Physiologie des Gehörs und Auditive Wahrnehmung beim Menschen
©2009
Diplomarbeit
80 Seiten
Zusammenfassung
Inhaltsangabe:Einleitung:
Man hört nicht mit dem Ohr allein.
Was ist Schall eigentlich wirklich? Wie entsteht der Höreindruck und wozu ist unser Gehör, aber vor allem unser Gehirn fähig? Ist nicht zuletzt das, was wir hören alles nur reine Kopfsache?
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Grundvoraussetzung des Tontechnikers. Ohne sie wäre die Welt ein akustisches Vakuum. Einer unserer Sinne, der viel zu oft unterschätzt wird. Die Rede ist von auditiver Wahrnehmung.
Die auditive Wahrnehmung erfolgt durch die Aufnahme von Schallereignissen, deren Weiterleitung über die zentrale Hörbahn, in der bereits eine Vorverarbeitung stattfindet, und ihre kognitive Verarbeitung in Form von Speicherung, Di?erenzierung, Analyse, Synthese, Ergänzung und Integration akustischer Strukturen. Diese werden unterteilt in Klang, Lautstärke, Tonhöhe, usw.'.
Im Zusammenhang mit der auditiven Wahrnehmung müssen die Begri?e auditiv und akustisch voneinander unterschieden werden.
Akustik als die Lehre vom Schall und Schallverhältnissen. Die davon abgeleiteten Begriffe meinen den physikalischen Reiz.
Auditiv bezeichnet die anatomischen Grundlagen und die physiologischen Prozesse des Hörvorgangs. Man spricht also von auditiver Wahrnehmung aber von akustischen Reizen.
In den nun folgenden Kapiteln soll aufgezeigt werden, wie das ganze auditive System aufgebaut ist. Physikalische Grundlagen helfen beim Verständnis über anatomische Funktionen des Gehörapparates. Welche Vorgänge laufen beim Hören ab? Wie werden die Informationen verarbeitet? Das soll Gegenstand dieser Arbeit sein.
Als auditive, aurale oder akustische Wahrnehmung bezeichnet man die Sinneswahrnehmung von Schall durch Lebewesen. Zur Wahrnehmung des Schalls dienen Sinnesorgane, die durch Schwingungen aus der Umgebung des Lebewesens stimuliert werden.
Die Schwingungen können über das Umgebungsmedium (Luft, Wasser) oder über den Untergrund (Vibrationen) übertragen werden. Der Hörsinn ist nicht immer an Ohren gebunden, insbesondere Vibrationen können auch durch Sinnesorgane an entsprechenden Körperteilen wahrgenommen bzw. empfunden werden.
Auditive Wahrnehmung beschreibt den Vorgang des Hörens und in welcher Form Schall von Lebewesen wahrgenommen wird, also z. B. die Hörereignisse, die bei bestimmten Schallereignissen entstehen.
Für die Wahrnehmung von Richtungen und das Hören in eine bestimmte Richtung sind zwei Sinnesorgane notwendig. Alleine mit Hilfe beider Ohren kann auch die Bewegung von […]
Man hört nicht mit dem Ohr allein.
Was ist Schall eigentlich wirklich? Wie entsteht der Höreindruck und wozu ist unser Gehör, aber vor allem unser Gehirn fähig? Ist nicht zuletzt das, was wir hören alles nur reine Kopfsache?
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Grundvoraussetzung des Tontechnikers. Ohne sie wäre die Welt ein akustisches Vakuum. Einer unserer Sinne, der viel zu oft unterschätzt wird. Die Rede ist von auditiver Wahrnehmung.
Die auditive Wahrnehmung erfolgt durch die Aufnahme von Schallereignissen, deren Weiterleitung über die zentrale Hörbahn, in der bereits eine Vorverarbeitung stattfindet, und ihre kognitive Verarbeitung in Form von Speicherung, Di?erenzierung, Analyse, Synthese, Ergänzung und Integration akustischer Strukturen. Diese werden unterteilt in Klang, Lautstärke, Tonhöhe, usw.'.
Im Zusammenhang mit der auditiven Wahrnehmung müssen die Begri?e auditiv und akustisch voneinander unterschieden werden.
Akustik als die Lehre vom Schall und Schallverhältnissen. Die davon abgeleiteten Begriffe meinen den physikalischen Reiz.
Auditiv bezeichnet die anatomischen Grundlagen und die physiologischen Prozesse des Hörvorgangs. Man spricht also von auditiver Wahrnehmung aber von akustischen Reizen.
In den nun folgenden Kapiteln soll aufgezeigt werden, wie das ganze auditive System aufgebaut ist. Physikalische Grundlagen helfen beim Verständnis über anatomische Funktionen des Gehörapparates. Welche Vorgänge laufen beim Hören ab? Wie werden die Informationen verarbeitet? Das soll Gegenstand dieser Arbeit sein.
Als auditive, aurale oder akustische Wahrnehmung bezeichnet man die Sinneswahrnehmung von Schall durch Lebewesen. Zur Wahrnehmung des Schalls dienen Sinnesorgane, die durch Schwingungen aus der Umgebung des Lebewesens stimuliert werden.
Die Schwingungen können über das Umgebungsmedium (Luft, Wasser) oder über den Untergrund (Vibrationen) übertragen werden. Der Hörsinn ist nicht immer an Ohren gebunden, insbesondere Vibrationen können auch durch Sinnesorgane an entsprechenden Körperteilen wahrgenommen bzw. empfunden werden.
Auditive Wahrnehmung beschreibt den Vorgang des Hörens und in welcher Form Schall von Lebewesen wahrgenommen wird, also z. B. die Hörereignisse, die bei bestimmten Schallereignissen entstehen.
Für die Wahrnehmung von Richtungen und das Hören in eine bestimmte Richtung sind zwei Sinnesorgane notwendig. Alleine mit Hilfe beider Ohren kann auch die Bewegung von […]
Leseprobe
Inhaltsverzeichnis
Benjamin Gruber
Physiologie des Gehörs und Auditive Wahrnehmung beim Menschen
ISBN: 978-3-8366-4139-5
Herstellung: Diplomica® Verlag GmbH, Hamburg, 2010
Zugl. SAE Leipzig, Leipzig, Deutschland, Diplomarbeit, 2009
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http://www.diplomica.de, Hamburg 2010
Inhaltsverzeichnis
Titel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
i
Inhaltsverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ii
Abkürzungsverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
v
Abbildungsverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vii
Einleitung
1
Erläuterung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
I Allgemeines & Grundlagen
3
1 Akustik
4
1.1 Der Schall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
1.2 physikalische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
1.2.1 Erläuterung Welle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
1.2.1.1 Schall-Reflexion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
1.2.1.2 Schall-Beugung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.2.1.3 Schall-Brechung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.2.1.4 Schall-Interferenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.2.2 Erläuterung Schallfeld . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.2.3 Der Doppler-Effekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.2.4 Lautstärke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2 Anatomie des menschlichen Ohres
16
2.1 Das Außenohr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.1.1 Ohrmuschel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.1.2 äußerer Gehörgang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.2 Das Mittelohr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2.1 Trommelfell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2.2 Paukenhöhle und Eustachische Röhre . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.2.3 Gehörknöchelchen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.3 Das Innenohr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
ii
Inhaltsverzeichnis
2.3.1 Gehörschnecke (lat.: Cochlea) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.3.2 Vestibularapparat (Gleichgewichtsorgan) . . . . . . . . . . . . . 27
2.4 Der Hörnerv und das Nervensystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
II Hörmechnismus, Wahrnehmung
30
3 Der Hörmechanismus
(physikalische, biologische und neurologische Systeme)
31
3.1 physischer Hörvorgang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.2 neuronaler & kognitiver Hörvorgang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4 Die Wahrnehmung
35
Grundbegriffe der Wahrnehmung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Frequenztrennung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Lokalisation, Richtungshören . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Sprachverständnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Bewusstsein, Wahrnehmung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Sortierung, Kategorisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Frequenztrennung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Reaktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
III Eigenschaften des auditiven Systems (Psychoakustik )
39
5 Eigenschaften und Funktionen des auditiven Systems
41
Lautheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Hörschwelle und Schmerzschwelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Tondauer / Integration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Maskierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Erkennen von Frequenzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Residualton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Lokalisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Diskrimination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Lautmustererkennung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Zeitliche Mustererkennung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
6 Auditive Paradoxen, akustische Täuschungen & psychologische Effekte
48
,,Wie uns das Ohr übers Ohr haut" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
iii
Inhaltsverzeichnis
6.1 Shepard-Skala
[Hörbeispiel #1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
6.2 Tritonus-Paradoxon
[Hörbeispiel #2] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
6.3 Phantomschallquelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
6.4 Cocktailparty-Effekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
6.5 Synästhesie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
7 Störung & Beeinträchtigung der auditiven Wahrnehmung
52
7.1 Otosklerose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
7.2 Hörsturz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
7.3 Altersschwerhörigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Allgemein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Zusammenfassung
55
persönliches Fazit des Autors
56
IV Quellen, Anhang
57
Literaturverzeichnis
58
weitere Quellen
60
Anhang
62
Index (Glossar)
63
iv
Abkürzungsverzeichnis
Abb.
Abbildung
Bsp.
Beispiel
ca.
circa
cm
Zentimeter
- ein zentel Meter (1/10 m)
d.h.
das heißt
de.
deutsch
en.
englisch
etc.
lat.: et cetera
de.: im Übrigen
evtl.
eventuell
Hz
Hertz
- pro Sekunde (1/s)
kHz
Kilohertz
- 1000x pro Sekunde (1000 x 1/s)
lat.
lateinisch
lt.
laut
m
Meter
mg
Milligramm
- eintausendstel Gramm (1/1000 g)
mm
Millimeter
- eintausendstel Meter (1/1000 m)
v
Inhaltsverzeichnis
period.
periodisch
s
Sekunde(n)
S.
Seite
sog.
sogenannte(r/s/n)
SPL
en.: Sound Pressure Level
de.: Schalldruck
u.a.
unter anderem
usw.
und so weiter
vgl.
vergleiche
z.B.
zum Beispiel
ZNS
Zentrales Nervensystem
°
Grad
°C
Grad Celsius
vi
Abbildungsverzeichnis
1.1
Transveral- & Longitudinalwelle [Quelle: S.60]
. . . . . . . . . . .
6
1.2
Wellenlänge & Periodendauer [Quelle: S.60]
. . . . . . . . . . . . . .
8
1.3
Doppelspalt [Quelle: S.60]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.4
Entstehung einer Schwebung [Quelle: S.60]
. . . . . . . . . . . . . . 12
1.5
Doppler-Effekt [Quelle: S. 60]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.1
Anatomie das Ohres [LUPBERGER (2007) S.16]
. . . . . . . . . . . . . . 16
2.2
Ohrmuschel [Quelle: S.60]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.3
Gehörgang [Quelle: S.61]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.4
Trommelfell [STREPP (2006) S. 8]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.5
Gehörknöchelchen [STREPP (2006) S. 10]
. . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.6
Innenohr [Quelle: S.60]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.7
Gehörschnecke [Quelle: S.61]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.8
links: Haarzellen [Quelle: S.61]
rechts: Haarzellenanordnung [SCHLEGEL (1999) S.325]
. . . . . . . . 27
2.10
Bogengang [SCHLEGEL (1999) S. 145]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.11
Hörvorgang [LUPBERGER (2007) S. 19]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.1
Ohr, mechanisches Modell [BRINKER (2001) S. 1264]
. . . . . . . . . 31
3.2
Basilarmembran [Quelle: S.61]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.3
Tonotopie [ LUPBERGER (2007) S.17]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
5.1
Kurven gleicher Lautstärke [Quelle: S.61]
. . . . . . . . . . . . . . 42
5.2
Phon-Sone-Verhältnis [Quelle: S.61]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
5.3
ADSR-Hüllkurve
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
6.1
Perspektivtäuschung [ TERHARDT (1998) S.376]
. . . . . . . . . . . . 49
6.2
Stereodreieck [Quelle: S.61]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
vii
Einleitung
Man hört nicht mit dem Ohr allein
Was ist Schall eigentlich wirklich? Wie entsteht der Höreindruck und wozu ist unser
Gehör, aber vorallem unser Gehirn fähig? Ist nicht zuletzt das, was wir hören alles nur
reine Kopfsache?
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Grundvorraussetzung des Tontechnikers. Ohne sie
wäre die Welt ein akustisches Vakuum. Einer unserer Sinne, der viel zu oft unterschätzt
wird. Die Rede ist von
auditiver Wahrnehmung
,,Die auditive Wahrnehmung erfolgt durch die Aufnahme von Schallereignissen, deren Wei-
terleitung über die zentrale Hörbahn, in der bereits eine Vorverarbeitung stattfindet und
ihre kognitive Verarbeitung in Form von Speicherung, Differenzierung, Analyse, Synthe-
se, Ergänzung und Integration akustischer Strukturen. Diese werden unterteilt in Klang,
Lautstärke, Tonhöhe, usw."
1
Im Zusammenhang zur auditiven Wahrnehmung
müssen die Begriffe auditiv und akustisch von einander unterschieden werden.
Akustik
als die Lehre vom Schall und Schallverhältnissen. Die davon abgeleiteten Begriffe meinen
den physikalischen Reiz.
1
STREPP (2006) S. 39
1
Einleitung
Auditiv
bezeichnet die anatomischen Grundlagen und die physiologischen Prozesse des Hör-
vorgangs. Man spricht also von auditiver Wahrnehmung aber von akustischen
Reizen.
2
In den nun folgenden Kapitel soll aufgezeigt werden, wie das ganze auditive System
aufgebaut ist. Physikalische Grundlagen helfen beim Veständis über anatomische Funk-
tionen des Gehörapparates. Welche Vorgänge laufen beim Hören ab? Wie werden die
Informationen verabeitet? Das soll Gegenstand dieser Arbeit sein.
Erläuterung
Als auditive, aurale oder akustische Wahrnehmung bezeichnet man die Sinneswahrneh-
mung von Schall durch Lebewesen. Zur Wahrnehmung des Schalls dienen Sinnesorgane,
die durch Schwingungen aus der Umgebung des Lebewesens
3
stimuliert werden.
Die Schwingungen können über das Umgebungsmedium (Luft, Wasser) oder über den
Untergrund (Vibrationen) übertragen werden. Der Hörsinn ist nicht immer an Ohren
gebunden, insbesondere Vibrationen können auch durch Sinnesorgane an entsprechenden
Körperteilen wahrgenommen bzw. empfunden werden.
Auditive Wahrnehmung beschreibt den Vorgang des Hörens und in welcher Form Schall
von Lebewesen wahrgenommen wird, also z. B. die Hörereignisse, die bei bestimmten
Schallereignissen entstehen.
Für die Wahrnehmung von Richtungen und das Hören in eine bestimmte Richtung sind
zwei Sinnesorgane notwendig. Alleine mit Hilfe beider Ohren kann auch die Bewegung
von Schallquellen verfolgt werden. Es erfolgt Auswertung von der aufgenommen Reize
und ihre Interpretation. Daraus entstehen Wahrnehmungen, wie das Hören unterschied-
licher Frequenzen oder die Lokalisation von Schallereignissen.
2
vgl. LUPBERGER (2007) S.11
3
STRAUSS (2001)
2
Teil I
Allgemeines & Grundlagen
3
1
Kapitel 1
Akustik
1.1 Der Schall
Schall oder auch Schwingung
1
kann abhängig vom Ausbreitungsmedium unterschiedlich
beschrieben werden. Luftschall (Gas), Wasserschall (Flüssigkeit) oder Körperschall
(Festkörper). Wichtig ist nur, dass das Medium die Eigenschaft schallleitdend
2
und nicht schallhart besitzt. Im weiteren Verlauf wollen wir unser Hauptaugenmerk
auf den Luftschall richten, da wir Menschen den Schall primär durch das gasförmige
Medium wahrnehmen. Abhängig von der Frequenz können wir dann den Hörschall
zwischen ,,16Hz und 16kHz"
3
wahrnehmen. Frequenzen jenseits dieser Werte sind für
uns nicht mehr hörbar. Wellenlängen unterhalb 16Hz werden als Infraschall und
Frequenzen über 16kHz als Ultraschall bezeichnet. Jenseits des Ultraschalls gibt
es noch den sog. Hyperschall, welcher bei bei 10
9
Hz
seine Untergrenze besitzt.
Schall kann auftreten als:
Ton auch reiner Ton; sinusförmige Schwingung mit nur einer Frequenz
Tongemisch mehrere Töne unterschiedlicher Frequenzen
Klang Schall mit Grund- und Obertonstrukturen
1
lt.CHLADNI (1802) S. 215
2
vgl. STAUDER (1973) S. 31
3
lt. DICKREITER (1997) S. 1
4
1 Akustik
Klanggemisch Schall bestehend aus mehren Klängen mit jeweils entsprechenden
Grund- und Obertonstrukturen
Schallimpuls einmaliges Schallereignis mit kurzer Dauer
Tonimpuls Ton mit kurzer Dauer
Rauschen statistisches Schallereignis, auswertbar über ein Intensitätssprektrum
Geräusch Schallsignal mit Anteilen von Rauschen, Ton- und Klanggemischen
4
1.2 physikalische Grundlagen
Die physikalischen Grundlagen des Schall werden in der Akustik beschrieben, welche
im weiteren Sinne kein eigener, sondern eher ein Spezialbereich der Mechanik sind.
Nüchtern betrachtet ist Schall nichts weiter als eine Welle, die sich in einem elastischen
Medium ausbreitet. Ist kein Medium vorhanden, wie beispielsweise im Vakuum, so
kann keine Ausbreitung stattfinden. und somit kein Schallfeld entstehen. Es ist also
physikalisch unmöglich, Schall im luftleeren Raum wahrzunehmen.
1.2.1 Erläuterung Welle
Jede Welle ist mit kleinsten räumlichen und zeitlichen Schwankungen von Druck und
Dichte des Ausbreitungsmediums verbunden. Man bezeichnet diesen dem atmosphä-
rischen Ruhedruck p
0
überlagerten Wechseldruck als Schalldruck p.
5
Wellen sind an
die Geschwindigkeit der um ihre Ruhelage schwingenden Teilchen gekoppelt.
6
Man
spricht auch von Ketten elastisch gekoppelter Massen sog. Oszillatoren, die sich im
Raum ausbreiten. Man beschreibt sie auch als Verdichtungen und Verdünnungen im
Schallfeld.
7
(trifft aber nur bei Logitudinalwellen zu dazu später mehr)
In gasförmigen und flüssigen Medien breitet sich Schall longitudinal aus, wohin gegen
er sich in festen Medien weitestgehend transversal ausbreitet.
4
vgl. DICKREITER (1997) S. 1 und HEINZ HOFFMANN (1993) S. 21
5
vgl. MÖSER (2004) S. 1
6
vgl. DICKREITER (1997) S. 2
7
vgl. STAUDER (1973) S. 31
5
1 Akustik
Abb. 1.1:
Transveral- & Longitudinalwelle [Quelle: S.60]
Eine Welle, welche senkrecht zur Ausbreitungsrichtung schwingt nennt man
Transver-
salwelle (Abb. 1.1, linkes Bild). Die Wellen können polarisiert sein. Was bedeutet das?
Nimmt man an, dass die Welle sich in x-Richtung ausbreitet und die Schwingung in der
xy-Ebene erfolgt, so kann die Schwingungsrichtung (xy-Ebene) um die x-Achse gedreht
werden. Eine Drehung um z.B. 90° hätte zur Folge, dass sich die Schwingung auf der
xz-Ebene befände, aber dennoch senkrecht zur x-Achse stünde. Kurz zusammengefasst
bedeutet dies, dass der Vektor der Schwingungsebene zirkulär oder auch ellpitisch senk-
recht in z-Richtung gedreht werden kann.
8
Als linear polarisiert bezeichnet man Wellen,
wenn deren Schwingung immer in einer Ebene stattfindet. Ist die Schwingungsrichtung
dagegen unregelmäßig, dann bezeichnet man die Welle als unpolarisiert.
9
Wellen, die in Ausbreitungsrichtung schwingen werden als Longitudinalwellen (Abb.
1.1, rechtes Bild) bezeichnet. Die Luftmoleküle ändern dabei periodisch ihre Bewegungs-
geschwindigkeit und ihre Bewegungsrichtung.
10
In der Abbildung ist zu erkennen, dass
durch die Annäherung der Moleküle ein Raum entsteht, in dem sich mehr Moleküle
konzentrieren (bei Phase VI VIII; Abb. 1.1 rechts), als im Ruhezustand (Phase 0;
Abb. 1.1 rechts). Bei einer solchen Verdichtung entsteht auch eine direkte Änderung
der Dichte, eine sog. Dichteschwankung von dem entsprechenden Medium.
11
Bei Phase
I III (Abb. 1.1 rechts) ist es genau anders herum. Die Moleküle bewegen sich von
einander weg. Es entsteht so eine Verdünnung der Dichte.
Wichtig zu erwähnen ist, dass bei allen zwei Wellenarten kein Materietransport
12
sondern
ein reiner Energietransport von kinetischen Informationen geschieht.
Die
8
vgl. BERTELSMANN (1989) S. 354
9
vgl. SEIBT (2003) S. 304
10
vgl. DICKREITER (1997) S. 3
11
vgl. SEIBT (2003) S. 304
12
vgl. SEIBT (2003) S. 319
6
1 Akustik
Geschwindigkeit [c]
des Schalls ist hauptsächlich vom Ausbreitungsmedium und dessen Beschaffenheit
abhängig. Am Beispiel Luft ist der beeinflussende Faktor primär die Temperatur der
Mediums. Einfluss nehmen auch Faktoren wie Luftdruck und -feuchtigkeit. Allgemein
kann man aber sagen, dass die Schallgeschwindigkeit von der Dichte des Mediums
abhängt.
In Luft (Gas) beträgt die Geschwindigkeit 344 m/s
13
bei 20°C Umgebungstemperatur
und ändert sich 0,6 m/s pro °C. In Wasser (flüssiges Medium) sind es hierbei schon
1480 m/s
14
bei 20°C Umgebungstemperatur.
Der Abstand zwischen zwei identischen Schwingungszuständen (Phasen) wird als
Wellenlänge [ ]
bezeichnet. Man geht davon aus, dass eine Schwingung einmal ein Druckmaximum
(Wellenberg) und Druckminimum (Wellental) druchläuft. Der zeitliche Abstand zwischen
diesen beiden gleichen Schwingungszuständen ist als
Periodendauer [T]
definiert. Die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde heißt
Frequenz [f].
13
lt. DICKREITER (1997)S. 3 und SEIBT (2003) S. 301
14
lt. SEIBT (2003) S. 302
7
1 Akustik
Diese Einheiten sind wie folgt korreliert:
Abb. 1.2:
Wellenlänge & Periodendauer
[Quelle: S.60]
f
=
1
T
f
= Frequenz [Hz]
T
= Periodendauer [s]
=
c
f
f
= Frequenz [Hz]
c = Schallgeschwindigkeit [
m
s
]
= Wellenlänge [m]
c
=
T
c = Schallgeschwindigkeit [
m
s
]
= Wellenlänge [m]
T = Periodendauer [s]
In unterschiedlichen Medien ändert sich demnach die Wellenlänge je nach Schallgeschwin-
digkeit, welche u.a. abhängig vom Medium selbst, aber auch von dessen Temperatur
ist.
Folgende Beispielen sollen dies näher verdeutlichen.
Bsp. a) Medium: Luft bei 20°C und einem Ton 1kHz als Frequenz
[1kHz = 1000Hz]
[1Hz = 1 ·
1
s
]
c
a
= 344
m
s
a
=
344 m·s
1000 s
a
= 0, 344 m
34, 4 cm
Bsp. b) Medium: Luft bei 0°C und einem Ton 1kHz als Frequenz
c hat bei 0°C folgende Geschwindigkeit:
c
b
= 344
m
s
- (20 · 0,6
m
s
)
c
b
= 332
m
s
b
=
332 m·s
1000 s
b
= 0, 332 m
33, 2 cm
8
1 Akustik
Anmerkung: die Berechnungen von c
b
beruhen auf Angaben von DICKREITER (1997) und SEIBT
(2003). In einigen anderen Werken, wie z.B. von STAUDER (1973) würde aber c
b
= 331, 41
m
s
bei 0°C betragen. Dieser Umstand wurde hierbei vernachlässigt, da DICKREITER (1997) und
SEIBT (2003) die aktuelleren Werke sind und die Theorie dadurch auch mehrfach belegt ist.
Es ergibt sich bei gleichem Medium und gleicher Tonhöhe (Frequenz), aber einem
Temperaturunterschied von 20°C, eine Differenz |
a
-
b
| von
= 1, 2cm. Das sind
3,614% Unterschied. Gravierend wird der Unterschied erst, wenn das Medium
wechselt, wie z.B. in
Bsp. c) Medium: Wasser bei 0°C und einem Ton mit 1kHz als Frequenz
c
c
= 1407
m
s
c
=
1407 m·s
1000 s
c
= 1, 407 m
140, 7 cm
Der Vergleich zwischen b) und c) ergibt folgendes:
Die Medien sind zwar unterschiedlich haben aber beide die gleiche Temperatur und
Tonhöhen (Frequenz). Aufgrund der gravierenden Unterschiede der Schallgeschwindigkeit
c beider Medien ergibt sich folgende Differenz |
b
-
c
| zwischen den Wellenlängen des
Schalls:
= 107, 5cm
Das sind um 423,795% größere Wellenlängen, als in der Luft. Daraus leitet sich
folgende Erkenntis ab:
Je fester ein Medium wird (Dichte), desto höher werden die Schallgeschwindigkeiten.
Da Schall bei seiner Ausbreitung Welleneigenschaften aufweist, unterliegt er auch
den gleichen Effekten wie z.B optische Wellen.
1.2.1.1 Schall-Reflexion
Die Reflexionsgesetze beim Schall entsprechen denen der Optik.
15
Trifft eine ideelle
Schallwelle auf eine ebene Raumbegrenzungsfläche, so wird diese zurückgeworfen. Es
gilt: der Einfallswinkel ist dem Ausfallswinkel gleich ( = ). Dabei wird angenommen,
dass bei der Reflexion - insbesondere beim Schallrückwurf - keine Verluste auftreten.
Das Reflexionsgesetz gilt aber nur, wenn die Wellenlänge des Schalls kleiner als der
Durchmesser des Hindernises d ist ( < d).
15
vgl. STAUDER (1973) S. 161
9
1 Akustik
Konkave und konvexe Begrenzungsflächen führen zu einer ungleichen Schallvertei-
lung. Bei konkaven Flächen - insbesondere parabolförmige - bildet sich ein akustischer
Brennpunkt aus. In der Raum- und Gebäudeakustik ist dies meist sehr unvorteilhaft
und wird bei akustisch relevanten Bauten - falls nicht anders möglich - vermieden.
16
Konvexe Flächen sind sehr dienlich, wenn es um Schalldiffusion geht. Der Schall wird
dabei nicht auf einen Punkt konzentriert, sondern in viele verschiedene Richtungen
zurückgeworfen.
Nachhall ist ein weiteres Phänomen, das auf Reflexionen beruht. Kurz beschrieben,
handelt es sich hierbei um multiple Reflexion in einem natürlich begrenzten Bereich,
z.B. ein Raum mit sechs Begrenzungsflächen. Diese Reflexionen überlagern sich und es
entsteht ein sog. diffuses Schallfeld (vgl. ,,Schallfeld" auf Seite 13).
Stehende Wellen auch bekannt als Raumresonanzen entstehen wenn zwei par-
allele Reflexionsflächen im Abstand exakt der halben Wellenlänge ( /2) oder einem
ganzzahligen Vielfachen entsprechen.
17
Die Druckmaxima und -minima überlagern
sich hierbei punktgenau. Je nach Phasenlage entsteht entweder eine Verdopplung der
Amplitude (2A) oder eine Totalauslöschung (0A). Voraussetzung ist die senkrechte
Reklexion auf die gegenüberliegenden Fläche. Dieser Effekt tritt lt. DICKREITER
(1997) hauptsächlich bei Räumen mit einem Flächenabstand < 8m auf. Bei Impulsschall
führt dies zu sog. Flatter-Echos. Der Impuls wird hierbei ständig zwischen den
Flächen hin und her reflektiert.
1.2.1.2 Schall-Beugung
Unter Beugung versteht man eine Ablen-
Abb. 1.3:
Doppelspalt [Quelle: S.60]
kung der Welle an einem Hindernis. Ist der
Durchmesser eines Hindernisses d kleiner
als die Wellenlänge , so findet eine Beu-
gung am Hindernis bzw. um das Hindernis
herum statt. Im Einzelnen bedeutet dies,
dass die Schallwelle sich weiterhin so aus-
breitet, als wäre dieses Hindernis nicht exis-
tent. Dadurch können Schallwellen im geometrischen Schattenraum eines Objektes
auftreten. Dies geschieht ebenfalls wenn der Durchmesser mit der Wellenlänge identisch
ist. Man spricht auch davon, dass neue Wellen entstehen. Am Bsp. eines
Doppelspaltes
(Abb.1.3) wird das sehr schnell ersichtlich. Wenn wie hier mehrere Wellen entstehen,
16
vgl. STAUDER (1973) S. 163
17
vgl. DICKREITER (1997) S. 12
10
Details
- Seiten
- Erscheinungsform
- Originalausgabe
- Jahr
- 2009
- ISBN (eBook)
- 9783836641395
- Dateigröße
- 2.1 MB
- Sprache
- Deutsch
- Institution / Hochschule
- SAE Institute Leipzig – Audio Engineering
- Erscheinungsdatum
- 2014 (April)
- Note
- 1,6
- Schlagworte
- wahrnehmung gehör physiologie akustik
