranz, Rassel.


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Aktuelle Version vom 6. Juni 2023, 10:16 Uhr

Zunächst das Offensichtliche: Wenn wir Musik hören, treffen Schallwellen über die Luft auf unser Ohr. Dort werden sie empfangen und an das Gehirn weiter geleitet. Unsere Wahrnehmung von Musik geschieht letztlich dort.

Wellen treffen auf das Trommelfell

Abbildung des menschlichen Ohres
Menschliches Ohr

Wenn die Schallwellen auf das Trommelfell im Ohr treffen, bringen sie es in Schwingungen. Damit übertragen sie sich auf das Trommelfell. Wenn nun aber mehr als eine Welle gleichzeitig auf das Trommelfell trifft, übertragen sich beide gleichzeitig darauf, was dazu führt, dass das Trommelfell mit beiden Schwingungen auf einmal schwingt, nämlich mit der Summe aus beiden Schwingungen, einer sogenannten Summenschwingung. Das Gehirn kann die unterschiedlichen Anteile der Summenschwingung wieder auseinanderhalten, um z.B. den Klang der Haustürklingel von der Stimme einer singenden Person zu unterscheiden.

Ton und Frequenz

Abbildung einer Sinuswelle mit Amplitude
Sinuswelle mit Amplitude (a) und Frequenz (b)

Aus der Sicht der Musik ist ein Ton im Prinzip eine Note und hat damit eine gewisse Tonhöhe. Diese Tonhöhe kann man messen, da es sich dabei um eine physikalische Eigenschaft handelt, die man Frequenz nennt. Die Frequenz ist die Häufigkeit, mit der ein Schwingungsmuster pro Sekunde auftritt und wird mit der physikalischen Einheit Hertz angegeben. Der Kammerton a' (eingestrichenes a) hat z.B. eine Frequenz von 440Hz.

Wenn ein Instrument gestimmt werden soll, können Stimmgeräte helfen, da sie Töne mit passenden Frequenzen ausgeben können. Es gibt auch Apps, die den Klang eines Instruments messen, und die zugrundeliegende Frequenz anzeigen können.

Lautstärke und Amplitude

Für die Musik ist noch eine zweite Eigenschaft von Schallwellen wichtig: Die Amplitude. Je größer die Amplitude, desto lauter für unser Ohr.

Summenschwingung und Klang

Abbildung einer Summenschwingung
Addition mehrer Schwingungen zu einer Summenschwingung

Wie sich eine gespielte Note anhört, also wie genau ihr Schwingungsmuster aussieht, kommt auf das Instrument an, das sie spielen soll. Erzeugt man sie mit einem Frequenzgenerator, erklingt tatsächlich das, was in der Physik als Ton bezeichnet wird: Eine Welle, deren Schwingungsmuster einer Sinusfunktion gleicht.

Bei einem Musikinstrument dagegen entsteht ein komplexeres Schwingungsmuster, welches deshalb komplexer als eine reine Sinuswelle ist, da im Instrument unterschiedliche Schwingungen auf einmal erzeugt werden, die sich zu einer Summenschwingung addieren und so den für das Instrument typischen Klang ausmachen. Musiker sagen zwar, dass das Instrument einen Ton bzw. eine Note spielt, in Wirklichkeit aber erzeugt das Instrument einen Klang. Der Klang eines Instruments ist also immer eine Art Mischung verschiedener Töne. In aller Regel sind diese Töne sogenannte Obertöne des gespielten Tones - aber dazu in einem späteren Kapitel mehr.

Geräusch

Abbildung der Wellenform eines Geräusches
Wellenform eines Geräusches

Damit wir eine Tonhöhe tatsächlich hören können, benötigen wir einen Klang. Im Unterschied zu einem Geräusch hat ein Klang eine regelmäßige Wellenform, bei der sich ein gewisses Muster in regelmäßigen Abständen wiederholt, also ein periodisches Schwingungsmuster. Ein Geräusch hat ein unregelmäßiges, also unperiodisches, Schwingungsmuster. Typische Geräuschinstrumente kommen aus der Familie der Schlagzeuge, wie z.B. Becken, Snare Drum, Schellenkranz, Rassel.

 

Lernpfad Akustik
weiter
  1. Schallwellen und das Ohr
  2. Tonerzeugung der Musikinstrumente
  3. Naturtonreihe und Obertöne
  4. Das Problem der Blechbläser
  5. Das Problem des Klavierstimmers

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