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Klang ist die hörbare Veränderung der Luftdruck. Sound kann auch in einem anderen sein Mittel auftreten, zum Beispiel durch Druckänderungen in druk Wasser. Im weiteren Sinne ist Schall jede hörbare oder nicht hörbare Veränderung des herrschenden statischen Luftdrucks. Ganz allgemein, unter Ton, jede Änderung der Dichte von a elastisch Medium verstehen. Sound bewegt sich wie ein Longitudinalwelle von Dichteänderungen des Mediums.

Schall kann von Menschen oder Tieren mit einem Hörorgan wahrgenommen werden, wenn er Trommelfell von dem Ohr im Vibration wird gebracht und es Hörorgan verarbeitet diese Schwingungen zu Signalen, die vom und mit dem Gehirn interpretiert werden. Einige Tierarten haben unterschiedliche Hörorgane, wie z Trommelfell von bestimmten Bestellungen von Insekten.

Eine Schallquelle verursacht Luftdruckänderungen, die in einem Wellenbewegung durch die Luft bewegen. Wenn so ein Schallwelle das Trommelfell erreicht, wird es entsprechend der Frequenz der Schallwelle.

Änderungen des Luftdrucks müssen bestimmte Merkmale aufweisen, um erkannt zu werden, wie zum Beispiel, dass bei einer bestimmten Frequenz ausreichend Druck auf das Trommelfell ausgeübt wird. Ist der Schall zu leise, kann er nicht wahrgenommen, aber mit Messgeräten gemessen werden Einige Luftdruckänderungen werden nicht als Schall wahrgenommen, sondern physisch erlebt.

Schall wird mit a . gemessen Mikrofon. Die Schallwelle dauert auch Energie damit, aber diese Energie ist relativ gering. Ton wird oft als a . dargestellt Sinus, aber physikalisch gesund in einem Medium wie Luft oder Wasser ist a Longitudinalwelle: Die Wellenbewegung hat die gleiche Richtung wie die Ausbreitung der Energie. Die Wellenberge dieser Welle sind die Druckmaxima, die Wellentäler dieser Welle sind die Druckminima.

Durch eine Schallquelle verursachte Schwingungen können sich auch unter Wasser ausbreiten. Auch Menschen und Tiere, die sich unter der Wasseroberfläche befinden, können diese Schwingungen als Schall wahrnehmen. Manche Fische scheinen in der Lage zu sein, mit ihrem . Geräusche wahrzunehmen Schwimmblase, aber auch mit dem Innenohr [1] und der Seitenliniensystem.

Schallwellen können viele durchdringen Stoffe reproduzieren. Das physikalische Phänomen des Klangs wird in der Akustik. Darüber hinaus wird die Schallwahrnehmung durch den Menschen untersucht Psychoakustik.

Eine schematische Darstellung des Hörens. (Blau: Schallwellen. Rot: Trommelfell. Gelb: Schallwandlungsmechanismus des Ohrs. Grün: Hörnerven. Violett: Frequenzspektrum des Tonsignals. Orange: Nervensignal.)

Lautstärke

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Die Stärke eines Schallsignals kann auf unterschiedliche Weise definiert werden, je nachdem, ob man die Stärke der Quelle oder die wahrgenommene Stärke meint, oder auch ob die Signalstärke objektiv als Druckdifferenz bestimmt oder vom menschlichen Ohr subjektiv wahrgenommen wird.

Schalldruck wird als Differenz zwischen dem variablen Druck in der Schallwelle und dem mittleren Druck des Mediums ausgedrückt, also normalerweise in der Standardeinheit Pascal. Der effektive Schalldruck ist eine Art zeitlicher Mittelwert des veränderlichen Schalldrucks (technisch a quadratischer Mittelwert). Das Schallintensität ist das Produkt des momentanen Schalldrucks mit der momentanen Geschwindigkeit der Teilchen in der Schallwelle. Auch hier wird ein Zeitmittelwert definiert (aber kein quadratischer Mittelwert) und die Standardeinheit ist Watt pro Quadratmeter.

Es Geräuschpegel ist der Logarithmus in Basis 10 des Schalldrucks im Vergleich zu einem Standarddruck von 10−12 W/m2, was der Hörschwelle eines durchschnittlichen Menschen entspricht. Aus praktischen Gründen wird dieser Logarithmus wieder mit 10 multipliziert, um die Einheit zu erhalten Dezibel (dB).

Das Lautstärke berücksichtigt die Tonhöhe (Frequenz) und damit die tonspezifische Empfindlichkeit des menschlichen Ohrs. Es wird auch auf einer logarithmischen Skala gemessen und die Einheit ist der Telefon, was einem Schallpegel von 1 Dezibel bei einer Frequenz von 1000 . entspricht Hertz.

Tonhöhe und Klangfarbe

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Neben der Lautstärke zeichnen sich viele Geräusche durch eine subjektive Empfindung von „hoch“ oder „tief“ aus, die physikalisch als Frequenz einer reinen Schwingung oder der Häufigkeitsverteilung eines gemischten Signals, ausgedrückt in Hertz (Hz). Schon die Antike Griechen fand das a harmonisch Harmonie in der Musik wird durch Saiten erzeugt, deren Längen sich als einfache Brüche beziehen.[2] Dies entspricht dem Verhältnis ihrer Eigenschwingungsfrequenzen.

Ein anhaltender Ton, ob rein oder nicht, entspricht einem periodischen Signal (periodische Luftdruckschwankung). Der größte Zeitraum bestimmt die Wurzelnote. Vom Mathematiker Fourier-Analyse Daraus folgt, dass jedes periodische Signal als Zusammensetzung eines Fundamentals mit einer Kombination seiner Obertöne. Das Timbre wird durch das Ausmaß bestimmt, in dem sich jeder Oberton auf das Ganze überträgt, nicht nur bei Musiknoten, sondern auch in der Definition der Vokale einer Sprache.

Die moderne Musiktheorie standardisiert die Frequenzen der verschiedenen Musiknoten, indem sie sich auf a Sprachton für das gemeinsame la (a' oder A4), normalerweise auf der Tonhöhe 440 Hz. Intervalle werden durch einfache Brüche bestimmt, zum Beispiel 2:1 für a:1 Oktave oder 3:2 für a fünfte, aber Musikinstrumente können aus praktischen Gründen auch anders gestimmt werden, zum Beispiel durch Unterteilung der Oktave in 12 gleiche Intervalle (wobei ein Abstand von 7 innerhalb dieser 12 Intervalle eine gute Annäherung an den Bruch 3:2) ist.

Die Anhörung

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Erfolgen die Druckänderungen zwischen 20 und 20.000 Mal pro Sekunde, also mit einer Frequenz zwischen 20 Hz und 20 kHz, dann ist Schall für die meisten Menschen hörbar. Die Druckschwankungen bei Schall sind sehr gering. Das sind manchmal nur wenige Millionstel pascal. Um diese kleinen Druckunterschiede zu hören, muss das Ohr daher sehr sensibel sein: Bewegungen des Trommelfell so klein wie der Durchmesser eines WasserstoffsAtom kann schon hörbar sein. Lauterer Ton wird durch größere Druckänderungen verursacht. Eine Schallwelle mit Schalldruck von einem Pascal klingen sehr laut, vorausgesetzt, dass der größte Teil der Schallenergie in den mittleren Frequenzen (1 kHz - 4 kHz) liegt. In diesem Frequenzbereich (dem Sprachbereich) ist das menschliche Ohr naturgemäß am empfindlichsten. Der leiseste Ton, den eine Person von einer 1-kHz-Schallwelle hören kann, beträgt etwa 20 Mikropascal. Das nennt man Hörschwelle.

Das Gehirn verarbeitet Geräusche in einem bestimmten Bereich, der Hörzentrum oder Hörrinde heiß. Die Wahrnehmung von Lautstärke gehorcht dem Allgemeinen Das Webersche Gesetz über die subjektive Wahrnehmung von Sinnesreizen: Beziehungen von körperlichen Impulsen werden wahrgenommen als Unterschiede in der Intensität der Empfindung. Dies rechtfertigt im Nachhinein die Verwendung der logarithmischen Dezibelskala.

Die Frequenzempfindlichkeit des menschlichen Ohrs verändert sich tendenziell mit dem Alter, insbesondere die höchsten Frequenzen sind für ältere Menschen oft schwerer wahrnehmbar.

Andere Tierarten haben andere Frequenzbereiche. Das Prinzip von a Hundepfeife ist, dass es Töne aussendet, die von Hunden gehört werden können, aber nicht von den meisten Menschen.

Tonquellen

Schall entsteht, wenn die Luft auf irgendeine Weise gestört wird, zum Beispiel durch einen vibrierenden Gegenstand. Bis zum LautsprecherKegel von einem gewöhnlichen HifiInstallation zum Beispiel. Es ist möglich, die Bewegung eines Basslautsprechers mit dem nackten zu beobachten Auge zu sehen, vorausgesetzt es gibt sehr niederfrequenter Ton kommt heraus. Der Kegel bewegt sich mit sichtbarer Geschwindigkeit hin und her. Wenn sich der Kegel vorwärts bewegt, wird der Himmel vorher komprimiert. Das Luftdruck wird dann kurz vor dem Kegel etwas höher. Bewegt sich der Kegel dann nach hinten, nimmt der Luftdruck leicht ab. Die dickeren und dünneren Luftpakete bewegen sich vom Lautsprecher weg, während sich der Konus weiter hin und her bewegt. Dadurch entsteht eine Schallwelle mit abwechselnd hohem und niedrigem Druck, die sich vom Kegel wegbewegt. Das Geschwindigkeit von diesem Golf ist der Schallgeschwindigkeit. Nicht jeder Klang wird durch ein vibrierendes Objekt erzeugt, er kann auch auf andere Weise erzeugt werden. Der Klang von a Explosion wird beispielsweise durch die schnelle Expansion von Gasen verursacht.

Ebenfalls Musikinstrumente und der Mensch Stimme sind Schallquellen.

Laut Musikern können Schallquellen sein Barry Truax, Bernie Krause und andere werden nach ihrer Herkunft in drei Kategorien eingeteilt:[3][4]

Geophonie

Diese Kategorie umfasst Geräusche von natürlichen, aber nicht biologischen Kräften, die in der Natur vorkommen, wie Wasser, Wind, Donner und Geräusche geologischen Ursprungs.

Biophonie

Biophonie oder Zoophonie bezieht sich auf den kollektiven Klang aller geräuscherzeugende Organismen in gewisser Weise Lebensraum zu einem bestimmten Zeitpunkt.

Anthropophonie

Das sind die Klänge des Menschen: Dazu gehören kontrollierte Klänge wie Musik, Sprache und Theater, chaotische oder (elektro-)mechanische Klänge.

Schallgeschwindigkeit

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Das Schallgeschwindigkeit, die Geschwindigkeit, mit der sich Schallwellen ausbreiten, hängt von der Festigkeit, Temperatur und Zusammensetzung der Substanz(en) ab, in der sie dies tun: durch Luft bei Raumtemperatur, die etwa 343 Meter pro Sekunde beträgt, in Flüssigkeiten und feste Stoffe meist höher. Die Geschwindigkeit ist nahezu unabhängig von der Frequenz des Schalls. Die ohnehin vorhandenen kleinen Geschwindigkeitsunterschiede verursachen Dispersion: die Verzerrung eines Schalls, wenn er sich über eine große Entfernung ausbreitet.

Wenn sich die Schallquelle oder der Beobachter im Medium bewegt, ändert sich die übertragene oder wahrgenommene Tonhöhe entlang der Richtung der Verschiebung; dieses phänomen ist bekannt als Doppler-Effekt und sie ist um so stärker, je größer der Anteil der Schallgeschwindigkeit der Verschiebung ist. Im Extremfall bewegt sich die Quelle mit der gleichen Geschwindigkeit wie der Schall und auf ihr sammelt sich eine Druckwelle on Stoßwelle heißt, was von manchen Beobachtern als Knall gehört wird: die Quelle "geht durch die" Schallmauer".

Schall besteht aus Wellen

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Eine Schallwelle hat beim Durchgang durch ein Medium a Wellenlänge und ein Amplitude. Die Wellenlänge ist invers proportional mit der Frequenz: je höher die Frequenz (d. h. je mehr Wellen pro Längeneinheit), desto kürzer die Wellenlänge und desto höher die beobachtete Show.

Die Amplitude ist die Differenz zwischen dem maximalen Druck und dem Mittelwert des Drucks, der über die Zeit an einem bestimmten Ort auftritt. Die Stärke einer Schallwelle wird angezeigt in shown Dezibel oder son. Die Amplitude ist auf einen Referenzdruck normiert, wie laut ein Geräusch empfunden wird, bestimmt die Amplitude (einstellbar mit a Lautstärkeregler).

Schallwellen verhalten sich beispielsweise genauso wie Wasserwellen: Sie können sich um ein Objekt biegen (dies nennt man Beugung), von einer undurchdringlichen Wand abprallen (Reflexion) oder die Richtung ändern, wenn sich das „Medium“, die Substanz, durch die sich die Welle ausbreitet, ändert.

Schallwellen von mehreren Quellen oder von direktem und reflektiertem Schall können sich gegenseitig verstärken oder aufheben. An den Stellen, an denen sich Schallwellen gegenseitig aufheben, entsteht ein etwas geringerer Luftdruck als direkt daneben. Dieses Phänomen kann verwendet werden, um Objekte, einschließlich lebender Insekten, anzuheben oder sogar zu bewegen.[5][6][7]

Anti-Lärm

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Manchmal kann es wünschenswert sein, bestimmte Töne aktiv stumm zu schalten, indem ein paralleles Tonsignal erzeugt wird, das das Originalsignal im oben skizzierten Satz auslöscht. Der Betrieb von a Kopfhörer mit Geräuschunterdrückung basiert darauf: Ein Mikrofon registriert Geräusche von außen, und dieses Signal wird in der richtigen Stärke eingesendet Gegenphase dem gewünschten internen Signal (z. B. der Musik) hinzugefügt.

Ton hören

Das menschliche Ohr kann nur Schallschwingungen mit einer Frequenz zwischen etwa 20 und 20.000 Hz wahrnehmen. Das hohe Gehör lässt mit zunehmendem Alter nach; bei vielen Erwachsenen ist die Obergrenze für die Schallwahrnehmung auf etwa 15.000 Hz gefallen.

Die untere Hörgrenze liegt bei etwa 20 Hz. Niedrigere Frequenzen werden mit bezeichnet Infraschallschwingungen. Manchmal ist dieses Geräusch noch physisch wahrnehmbar (fühlbar). Oberhalb der oberen Hörgrenze unterscheidet man Ultraschallton (zwischen 18 kHz und 800 MHz) und Hyperschallton (mit einer Frequenz über 800 MHz).

Das Gehör reagiert auch empfindlich auf die Stärke des Tons. Sehr leise Töne sind erst ab einer bestimmten Lautstärke hörbar, die durch das Hörschwelle. Sehr laute Geräusche sind unangenehm und ab ca. 120 dB Schmerzen treten auf, das wird zum Schmerzgrenze erwähnt.

Eine genaue Darstellung der Schallempfindlichkeit des Ohrs ist anhand der Telefon. In der Regel ist als Annäherung daran die dB(A) benutzt.

von ganz taub Menschen sind dafür bekannt, dass sie manchmal Musik und Donner „fühlen“.

Nutzung durch den Menschen

Klang ist für hörende Menschen sehr wichtig; unter anderem wird es wie folgt verwendet und erlebt:

Bildbearbeitung mit Ton

Bei bestimmten Messungen ist auch der Schall wichtig, z Hydrographie. EIN Echolot a einen Tonimpuls aussendet, dann die Zeit zwischen Senden und Zurücksenden des am on Meeresboden Reflexionsimpuls gemessen. Denn auch die Schallgeschwindigkeit ist im Wasser bekannt, die Tiefe unter dem Wandler des Echolots.

Es liegt das gleiche Prinzip zugrunde Sonar. Wasser ist undurchlässig für die Funkwellen eines Klassikers Radar, sondern überträgt Schallwellen, die den gleichen Gesetzen wie Radiowellen gehorchen.

Einige Tierarten, wie z Fledermäuse und Delfine, Entfernungen abzuschätzen, indem die Zeit eines reflektierten Schallsignals in der Luft oder im Wasser erfasst wird.

In dem medizinische Bildgebung hält die Ultraschall ein besonderer Ort. Die Bilder werden basierend auf der unterschiedlichen Reflexion und Dämpfung von Ultraschallwellen durch hartes und weiches Gewebe berechnet. Ultraschall kann nicht in jeder Situation eingesetzt werden, ist aber auf Dauer billiger und für den Patienten weniger schädlich als bildgebende Verfahren, die auf Strahlung oder Magnetismus beruhen; Daher ist es die am häufigsten verwendete Technik, um ein ungeborenes Baby zu untersuchen.

Externe Links

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