Das Klang Es ist definiert als eine Störung, die, wenn sie sich in einem Medium wie Luft ausbreitet, abwechselnd Kompressionen und Expansionen in diesem erzeugt. Diese Änderungen des Luftdrucks und der Luftdichte erreichen das Ohr und werden vom Gehirn als Hörempfindungen interpretiert..
Klänge haben das Leben von Anfang an begleitet und sind Teil der Werkzeuge, mit denen Tiere miteinander und mit ihrer Umwelt kommunizieren müssen. Einige Leute sagen, dass Pflanzen auch zuhören, aber auf jeden Fall könnten sie die Schwingungen der Umwelt wahrnehmen, selbst wenn sie kein Hörgerät wie höhere Tiere haben.
Menschen verwenden Ton nicht nur zur Kommunikation durch Sprache, sondern auch als künstlerischen Ausdruck durch Musik. Alle alten und jüngeren Kulturen haben musikalische Manifestationen aller Art, durch die sie ihre Geschichten, Bräuche, religiösen Überzeugungen und Gefühle erzählen..
Artikelverzeichnis
Aufgrund seiner Bedeutung war die Menschheit daran interessiert, ihre Natur zu untersuchen, und schuf die Akustik, einen Zweig der Physik, der sich den Eigenschaften und dem Verhalten von Schallwellen widmet..
Es ist bekannt, dass der berühmte Mathematiker Pythagoras (569-475 v. Chr.) Lange Zeit die Unterschiede in der Höhe (Frequenz) zwischen Klängen untersucht hat. Andererseits behauptete Aristoteles, der über alle Aspekte der Natur spekulierte, zu Recht, dass Schall aus Ausdehnungen und Kompressionen in der Luft bestehe..
Später schrieb der berühmte römische Ingenieur Vitruvius (80-15 v. Chr.) Eine Abhandlung über die Akustik und ihre Anwendungen beim Bau von Theatern. Isaac Newton selbst (1642-1727) untersuchte die Ausbreitung von Schall in festen Medien und bestimmte eine Formel für seine Ausbreitungsgeschwindigkeit.
Die mathematischen Berechnungswerkzeuge ermöglichten es im Laufe der Zeit, die gesamte Komplexität des Wellenverhaltens angemessen auszudrücken.
In ihrer einfachsten Form kann eine Schallwelle als eine sinusförmige Welle beschrieben werden, die sich zeitlich und räumlich ausbreitet, wie in Abbildung 2 gezeigt. Dort wird beobachtet, dass die Welle periodisch ist, dh eine Form hat, die sich wiederholt rechtzeitig.
Da es sich um eine Longitudinalwelle handelt, sind die Ausbreitungsrichtung und die Richtung, in die sich die Partikel des schwingenden Mediums bewegen, gleich.
Die Parameter einer Schallwelle sind:
Periode T: ist die Zeit, die benötigt wird, um eine Phase der Welle zu wiederholen. Im internationalen System wird es in Sekunden gemessen.
Zyklus: ist der Teil der Welle, der in der Periode enthalten ist und von einem Punkt zum anderen reicht und dieselbe Höhe und dieselbe Steigung aufweist. Es kann von einem Tal zum nächsten, von einem Kamm zum nächsten oder von jedem Punkt zum anderen sein, der der beschriebenen Spezifikation entspricht..
Wellenlänge λ: ist der Abstand zwischen einem Kamm und einem anderen der Welle, zwischen einem Tal und einem anderen oder im Allgemeinen zwischen einem Punkt und dem nächsten mit derselben Höhe und Neigung. Da es sich um eine Länge handelt, wird sie in Metern gemessen, obwohl andere Einheiten je nach Wellentyp besser geeignet sind..
Frequenz f: ist definiert als die Anzahl der Zyklen pro Zeiteinheit. Seine Einheit ist der Hertz (Hz).
Amplitude A: entspricht der maximalen Höhe der Welle in Bezug auf die horizontale Achse.
Der Ton wird erzeugt, wenn ein Objekt, das in ein materielles Medium eingetaucht ist, vibriert, wie im unteren Teil von Abbildung 2 gezeigt. Die straffe Membran des Lautsprechers links vibriert und überträgt die Störung durch die Luft, bis sie den Hörer erreicht.
Während sich die Störung ausbreitet, wird Energie durch Expansionen und Kompressionen auf die Moleküle in der Umgebung übertragen, die miteinander interagieren. Für die Ausbreitung von Schall wird immer ein materielles Medium benötigt, sei es fest, flüssig oder gasförmig.
Wenn die Störung in der Luft das Ohr erreicht, führen Schwankungen des Luftdrucks dazu, dass das Trommelfell vibriert. Dies führt zu elektrischen Impulsen, die über den Hörnerv auf das Gehirn übertragen werden, und dort werden die Impulse in Schall umgewandelt.
Die Geschwindigkeit mechanischer Wellen in einem bestimmten Medium folgt dieser Beziehung:
Wenn Sie sich beispielsweise in einem Gas wie Luft ausbreiten, kann die Schallgeschwindigkeit wie folgt berechnet werden:
Mit steigender Temperatur steigt auch die Schallgeschwindigkeit, da die Moleküle im Medium eher bereit sind, zu schwingen und die Schwingung durch ihre Bewegungen zu übertragen. Der Druck hingegen beeinflusst seinen Wert nicht.
Wir haben bereits gesehen, dass die Zeit, die die Welle benötigt, um einen Zyklus abzuschließen, die Periode ist, während die in dieser Zeitspanne zurückgelegte Strecke einer Wellenlänge entspricht. Daher ist die Schallgeschwindigkeit v definiert als:
v = λ / T.
Andererseits hängen die Frequenz und die Periode zusammen, wobei eine die Umkehrung der anderen ist, wie folgt:
f = 1 / T.
Was dazu führt:
v = λ.f
Der hörbare Frequenzbereich beim Menschen liegt zwischen 20 und 20.000 Hz, daher liegt die Schallwellenlänge zwischen 1,7 cm und 17 m, wenn die Werte in der obigen Gleichung eingesetzt werden.
Diese Wellenlängen haben die Größe gemeinsamer Objekte, was die Ausbreitung von Schall beeinflusst, da sie als Welle Reflexion, Brechung und Beugung erfahren, wenn sie auf Hindernisse stößt.
Das Erleben von Beugung bedeutet, dass Schall beeinträchtigt wird, wenn er auf Hindernisse und Öffnungen stößt, deren Größe der Wellenlänge oder kleiner entspricht..
Bassgeräusche können sich über große Entfernungen besser ausbreiten, weshalb Elefanten Infraschall (sehr niederfrequente Geräusche, die für das menschliche Ohr nicht hörbar sind) verwenden, um in ihren weiten Gebieten zu kommunizieren..
Auch wenn in einem nahe gelegenen Raum Musik zu hören ist, ist der Bass besser zu hören als die Höhen, da seine Wellenlänge etwa der Größe von Türen und Fenstern entspricht. Auf der anderen Seite gehen beim Verlassen des Raums hohe Töne leicht verloren und werden daher nicht mehr gehört.
Schall besteht aus einer Reihe von Kompressionen und Verdünnungen der Luft, so dass der Schall bei der Ausbreitung einen Druckanstieg und -abfall verursacht. Im internationalen System wird der Druck in Pascal gemessen, was mit Pa abgekürzt wird.
Was passiert ist, dass diese Änderungen im Vergleich zum atmosphärischen Druck, der ungefähr 101.000 Pa wert ist, sehr gering sind.
Selbst die lautesten Geräusche erzeugen Schwankungen von nur 20-30 Pa (Schmerzschwelle), ein im Vergleich relativ geringer Betrag. Wenn Sie diese Änderungen jedoch messen können, haben Sie eine Möglichkeit, den Klang zu messen.
Schalldruck ist die Differenz zwischen atmosphärischem Druck mit Schall und atmosphärischem Druck ohne Schall. Wie bereits erwähnt, erzeugen die lautesten Geräusche einen Schalldruck von 20 Pa, während die schwächsten etwa 0,00002 Pa (Schallschwelle) verursachen..
Da der Bereich der Schalldrücke mehrere Potenzen von 10 umfasst, sollte eine logarithmische Skala verwendet werden, um sie anzuzeigen..
Andererseits wurde experimentell festgestellt, dass Menschen Änderungen in Geräuschen geringer Intensität deutlicher wahrnehmen als Änderungen gleicher Größe, jedoch in intensiven Geräuschen..
Wenn beispielsweise der Schalldruck um 1, 2, 4, 8, 16… ansteigt, nimmt das Ohr eine Intensitätserhöhung von 1, 2, 3, 4… wahr. Aus diesem Grund ist es zweckmäßig, eine neue Menge zu definieren, die aufgerufen wird Schalldruckpegel (Schalldruckpegel) L.P., definiert als:
L.P. = 20 log (P.1 / P.oder)
Wo P.oder ist der Referenzdruck, der als Hörschwelle genommen wird, und P.1 ist der mittlerer effektiver Druck oder RMS-Druck. Dieser Effektivwert oder durchschnittliche Druck ist das, was das Ohr als durchschnittliche Energie des Schallsignals wahrnimmt.
Das Ergebnis des obigen Ausdrucks für L.P., wenn für verschiedene Werte von P ausgewertet1, ist in gegeben Dezibel, eine dimensionslose Menge. Das Ausdrücken des Schalldruckpegels auf diese Weise ist sehr praktisch, da Logarithmen große Zahlen in kleinere, besser handhabbare Zahlen umwandeln..
In vielen Fällen ist es jedoch bevorzugt, die zu verwenden Schallintensität Dezibel zu bestimmen, nicht Schalldruck.
Die Schallintensität ist die Energie, die für eine Sekunde (Leistung) durch eine Einheitsoberfläche fließt, die senkrecht zu der Richtung ausgerichtet ist, in der sich die Welle ausbreitet. Wie der Schalldruck ist es eine skalare Größe und wird als I bezeichnet. Die Einheiten von I sind W / mzwei, das heißt, Leistung pro Flächeneinheit.
Es kann gezeigt werden, dass die Schallintensität proportional zum Quadrat des Schalldrucks ist:
I = P.zwei / ρc
In diesem Ausdruck ist ρ die Dichte des Mediums und c die Schallgeschwindigkeit. Dann ist die Schallintensitätspegel L.ich Was:
L.ich = 10 log (I.1 / ICHoder)
Was auch in Dezibel ausgedrückt wird und manchmal mit dem griechischen Buchstaben β bezeichnet wird. Der Referenzwert I.oder ist 1 x 10-12 W / mzwei. Somit stellt 0 dB die untere Grenze des menschlichen Gehörs dar, während die Schmerzschwelle 120 dB beträgt..
Da es sich um eine logarithmische Skala handelt, muss betont werden, dass kleine Unterschiede in der Anzahl der Dezibel einen großen Unterschied in Bezug auf die Schallintensität bewirken..
Ein Schallpegelmesser oder Dezibelmeter ist ein Gerät zur Messung des Schalldrucks, das die Messung in Dezibel anzeigt. Es ist so konzipiert, dass es genauso reagiert wie das menschliche Ohr..
Es besteht aus einem Mikrofon zum Sammeln des Signals, mehr Schaltkreisen mit Verstärkern und Filtern, die für die angemessene Umwandlung dieses Signals in elektrischen Strom verantwortlich sind, und schließlich einer Skala oder einem Bildschirm, um das Ergebnis des Messwerts anzuzeigen..
Sie werden häufig verwendet, um die Auswirkungen bestimmter Geräusche auf Mensch und Umwelt zu bestimmen. Zum Beispiel Geräusche in Fabriken, Branchen, Flughäfen, Verkehrslärm und vielen anderen.
Schall zeichnet sich durch seine Frequenz aus. Nach denen, die das menschliche Ohr erfassen kann, werden alle Geräusche in drei Kategorien eingeteilt: diejenigen, die wir hören können oder hörbares Spektrum, diejenigen mit Frequenzen unterhalb der Untergrenze des hörbaren Spektrums oder Infrasound, und diejenigen, die über der Obergrenze liegen, genannt Ultraschall.
Da sich Schallwellen linear überlappen können, bestehen alltägliche Geräusche, die wir manchmal als einzigartig interpretieren, tatsächlich aus unterschiedlichen Geräuschen mit unterschiedlichen, aber engen Frequenzen..
Das menschliche Ohr ist so konzipiert, dass es einen weiten Frequenzbereich aufnimmt: zwischen 20 und 20.000 Hz. Es werden jedoch nicht alle Frequenzen in diesem Bereich mit der gleichen Intensität wahrgenommen..
Das Ohr ist im Frequenzband zwischen 500 und 6.000 Hz empfindlicher. Es gibt jedoch andere Faktoren, die die Fähigkeit zur Wahrnehmung von Geräuschen beeinflussen, wie z. B. das Alter..
Dies sind die Geräusche, deren Frequenz weniger als 20 Hz beträgt, aber die Tatsache, dass Menschen sie nicht hören können, bedeutet nicht, dass andere Tiere dies nicht können. Zum Beispiel verwenden Elefanten sie zur Kommunikation, da Infraschall lange Strecken zurücklegen kann.
Andere Tiere, wie der Tiger, benutzen sie, um ihre Beute zu betäuben. Infraschall wird auch zur Erkennung großer Objekte verwendet.
Sie haben Frequenzen von mehr als 20.000 Hz und sind in vielen Bereichen weit verbreitet. Eine der bemerkenswertesten Anwendungen von Ultraschall ist das diagnostische und therapeutische Instrument der Medizin. Die durch Ultraschall erhaltenen Bilder sind nicht invasiv und verwenden keine ionisierende Strahlung.
Ultraschall wird auch verwendet, um Fehler in Strukturen zu finden, Entfernungen zu bestimmen, Hindernisse während der Navigation zu erkennen und vieles mehr. Tiere verwenden auch Ultraschall, und tatsächlich wurde auf diese Weise ihre Existenz entdeckt.
Fledermäuse senden Schallimpulse aus und interpretieren dann das von ihnen erzeugte Echo, um Entfernungen abzuschätzen und Beute zu lokalisieren. Hunde können ihrerseits auch Ultraschall hören, und deshalb reagieren sie auf die Pfeife für Hunde, die ihr Besitzer nicht hören kann..
Monophoner Ton ist ein Signal, das mit einem einzelnen Mikrofon oder Audiokanal aufgenommen wurde. Beim Hören mit Kopfhörern oder Hörnern hören beide Ohren genau dasselbe. Andererseits zeichnet der stereophone Ton Signale mit zwei unabhängigen Mikrofonen auf..
Die Mikrofone befinden sich an verschiedenen Positionen, sodass sie unterschiedliche Schalldrücke von dem aufnehmen können, was Sie aufnehmen möchten.
Dann empfängt jedes Ohr einen dieser Signalsätze, und wenn das Gehirn sie sammelt und interpretiert, ist das Ergebnis viel realistischer als beim Hören monophoner Klänge. Es ist daher die bevorzugte Methode, wenn es um Musik und Film geht, obwohl im Radio immer noch monophoner oder monauraler Ton verwendet wird, insbesondere für Interviews und Gespräche..
Musikalisch gesehen besteht Homophonie aus derselben Melodie, die von zwei oder mehr Stimmen oder Instrumenten gespielt wird. Andererseits gibt es in der Polyphonie zwei oder mehr Stimmen oder Instrumente von gleicher Bedeutung, die Melodien und sogar unterschiedlichen Rhythmen folgen. Das resultierende Ensemble dieser Klänge ist harmonisch, wie die Musik von Bach.
Das menschliche Ohr unterscheidet hörbare Frequenzen als hoch, niedrig oder mittel. Dies ist, was als bekannt ist Ton Klang.
Die höchsten Frequenzen zwischen 1600 und 20.000 Hz werden als akute Töne betrachtet, das Band zwischen 400 und 1600 Hz entspricht Tönen mit mittlerem Ton und schließlich sind die Frequenzen im Bereich von 20 bis 400 Hz die Basstöne.
Bassklänge unterscheiden sich von Höhen dadurch, dass die ersteren als tief, dunkel und dröhnend wahrgenommen werden, während die letzteren hell, klar, fröhlich und durchdringend sind. Ebenso interpretiert das Ohr sie als intensiver, im Gegensatz zu Bassklängen, die das Gefühl einer geringeren Intensität erzeugen..
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