Akustik
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Die Akustik (griechisch: akuein ακουειν = hören) ist die Lehre vom Schall. Sie ist ein Teilbereich der Physik. Neben der Erforschung und Minderung von Lärm gehört auch das Bemühen, einen Wohlklang hervorzurufen oder eine akustische Information zu übertragen, zu den Themen der Akustik. Außerdem ist der Einsatz von Schall zur Diagnose oder zu technologischen Zwecken ein Gegenstand der Akustik.
Inhaltsverzeichnis |
[Bearbeiten] Arbeitsgebiete der Akustik
Innerhalb der Akustik werden eine Vielzahl unterschiedlicher Arbeitsgebiete behandelt:
- In der Physikalischen Akustik werden die physikalischen Grundlagen der Akustik behandelt.
- Die Technische Akustik behandelt Geräusche von Maschinen und Anlagen.
- In der Bau- und Raumakustik werden die Fragestellungen der Schallübertragung in Gebäuden und der Beschallung von Zuhörerräumen behandelt.
- In der Fahrzeugakustik werden alle Fragestellungen zum Thema Innen- und Außengeräusch von Fahrzeugen behandelt.
- Die Elektroakustik beschäftigt sich mit der Aufnahme, Verarbeitung und Wiedergabe von Schall.
- Die Lärmforschung beschäftigt sich mit allen Aspekten der Lärmerzeugung, -minderung und -wahrnehmung.
- Die Psychoakustik behandelt Themen zur Schallwahrnehmung und zur subjektiven Beurteilung von Schall und zur Objektivierung der subjektiven Wahrnehmung, in der Musikwissenschaft auch mit Hilfe der Musikpsychologie.
- Die Musikalische Akustik befasst sich mit der Erzeugung und Wahrnehmung von Musik.
- Die Sprachakustik beschäftigt sich mit der Sprachverarbeitung und -kommunikation.
[Bearbeiten] Methoden der Schallerzeugung
Zur Schallerzeugung werden Lautsprecher, messtechnische Schallerzeuger wie z. B. Referenzschallquellen und verschiedene Klangerzeugungsinstrumente wie Musikinstrumente verwendet.
[Bearbeiten] Methoden der Schallaufzeichnung und -messung
Zur Schallaufzeichnung und -messung werden Mikrofone und Kunstköpfe verwendet. Kunstkopfaufnahmen reproduzieren hierbei gut den Geräuschcharakter des aufgezeichneten Schalles, wenn sie über Kopfhörer wieder abgespielt werden. Sie werden daher häufig für die binaurale Beurteilung verschiedener Schallereignisse herangezogen.
[Bearbeiten] Laborräume
- Ein Reflexionsarmer Raum, manchmal physikalisch unrichtig auch „schalltoter“ Raum genannt, besitzt Absorptionsmaterial an Decke und Wänden, so dass nur minimale Reflexionen auftreten und Bedingungen wie in einem Direktfeld D (Freifeld oder freiem Schallfeld) herrschen, wobei der Schalldruck mit 1/r nach dem Abstandsgesetz von einer Punktschallquelle abnimmt. Solche Räume eignen sich für Sprachaufzeichnungen und für die Lokalisation von Schallquellen. Wird auf einer gedachten Hüllfläche um die Schallquelle die senkrecht durch diese Fläche tretende Schallintensität gemessen, so kann die Schallleistung der Quelle bestimmt werden.
- Ein Hallraum dagegen wird so konstruiert, dass an jedem beliebigen Punkt im Schallfeld Reflexionen gleicher Größe aus allen Richtungen zusammentreffen. In einem idealen Hallraum herrscht daher mit Ausnahme des Bereiches direkt um die Schallquelle (siehe Hallradius) an jedem Ort derselbe Schalldruck. Ein solches Schallfeld wird Diffusfeld oder Raumfeld genannt. Da die Schallstrahlen aus allen Richtungen gleichzeitig einfallen, ist in einem Hallraum keine Schallintensität vorhanden. Um Resonanzen in einem Hallraum zu vermeiden wird er im Allgemeinen ohne parallel zueinander stehende Wände und Decken gebaut. Über Nachhallzeit-Messungen oder durch Referenzschallquellen kann der Raum kalibriert werden. Hierbei wird die Differenz zwischen dem an einem beliebigen Ort im Raum, weit genug außerhalb des Hallradius gemessenen Schalldruckpegel und dem Schallleistungspegel einer Schallquelle bestimmt. Diese Differenz ist frequenzabhängig und bleibt unverändert, solange sich der Aufbau des Raumes und der Absorptionsgrad der Wände nicht ändern. In einem Hallraum kann daher die Schallleistung einer Quelle theoretisch mit einer einzigen Schalldruckmessung bestimmt werden. Dieses ist z. B. für Fragestellungen im Bereich des Schallschutzes sehr nützlich.
- Ein Freifeldraum ist die spezielle Ausführung eines reflexionsarmen Raumes. Hier ist jedoch zusätzlich auch der Boden mit absorbierendem Material bedeckt. Da der Boden durch diese Maßnahme nicht mehr begehbar ist, wird meistens ein schalldurchlässiges Gitter darüber angeordnet, das den Zugang zum Messobjekt ermöglicht. Derartige Räume werden in der akustischen Messtechnik eingesetzt, um gezielte Schallquellenanalysen - auch unter dem Messobjekt - durchführen zu können.
[Bearbeiten] Akustische Analysemethoden
Da akustische Zeitsignale als Diagramme häufig wenig aussagefähig sind, werden zur Analyse meistens Methoden der modernen Signalanalyse eingesetzt. Dabei sind vor allem die Frequenzanalyse durch FFT (Schnelle Fouriertransformation) und die Oktav- und Terzbandanalyse zu nennen. Außerdem kann durch geeignete Software oder Signalprozessoren die Impulshaltigkeit von akustischen Signalen erfasst werden. Eine wichtige Rolle spielen auch die Frequenzbewertungen, von denen wohl die A-Bewertung am bekanntesten ist. Dieses ist eine Frequenzbewertungskurve, mit der die unbewertet ermittelten Schalldruckpegel bewertet werden und aus der sich der A-bewertete Pegel in dB(A) ergibt. Hiermit wird versucht, die unterschiedliche Empfindlichkeit des menschlichen Ohres bei verschiedenen Frequenzen zu berücksichtigen. Weil es die einfachste Methode ist das menschliche Gehör mathematisch nachzubilden werden die meisten Grenzwerte für Schalldruckpegel als A-bewertete Pegel festgelegt.
[Bearbeiten] Physiologie und Psychologie
Die meisten höheren Tiere sind zur akustischen Wahrnehmung befähigt, besitzen also einen Hörsinn. Schall ist einer der wichtigsten Kommunikationskanäle, da er praktisch unmittelbare Fernwirkung besitzt. Mit Lautäußerungen ist den Tieren ein Mittel zur Reviermarkierung, zur Partner- oder Rudelsuche, zum Auffinden von Beute und zur Mitteilung von Stimmungen, Warnsignalen, usw. gegeben. Selbst wenn Schall keine Rolle bei der Kommunikation innerhalb der Art spielt, Lautorgane also nicht oder nur rudimentär ausgebildet sind, spielt die akustische Orientierung, z. B. beim Aufspüren von Beutetieren, häufig eine elementare Rolle bei den Sinneswahrnehmungen.
Das akustische Empfangsorgan des Menschen ist das Ohr, auch für die Richtungslokalisation. Im Innenohr werden Schallinformation in Nervenimpulse umgewandelt. Für die Anregung der Trommelfelle ist allein der Schallwechseldruck ausschlaggebend. Der menschliche Hörbereich liegt zwischen der Hörschwelle und der Schmerzschwelle, wobei beide Frequenzabhängig sind. Das für einen jungen Menschen hörbare Frequenzspektrum erstreckt sich von rund 16 Hz bis 20.000 Hz, schränkt sich jedoch bei fortgeschrittenem Alter durch Abnutzungserscheinungen üblicherweise im Hochtonbereich ein. Um die negativen, zerstörerischen Einflüsse von Lärm auf das Mittelohr und Innenohr zu unterbinden, kann ein Gehörschutz verwendet werden.
Reine Sinusschwingungen werden als reiner (oft scharfer) Ton empfunden. In der Natur nehmen wir äußerst selten reine Sinusschwingungen war. Ein natürlicher Ton besteht aus mehreren Sinusschwingungen, die alle in einem bestimmten Schwingungsverhältnis zueinander stehen. Dabei geht man von einem Grundton aus, von dem sich alle anderen Sinusschwingungen in einem ganzzaligen Verhältnis voneinander unterscheiden. Diese so genannten Oberschwingungen nimt man als einen einzelnen Klang war. Wenn sich zu viele Töne überlagern, und das Ohr keinen gemeinsamen Nenner ermitteln kann, nimmt man dieses als Geräusch war. Schallsignale mit zeitlich zufälliger Amplitude werden als Rauschen bezeichnet.
Bei der Erzeugung von Lauten unterscheidet man im Allgemeinen zwischen stimmhaften und stimmlosen Phonemen. Bei den stimmhaften Phonemen, die als Vokale bezeichnet werden, werden beim Kehlkopf durch Vibration der Stimmbänder die „Roh“-Klänge erzeugt, die dann im Rachen- und Nasenraum durch verschiedene willkürlich beeinflussbare oder unveränderliche individualspezifische Resonanzräume moduliert werden. Bei stimmlosen Phonemen, den Konsonanten, ruhen die Stimmbänder, wobei der Laut durch Modulation des Luftstromes zustande kommt. Beim Flüstern werden selbst die Vokale nur durch Modulation des Spektrums des Rauschens eines hervorgepressten Luftstromes gebildet, wobei die Stimmbänder ruhen.
[Bearbeiten] Siehe auch
[Bearbeiten] Literatur
- Hans Breuer: dtv-Atlas Physik, Band 1. Mechanik, Akustik, Thermodynamik, Optik. München: dtv-Verlag, 1996, ISBN 3-423-03226-X
- Heinrich Kuttruff: Akustik. Stuttgart: Hirzel, 2004, ISBN 3-777-61244-8
- Gerhard Müller und Michael Möser: Taschenbuch der Technischen Akustik. Berlin: Springer, 3., überarbeitete Auflage 2003, ISBN 3-540-41242-5
- Ivar Veit: Technische Akustik. Würzburg: Vogel-Verlag, 2005, ISBN 3-834-33013-2
