Physik - Schwingung
Erzeugung
Ein elastischer Körper oder eine Luftsäule kann durch z.B. Anschlagen oder Anblasen zum
Schwingen gebracht werden. Durch die Luft werden die Schwingungen zum Ohr transportiert
und als Ton oder Geräusch wahrgenommen. Schwingungen, die ein regelmäßiges Muster aufweisen,
werden als Töne erkannt, unregelmäßige als Geräusche.
Die Geometrie eines Instrumentes bestimmt den spielbaren Frequenzbereich. Dabei kann
allgemein davon ausgegangen werden, dass ein kleineres, dünneres Instrument höhere Töne
erzeugt. Ebenso steigert die Spannung einer Saite oder eines Trommelfells die Tonhöhe.
Viele Instrumente haben zur Verstärkung des erzeugten Tones einen Resonanzkörper. Der
Resonanzkörper muß so gebaut sein, dass er eine zum Instrument passende Resonanzfrequenz
(Frequenz der größten Verstärkung) hat. So ist der Korpus eines Kontrabasses gross
(lange Wellenlänge) und der einer Violine eher klein (kurze Wellenlänge).
Ideale Schwingung
Ein Sinuston stellt eine ideale Schwingung dar, der durch Amplitude (Lautstärke)
die Frequenz (Schwingungen pro Sekunde, Tonhöhe) charakterisiert ist. Als Maßeinheit
dient dabei das Hertz (Hz) = 1 Schwingung pro Sekunde. Hörbare Schwingungen liegen
ca. im Bereich von 16 Hz bis 20.000 Hz (s.Tabelle). Der Bereich oberhalb wird
Ultraschall, der Bereich unterhalb Infraschall genannt. Der Kammerton a' mit der
Frequenz 440 Hz wird seit 1939 als Referenzton zum Stimmen der Instrumente verwendet.
Sinusschwingung
Ein natürlicher Ton besteht aus einem ganzen Spektrum idealer Schwingungen. Durch die
Fourieranalyse (Jean Baptiste Fourier, 1768 - 1830) kann die Frequenzverteilung
berechnet werden (s. Signal/Spektrum).
Tonraum
Der hörbare Tonraum wird in Oktaven (Bereich bis zur verdoppelten Frequenz) eingeteilt.
Die unterschiedlichen Oktaven werden durch Gross-/Kleinschreibung und Apostrophe
gekennzeichnet.
Bezeichnung | Hertz | Bezeichnung | Hertz |
Subkontra-C (C2) | 16,5 Hz | c'' | 528 Hz |
Kontra-C (C1) | 33 Hz | c''' | 1056 Hz |
C | 66 Hz | c4 | 2112 Hz |
c | 132 Hz | c5 | 4224 Hz |
c' | 264 Hz | c6 | 8448 Hz |
Hörempfindlichkeit
Die Hörempfindlichkeit nimmt mit dem Alter eines Menschen ab. Der Grad der Verschlechterung
ist individuell verschieden. Durchschnittliche hörbare Frequenzbereiche :
  | Wahrnehmung | Erzeugung |
Mensch bis 20 Jahre | 20 - 20000 Hz | 85 - 1100 Hz |
Mensch bis 35 Jahre | 20 - 15000 Hz |
Mensch bis 50 Jahre | 20 - 10000/12000 Hz |
Mensch älter als 65 Jahre | 5000 - 6000 Hz |
Hund | 15 - 50000 Hz | 450 - 1080 Hz |
Delfin | 150 - 150000 Hz | 7000 - 120000 Hz |
Fledermaus | 1000 - 120000 Hz | 10000 - 120000 Hz |
Radio | - | 15 - 30000 Hz |
Orgel | - | 10 - 8000 Hz |
Klavier | - | 30 - 4100 Hz |