Was ist Akustik?

In der Akustik geht es um die Ausbreitung von Schall, also um alles was mit der Erzeugung von Schall, seiner Ausbreitung und der Wahrnehmung durch Menschen und Tiere zu tun hat. Einer der Ersten, die festgestellt haben, dass für den Schall ein Medium (z.B. Luft) notwendig ist, war Leonardo da Vinci.

Schwingung

Galileo Galilei fand heraus, dass ein direkter Zusammenhang zwischen Frequenz und Tonhöhe besteht. Ja, …. aber was ist denn „Frequenz“ eigentlich? Und Schwingung?

Ganz von vorn: Ihr kennt doch sicher ein Pendel. Das schwingt hin und her, und wenn man genauer schaut, erkennt man, dass das Pendel sich am schnellsten bewegt, wenn es ganz unten (also in der Mitte) ist, dann immer langsamer wird, während es sich von der Mitte wegbewegt, bis es ganz kurz stillsteht. Wenn es still steht ist es auch höher oben als in der Mitte, also wird es von der Erdanziehung hinunter und in die Mitte gezogen. Dann beginnt es, sich wieder Richtung Mitte zu bewegen,  wird schneller, bis es den tiefsten Punkt (die Mitte) erreicht hat. Hier kann es aber nicht stoppen, weil es zuviel Schwung hat und schwingt über die Mitte hinaus, wird wieder langsamer usw.

So, das ist eine Schwingung. Und wie oft so ein Pendel schwingt, hängt von der Länge der Schnur ab. Die Dauer so einer Schwingung kann man in Sekunden (oder Minuten oder Stunden oder  sonst eine Zeiteinheit)  messen. Und da gibt es auch eine Einheit, in der gemessen wird, wie oft etwas pro Sekunde schwingt: Das ist ein „Hertz“, wird mit Hz abgekürzt und das Ganze heißt Frequenz, also Schwingungen pro Sekunde.

Was hat das mit Akustik zu tun?  Viel, wenn nicht alles!

Schall

Schall ist nämlich eine Schwingung der Luft. Die Luft kann natürlich nicht hin- und herschwingen wie ein Pendel, aber die einzelnen, winzigen Luftteilchen, die man gar nicht sehen kann, die können das schon. Stellt euch einmal eine große Trommel vor. Rund um die Membran (das Fell der Trommel) ist alles voll mit Luft, also mit diesen winzigen Luftteilchen. Die liegen so dicht, dass sie sich gegenseitig berühren, so wie die Leute in der Straßenbahn, wenn´s ganz eng ist! Und was passiert in der Straßenbahn, wenn bei der nächsten Station dann noch jemand zusteigt? Jeder schiebt den nächsten ein Stück weiter, und wenn dann der letzte gegen die Wand gedrückt wird, schiebt der wieder zurück.

Genau das gleiche passiert, wenn ich die Trommel schlage. Ich haue auf das Trommelfell, das wird hineingedrückt, weil es dann mehr gespannt ist, schwingt es zurück, hat zu viel Schwung, schwingt in die andere Richtung, ganz wie ein Pendel. Und die Luftteilchen? Zuerst haben die Teilchen am Trommelfell viel Platz und wandern mit dem Fell mit. Wenn das Fell dann zurückschwingt, wird es eng und wie in der Straßenbahn geben die Teilchen den Druck weiter, und diese Druckwelle breitet sich in der Luft aus. Inzwischen schwingt das Fell wieder  zurück, und die Teilchen können wieder zurück, eines nach dem anderen, auch das breitet sich aus.

Dieses Ausbreiten von Druckwellen ist der Schall.

Klang

Trifft dann so eine Druckwelle auf das Ohr, dann wird unser Trommelfell -das ist eine kleine gespannte Hautmembran im Ohr- auch hin- und hergeschoben und unser Gehirn kann das dann übersetzen und wir hören einen Ton (in unserem Fall den Schlag auf eine  Trommel).

Und da sind wir wieder bei Galilei: je öfter unser Trommelfell hin und her schwingt (also je grösser die Frequenz ist) desto höher ist der Ton den wir hören.