Klang

In der Physik ist Schall eine Schwingung , die sich als Schallwelle durch ein Übertragungsmedium wie ein Gas, eine Flüssigkeit oder einen Feststoff ausbreitet .

Eine Trommel erzeugt Schall über eine vibrierende Membran .

In der menschlichen Physiologie und Psychologie ist Schall der Empfang solcher Wellen und ihre Wahrnehmung durch das Gehirn . [1] Nur Schallwellen mit Frequenzen zwischen etwa 20 Hz und 20 kHz, dem Audiofrequenzbereich , lösen beim Menschen eine Hörwahrnehmung aus. In Luft mit atmosphärischem Druck repräsentieren diese Schallwellen mit Wellenlängen von 17 Metern bis 1,7 Zentimetern. Schallwellen über 20  kHz werden als Ultraschall bezeichnet und sind für den Menschen nicht hörbar. Schallwellen unter 20 Hz werden als Infraschall bezeichnet. Verschiedene Tierarten haben unterschiedliche Hörbereiche .

Akustik ist die interdisziplinäre Wissenschaft, die sich mit der Untersuchung mechanischer Wellen in Gasen, Flüssigkeiten und Festkörpern einschließlich Vibration , Schall, Ultraschall und Infraschall befasst. Ein Wissenschaftler, der auf dem Gebiet der Akustik arbeitet, ist ein Akustiker , während jemand, der auf dem Gebiet der Akustik arbeitet , als Akustikingenieur bezeichnet werden kann . [2] Ein Audioingenieur befasst sich dagegen mit der Aufnahme, Manipulation, Mischung und Wiedergabe von Ton.

Anwendungen der Akustik finden sich in fast allen Aspekten der modernen Gesellschaft. Zu den Unterdisziplinen gehören Aeroakustik , Audiosignalverarbeitung , Architekturakustik , Bioakustik , Elektroakustik, Umgebungsgeräusche , Musikakustik , Geräuschkontrolle , Psychoakustik , Sprache , Ultraschall , Unterwasserakustik und Vibration . [3]

Schall ist definiert als "(a) Schwingung von Druck, Spannung, Partikelverschiebung, Partikelgeschwindigkeit usw., die sich in einem Medium mit inneren Kräften (z. B. elastisch oder viskos) ausbreitet, oder die Überlagerung einer solchen ausgebreiteten Schwingung. (B) Gehör Empfindung, hervorgerufen durch die in (a) beschriebene Schwingung. " [4] Schall kann als Wellenbewegung in Luft oder anderen elastischen Medien angesehen werden. In diesem Fall ist Schall ein Reiz. Schall kann auch als Erregung des Hörmechanismus angesehen werden, der zur Wahrnehmung von Schall führt. In diesem Fall ist Klang eine Sensation .

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Experimentieren Sie mit zwei Stimmgabeln , die normalerweise mit derselben Frequenz schwingen . Eine der Gabeln wird mit einem gummierten Holzhammer getroffen. Obwohl nur die erste Stimmgabel getroffen wurde, wird die zweite Gabel aufgrund der Schwingung, die durch die periodische Änderung des Drucks und der Dichte der Luft durch Schlagen auf die andere Gabel verursacht wird, sichtbar erregt, wodurch eine akustische Resonanz zwischen den Gabeln erzeugt wird. Wenn wir jedoch ein Stück Metall auf einen Stift legen, sehen wir, dass der Effekt gedämpft wird und die Anregungen immer weniger ausgeprägt werden, da die Resonanz nicht so effektiv erreicht wird.

Schall kann sich durch ein Medium wie Luft, Wasser und Feststoffe als Longitudinalwellen und auch als Transversalwelle in Festkörpern ausbreiten (siehe Longitudinal- und Transversalwellen unten). Die Schallwellen werden von einer Schallquelle, wie beispielsweise die Schwing erzeugt Membran eines Stereo - Lautsprecher. Die Schallquelle erzeugt Vibrationen im umgebenden Medium. Während die Quelle das Medium weiter vibriert, breiten sich die Vibrationen mit Schallgeschwindigkeit von der Quelle weg aus und bilden so die Schallwelle. In einem festen Abstand von der Quelle variieren Druck , Geschwindigkeit und Verschiebung des Mediums zeitlich. Zu einem bestimmten Zeitpunkt variieren Druck, Geschwindigkeit und Verschiebung im Raum. Beachten Sie, dass sich die Partikel des Mediums nicht mit der Schallwelle bewegen. Dies ist für einen Feststoff intuitiv offensichtlich, und das Gleiche gilt für Flüssigkeiten und Gase (dh die Schwingungen von Partikeln im Gas oder in der Flüssigkeit transportieren die Schwingungen, während sich die durchschnittliche Position der Partikel über die Zeit nicht ändert). Während der Ausbreitung können Wellen vom Medium reflektiert , gebrochen oder gedämpft werden. [5]

Das Verhalten der Schallausbreitung wird im Allgemeinen von drei Faktoren beeinflusst:

  • Eine komplexe Beziehung zwischen der Dichte und dem Druck des Mediums. Diese Beziehung, die von der Temperatur beeinflusst wird, bestimmt die Schallgeschwindigkeit innerhalb des Mediums.
  • Bewegung des Mediums selbst. Wenn sich das Medium bewegt, kann diese Bewegung die absolute Geschwindigkeit der Schallwelle in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung erhöhen oder verringern. Zum Beispiel wird die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Schall, der sich durch Wind bewegt, um die Geschwindigkeit des Windes erhöht, wenn sich Schall und Wind in die gleiche Richtung bewegen. Wenn sich Schall und Wind in entgegengesetzte Richtungen bewegen, wird die Geschwindigkeit der Schallwelle um die Geschwindigkeit des Windes verringert.
  • Die Viskosität des Mediums. Die mittlere Viskosität bestimmt die Rate, mit der der Schall gedämpft wird. Bei vielen Medien wie Luft oder Wasser ist die Dämpfung aufgrund der Viskosität vernachlässigbar.

Wenn sich Schall durch ein Medium bewegt, das keine konstanten physikalischen Eigenschaften aufweist, kann er gebrochen werden (entweder verteilt oder fokussiert). [5]

Sphärische Kompressionswellen (longitudinale Wellen)

Die mechanischen Schwingungen, die als Schall interpretiert werden können, können sich durch alle Formen von Materie bewegen : Gase, Flüssigkeiten, Feststoffe und Plasmen . Die Materie, die den Klang unterstützt, wird als Medium bezeichnet . Schall kann nicht durch ein Vakuum wandern . [6] [7]

Longitudinal- und Transversalwellen

Schall wird durch Gase, Plasma und Flüssigkeiten als Longitudinalwellen , auch Kompressionswellen genannt, übertragen . Es erfordert ein Medium, um sich zu verbreiten. Durch Feststoffe kann es jedoch sowohl als Longitudinal- als auch als Transversalwelle übertragen werden . Longitudinale Schallwellen Wellen der alternierenden Druck Abweichungen von dem Gleichgewichtsdruck, so dass lokale Bereiche der Kompression und Verdünnung , während Transversalwellen (in Feststoffen) sind Wellen von alternierender Scherspannung im rechten Winkel zur Ausbreitungsrichtung.

Schallwellen können unter Verwendung von Parabolspiegeln und Objekten, die Schall erzeugen, "betrachtet" werden. [8]

Die Energie , die durch eine oszillierende Schallwelle umwandelt hin und her zwischen der potentiellen Energie des zusätzlichen durch Kompression (im Fall von Longitudinalwellen) oder seitlicher Verschiebung Dehnung (im Fall von Transversalwellen) der Materie, und die kinetische Energie der Verschiebungsgeschwindigkeit von Partikeln des Mediums.

Transverse plane wave in linear polarization, i.e. oscillating only in the y-direction
Transversale ebene Welle
Longitudinal- und Transversalebenenwelle

Eigenschaften und Eigenschaften von Schallwellen

Ein "Druck über Zeit" -Diagramm einer 20-ms-Aufnahme eines Klarinettentons zeigt die beiden Grundelemente des Klangs: Druck und Zeit.
Klänge können als Mischung ihrer Komponenten Sinuswellen unterschiedlicher Frequenzen dargestellt werden. Die unteren Wellen haben höhere Frequenzen als die oben genannten. Die horizontale Achse repräsentiert die Zeit.

Obwohl die Übertragung von Tönen viele Komplexitäten aufweist, kann der Ton am Empfangspunkt (dh an den Ohren) leicht in zwei einfache Elemente unterteilt werden: Druck und Zeit. Diese Grundelemente bilden die Basis aller Schallwellen. Sie können verwendet werden, um jeden Ton, den wir hören, absolut zu beschreiben.

Um den Klang besser zu verstehen, wird eine komplexe Welle, wie die in einem blauen Hintergrund rechts in diesem Text gezeigte, normalerweise in ihre Bestandteile unterteilt, die eine Kombination verschiedener Schallwellenfrequenzen (und Rauschen) darstellen. [9] [10] [11]

Schallwellen werden häufig auf eine Beschreibung im Hinblick auf die vereinfachte sinusförmigen ebenen Wellen , die von diesen generischen Eigenschaften gekennzeichnet sind:

  • Frequenz oder ihre inverse Wellenlänge
  • Amplitude , Schalldruck oder Intensität
  • Schallgeschwindigkeit
  • Richtung

Vom Menschen wahrnehmbarer Schall hat Frequenzen von etwa 20 Hz bis 20.000 Hz. In Luft mit Standardtemperatur und -druck reichen die entsprechenden Wellenlängen der Schallwellen von 17 m bis 17 mm. Manchmal Geschwindigkeit und die Richtung werden als kombinierte Geschwindigkeitsvektor ; Wellenzahl und -richtung werden als Wellenvektor kombiniert .

Transversale Wellen , auch Scherwellen genannt , haben die zusätzliche Eigenschaft Polarisation und sind keine Eigenschaft von Schallwellen.

Schallgeschwindigkeit

US Navy F / A-18 nähert sich der Schallgeschwindigkeit. Der weiße Lichthof wird durch Kondenswassertröpfchen gebildet, von denen angenommen wird, dass sie aus einem Luftdruckabfall um das Flugzeug resultieren (siehe Prandtl-Glauert-Singularität ). [12]

Die Schallgeschwindigkeit hängt vom Medium ab, durch das die Wellen laufen, und ist eine grundlegende Eigenschaft des Materials. Der erste bedeutende Versuch zur Messung der Schallgeschwindigkeit wurde von Isaac Newton unternommen . Er glaubte, dass die Schallgeschwindigkeit in einer bestimmten Substanz gleich der Quadratwurzel des auf sie einwirkenden Drucks geteilt durch ihre Dichte war:

Dies wurde später als falsch erwiesen, und der französische Mathematiker Laplace korrigierte die Formel, indem er folgerte, dass das Phänomen des Schallreisens nicht isotherm ist, wie Newton glaubt, sondern adiabatisch . Er fügte der Gleichung einen weiteren Faktor hinzu - Gamma - und multiplizierte durch und kommt so auf die Gleichung . Schon seitergab sich die endgültige Gleichung , die auch als Newton-Laplace-Gleichung bekannt ist. In dieser Gleichung ist K der Elastizitätsmodul, c die Schallgeschwindigkeit undist die Dichte. Somit ist die Schallgeschwindigkeit proportional zur Quadratwurzel des Verhältnisses des Volumenmoduls des Mediums zu seiner Dichte.

Diese physikalischen Eigenschaften und die Schallgeschwindigkeit ändern sich mit den Umgebungsbedingungen. Beispielsweise hängt die Schallgeschwindigkeit in Gasen von der Temperatur ab. In Luft mit 20 ° C (68 ° F) auf Meereshöhe beträgt die Schallgeschwindigkeit nach der Formel v  [m / s] = 331 + 0,6  T  [° C ungefähr 343 m / s (1.230 km / h) ] . Die Schallgeschwindigkeit ist auch leicht empfindlich und unterliegt einem anharmonischen Effekt zweiter Ordnung gegenüber der Schallamplitude, was bedeutet, dass nichtlineare Ausbreitungseffekte auftreten, wie z. B. die Erzeugung von Harmonischen und gemischten Tönen, die im Originalton nicht vorhanden sind ( siehe parametrisches Array ). Wenn relativistische Effekte wichtig sind, wird die Schallgeschwindigkeit aus den relativistischen Euler-Gleichungen berechnet .

In Süßwasser beträgt die Schallgeschwindigkeit ungefähr 1.482 m / s (5.335 km / h). In Stahl beträgt die Schallgeschwindigkeit etwa 5.960 m / s (21.460 km / h). Der Schall bewegt sich in festem atomarem Wasserstoff mit etwa 36.000 m / s (129.600 km / h) am schnellsten. [13] [14]

Eine andere Verwendung des Begriffs Schall als in der Physik ist die in der Physiologie und Psychologie, wo sich der Begriff auf das Thema der Wahrnehmung durch das Gehirn bezieht . Das Gebiet der Psychoakustik ist solchen Studien gewidmet. Das Wörterbuch von Webster aus dem Jahr 1936 definierte den Klang wie folgt: "1. Das Gehör, das Gehörte; spez.: A. Psychophysik. Empfindung aufgrund der Stimulation der Hörnerven und Hörzentren des Gehirns, üblicherweise durch Schwingungen, die in einem materiellen Medium übertragen werden B. Luft, die das Hörorgan beeinflusst. b. Physik. Schwingungsenergie, die ein solches Gefühl hervorruft. Schall wird durch fortschreitende longitudinale Schwingungsstörungen (Schallwellen) verbreitet. " [15] Dies bedeutet, dass die richtige Antwort auf die Frage: " Wenn ein Baum in den Wald fällt und niemand ihn fallen hört, macht er dann ein Geräusch? " Ist "Ja" und "Nein", abhängig davon, ob er ist beantwortet mit der physischen bzw. der psychophysischen Definition.

Der physische Empfang von Schall in einem hörenden Organismus ist auf einen Frequenzbereich beschränkt. Menschen hören normalerweise Schallfrequenzen zwischen ungefähr 20  Hz und 20.000 Hz (20  kHz ) [16] : 382 Die Obergrenze nimmt mit dem Alter ab. [16] : 249 Manchmal bezieht sich Schall nur auf solche Schwingungen mit Frequenzen , die innerhalb des Hörbereichs für Menschen liegen [17], oder manchmal bezieht er sich auf ein bestimmtes Tier. Andere Arten haben unterschiedliche Hörbereiche. Zum Beispiel können Hunde Vibrationen über 20 kHz wahrnehmen.

Als ein Signal durch eine der wichtigsten wahrgenommen Sinne , Ton wird von vielen Spezies verwendet Erfassen Gefahr , Navigation , predation und Kommunikation. Die Erdatmosphäre , das Wasser und praktisch jedes physikalische Phänomen wie Feuer, Regen, Wind, Brandung oder Erdbeben erzeugen (und zeichnen sich durch) seine einzigartigen Geräusche aus. Viele Arten, wie Frösche, Vögel, Meeres- und Landsäugetiere , haben auch spezielle Organe entwickelt , um Schall zu erzeugen. Bei einigen Arten produzieren diese Lieder und Sprache . Darüber hinaus haben Menschen Kultur und Technologie (wie Musik, Telefon und Radio) entwickelt, mit denen sie Ton erzeugen, aufnehmen, übertragen und senden können.

Rauschen ist ein Begriff, der häufig für unerwünschte Geräusche verwendet wird. In Wissenschaft und Technik ist Rauschen eine unerwünschte Komponente, die ein gewünschtes Signal verdeckt. In der Klangwahrnehmung kann es jedoch häufig verwendet werden, um die Quelle eines Klangs zu identifizieren, und ist ein wichtiger Bestandteil der Klangfarbenwahrnehmung (siehe oben).

Soundscape ist die Komponente der akustischen Umgebung, die vom Menschen wahrgenommen werden kann. Die akustische Umgebung ist die Kombination aller Geräusche (ob für Menschen hörbar oder nicht) innerhalb eines bestimmten Bereichs, die von der Umgebung verändert und von Menschen im Kontext der Umgebung verstanden werden.

Historisch gesehen gibt es sechs experimentell trennbare Methoden zur Analyse von Schallwellen. Dies sind: Tonhöhe , Dauer , Lautstärke , Klangfarbe , Klangstruktur und räumliche Lage . [18] Einige dieser Begriffe haben eine standardisierte Definition (z. B. in der ANSI Acoustical Terminology ANSI / ASA S1.1-2013 ). Neuere Ansätze haben auch die zeitliche Hüllkurve und die zeitliche Feinstruktur als wahrnehmungsrelevante Analysen betrachtet. [19] [20] [21]

Tonhöhe

Abbildung 1. Tonhöhenwahrnehmung

Die Tonhöhe wird als "niedrig" oder "hoch" eines Klangs wahrgenommen und repräsentiert die zyklische, sich wiederholende Natur der Schwingungen, aus denen der Klang besteht. Bei einfachen Klängen bezieht sich die Tonhöhe auf die Frequenz der langsamsten Schwingung im Klang (als Grundharmonische bezeichnet). Bei komplexen Klängen kann die Tonhöhenwahrnehmung variieren. Manchmal identifizieren Personen unterschiedliche Tonhöhen für denselben Klang, basierend auf ihrer persönlichen Erfahrung mit bestimmten Klangmustern. Die Auswahl einer bestimmten Tonhöhe wird durch vorbewusste Untersuchung der Schwingungen einschließlich ihrer Frequenzen und des Gleichgewichts zwischen ihnen bestimmt. Besonderes Augenmerk wird auf das Erkennen möglicher Oberschwingungen gelegt. [22] [23] Jeder Ton wird auf einem Tonhöhenkontinuum von niedrig nach hoch platziert. Beispiel: Weißes Rauschen (zufälliges Rauschen, das gleichmäßig über alle Frequenzen verteilt ist) hat eine höhere Tonhöhe als rosa Rauschen (zufälliges Rauschen, das gleichmäßig über Oktaven verteilt ist), da weißes Rauschen einen höheren Hochfrequenzgehalt aufweist. Abbildung 1 zeigt ein Beispiel für die Tonhöhenerkennung. Während des Hörvorgangs wird jeder Ton auf ein sich wiederholendes Muster analysiert (siehe Abbildung 1: orangefarbene Pfeile) und die Ergebnisse als einzelne Tonhöhe einer bestimmten Höhe (Oktave) und Chroma (Notenname) an den auditorischen Kortex weitergeleitet.

Dauer

Abbildung 2. Wahrnehmung der Dauer

Die Dauer wird als "lang" oder "kurz" eines Geräusches wahrgenommen und bezieht sich auf Beginn- und Versatzsignale, die durch Nervenreaktionen auf Geräusche erzeugt werden. Die Dauer eines Tons dauert normalerweise von dem Zeitpunkt an, an dem der Ton zum ersten Mal wahrgenommen wird, bis festgestellt wird, dass sich der Ton geändert hat oder aufgehört hat. [24] Manchmal hängt dies nicht direkt mit der physischen Dauer eines Tons zusammen. Beispielsweise; In einer lauten Umgebung können Lückengeräusche (Geräusche, die anhalten und starten) so klingen, als wären sie kontinuierlich, da die Versatznachrichten aufgrund von Störungen durch Geräusche in derselben allgemeinen Bandbreite übersehen werden. [25] Dies kann für das Verständnis verzerrter Nachrichten wie Funksignalen, die unter Interferenzen leiden, von großem Vorteil sein, da die Nachricht (aufgrund dieses Effekts) so gehört wird, als wäre sie kontinuierlich. Abbildung 2 zeigt ein Beispiel für die Identifizierung der Dauer. Wenn ein neuer Ton bemerkt wird (siehe Abbildung 2, Grüne Pfeile), wird eine Nachricht zum Einsetzen des Tons an den auditorischen Kortex gesendet. Wenn das sich wiederholende Muster fehlt, werden Tonversatznachrichten gesendet.

Lautstärke

Abbildung 3. Lautheitswahrnehmung

Lautheit wird als "laut" oder "leise" eines Klangs wahrgenommen und bezieht sich auf die Gesamtzahl der Hörnervstimulationen über kurze zyklische Zeiträume, höchstwahrscheinlich über die Dauer von Theta-Wellenzyklen. [26] [27] [28] Dies bedeutet, dass ein sehr kurzer Klang bei kurzer Dauer leiser klingen kann als ein längerer Klang, obwohl er mit der gleichen Intensität präsentiert wird. Nach etwa 200 ms ist dies nicht mehr der Fall und die Dauer des Tons beeinflusst die scheinbare Lautstärke des Tons nicht mehr. Abbildung 3 gibt einen Eindruck davon, wie die Lautheitsinformationen über einen Zeitraum von etwa 200 ms summiert werden, bevor sie an den auditorischen Kortex gesendet werden. Lauter Signale erzeugen einen größeren "Druck" auf die Basilarmembran und stimulieren so mehr Nerven, wodurch ein stärkeres Lautheitssignal erzeugt wird. Ein komplexeres Signal erzeugt auch mehr Nervenstöße und klingt daher lauter (bei gleicher Wellenamplitude) als ein einfacherer Klang wie eine Sinuswelle.

Timbre

Abbildung 4. Timbre-Wahrnehmung

Timbre wird als die Qualität verschiedener Klänge wahrgenommen (z. B. das Schlagen eines gefallenen Felsens, das Surren eines Bohrers, der Ton eines Musikinstruments oder die Qualität einer Stimme) und repräsentiert die vorbewusste Zuordnung einer Klangidentität zu a Klang (z. B. „Es ist eine Oboe!“). Diese Identität basiert auf Informationen, die aus Frequenztransienten, Rauschen, Unstetigkeit, wahrgenommener Tonhöhe und der Ausbreitung und Intensität von Obertönen im Klang über einen längeren Zeitraum gewonnen wurden. [9] [10] [11] Die Art und Weise, wie sich ein Klang im Laufe der Zeit ändert (siehe Abbildung 4), liefert die meisten Informationen zur Identifizierung der Klangfarbe. Auch wenn ein kleiner Abschnitt der Wellenform von jedem Instrument sehr ähnlich aussieht (siehe die erweiterten Abschnitte, die durch die orangefarbenen Pfeile in gekennzeichnet sind) Abbildung 4): Unterschiede in den zeitlichen Änderungen zwischen Klarinette und Klavier sind sowohl in der Lautstärke als auch im harmonischen Inhalt erkennbar. Weniger auffällig sind die unterschiedlichen Geräusche, wie z. B. Luftzischen für die Klarinette und Hammerschläge für das Klavier.

Schalltextur

Die Klangstruktur bezieht sich auf die Anzahl der Schallquellen und die Interaktion zwischen ihnen. [29] [30] Das Wort "Textur" bezieht sich in diesem Zusammenhang auf die kognitive Trennung von Hörobjekten. [31] In der Musik wird Textur oft als Unterschied zwischen Unisono , Polyphonie und Homophonie bezeichnet , kann sich aber auch (zum Beispiel) auf ein geschäftiges Café beziehen. ein Klang, der als " Kakophonie " bezeichnet werden könnte. Textur bezieht sich jedoch auf mehr als dies. Die Textur eines Orchesterstücks unterscheidet sich aufgrund der unterschiedlichen Anzahl von Spielern stark von der Textur eines Blechbläserquintetts. Die Textur eines Marktplatzes unterscheidet sich aufgrund der Unterschiede in den verschiedenen Schallquellen stark von der eines Schulsaals.

Räumliche Lage

Räumliche Lage (siehe: Sound - Lokalisierung ) stellt die kognitive Platzierung eines Klanges in einem ökologischen Kontext; einschließlich der Platzierung eines Klangs sowohl in der horizontalen als auch in der vertikalen Ebene, des Abstands von der Schallquelle und der Eigenschaften der Schallumgebung. [31] [32] In einer dicken Textur ist es möglich, mehrere Schallquellen mithilfe einer Kombination aus räumlicher Position und Klangfarbenidentifikation zu identifizieren. Dies ist der Hauptgrund, warum wir den Klang einer Oboe in einem Orchester und die Worte einer einzelnen Person auf einer Cocktailparty auswählen können.

Schallmessungen
Charakteristisch
Symbole
 Schalldruck p , SPL, L PA
 Teilchengeschwindigkeit v , SVL
 Partikelverschiebung δ
 Schallintensität Ich , SIL
 Schallleistung P , SWL, L WA
 Schall Energie W.
 Schallenergiedichte w
 Schallbelichtung E , SEL
 Akustische Impedanz Z.
 Audiofrequenz AF
 Übertragungsverlust TL
  • v
  • t
  • e

Der Schalldruck ist die Differenz in einem bestimmten Medium zwischen dem durchschnittlichen lokalen Druck und dem Druck in der Schallwelle. Ein Quadrat dieser Differenz (dh ein Quadrat der Abweichung vom Gleichgewichtsdruck) wird normalerweise über Zeit und / oder Raum gemittelt, und eine Quadratwurzel dieses Durchschnitts liefert einen quadratischen Mittelwert (RMS). Beispielsweise impliziert ein Schalldruck von 1 Pa RMS (94 dBSPL) in atmosphärischer Luft, dass der tatsächliche Druck in der Schallwelle zwischen (1 atm) schwankt Pa) und (1 atm Pa), dh zwischen 101323,6 und 101326,4 Pa. Da das menschliche Ohr Geräusche mit einem weiten Bereich von Amplituden erfassen kann, wird der Schalldruck häufig als Pegel auf einer logarithmischen Dezibel- Skala gemessen. Der Schalldruckpegel (SPL) oder L p ist definiert als

wobei p der quadratische mittlere Schalldruck ist und ist ein Referenzschalldruck. Häufig verwendete Referenzschalldrücke, die in der Norm ANSI S1.1-1994 definiert sind , betragen 20 µPa in Luft und 1 µPa in Wasser. Ohne einen angegebenen Referenzschalldruck kann ein in Dezibel ausgedrückter Wert keinen Schalldruckpegel darstellen.

Da das menschliche Ohr keine flache spektrale Antwort hat , werden Schalldrücke häufig frequenzgewichtet, damit der gemessene Pegel besser mit den wahrgenommenen Pegeln übereinstimmt. Die Internationale Elektrotechnische Kommission (IEC) hat mehrere Gewichtungsschemata definiert. A-gewichtete Versuche, die Reaktion des menschlichen Ohrs auf Geräusche und A-gewichtete Schalldruckpegel anzupassen, sind mit dBA gekennzeichnet. Die C-Gewichtung wird verwendet, um Spitzenwerte zu messen.

Ungefähre Frequenzbereiche, die dem Ultraschall entsprechen, mit grober Anleitung einiger Anwendungen

Ultraschall sind Schallwellen mit Frequenzen über 20.000 Hz (oder 20 kHz). Ultraschall unterscheidet sich in seinen physikalischen Eigenschaften nicht von "normalem" (hörbarem) Schall, außer dass Menschen ihn nicht hören können. Ultraschallgeräte arbeiten mit Frequenzen von 20 kHz bis zu mehreren Gigahertz.

Ultraschall wird üblicherweise für medizinische Diagnosen wie Sonogramme verwendet .

Infraschall sind Schallwellen mit Frequenzen unter 20 Hz. Obwohl Geräusche mit einer derart niedrigen Frequenz zu leise sind, als dass Menschen sie hören könnten, können Wale, Elefanten und andere Tiere Infraschall erkennen und zur Kommunikation verwenden. Es kann zur Erkennung von Vulkanausbrüchen verwendet werden und wird in einigen Arten von Musik verwendet. [33]

Schallquellen
  • Kopfhörer
  • Musikinstrument
  • Sonar
  • Musik-Box
  • Tonwiedergabe
Schallmessung
  • Akustische Impedanz
  • Schallgeschwindigkeit
  • Charakteristische Impedanz
  • Mel Skala
  • Teilchenbeschleunigung
  • Partikelamplitude
  • Partikelverschiebung
  • Teilchengeschwindigkeit
  • Phon
  • Sone
  • Schallenergiefluss
  • Schallimpedanz
  • Schallintensitätspegel
  • Schallleistung
  • Schallleistungspegel
Allgemeines
  • Akustische Theorie
  • Schlagen
  • Doppler-Effekt
  • Echo
  • Infraschall - Ton bei extrem niedrigen Frequenzen
  • Liste der unerklärlichen Geräusche
  • Musikalischer Ton
  • Resonanz
  • Nachhall
  • Schallwaffen
  • Klangsynthese
  • Schalldämmung
  • Strukturakustik

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