Schall ist eine Form von Energie, und der Prozess beginnt mit einer Vibration, die eine Welle in der umgebenden Luft erzeugt. Die Welle bringt die Luftmoleküle in Bewegung, was wiederum weitere Schwingungen verursacht. Dieser Bewegungszyklus setzt sich fort, bis den Molekülen die Energie ausgeht. Die Luftmoleküle bewegen sich jedoch nicht mit den Wellen, sondern kehren schließlich in ihre Ruheposition zurück.
Luftmoleküle
Schall entsteht, wenn Atome und Moleküle eines Gases oder einer Flüssigkeit zusammenstoßen. Die Geschwindigkeit des Schalls hängt von der Temperatur und dem Luftdruck ab. Im Allgemeinen ist die Schallgeschwindigkeit proportional zur mittleren freien Weglänge der Moleküle. Auf Meereshöhe beträgt die mittlere freie Weglänge etwa 34-65 Nanometer.
Wenn sich die Schallwelle von der Quelle entfernt, nimmt ihre Amplitude ab. Auch die Intensität nimmt ab, wenn sich die Welle ausbreitet. Staubpartikel und Gegenstände absorbieren die Energie der Schallwellen und wandeln einen Teil davon in Wärme um. Ein weiterer Faktor, der die Schallwellen beeinflusst, ist die raue Oberfläche eines Objekts. Sie führt dazu, dass die Schallwellen die Luftmoleküle, die über sie laufen, durcheinander bringen. Diese Verwirbelung der Luftmoleküle erzeugt zusätzliche Wärme, wenn die Schallwellen auf die Oberfläche treffen.
Wenn die Wellen aufeinander treffen, werden sie verzerrt, was zu Tönen führt. Diese Töne werden als Energiewellen erzeugt, die das Trommelfell in Schwingung versetzen. Auch die Luftmoleküle vibrieren, aber sie bewegen sich nicht mit der Welle. Die Luftmoleküle werden voneinander weggedrückt und gezogen, kehren aber schließlich in ihre ursprüngliche Position zurück.
Schallwellen setzen sich aus Kompressions- und Verdünnungsmustern zusammen. Kompression tritt auf, wenn die Moleküle nahe beieinander liegen, während Verdünnung auftritt, wenn sie weit voneinander entfernt sind. Diese Hin- und Herschwingung des Drucks erzeugt eine Schallwelle. Die Kompressions- und Verdünnungsphasen von Schallwellen sind einander ähnlich.
Schall ist eine mechanische Welle, bei der Teilchen in einem Medium hin und her schwingen. Die Bewegung dieser Teilchen bewirkt, dass sie sich parallel zur Richtung der Energieübertragung bewegen. Diese Bewegung macht Schallwellen in der Luft zu Longitudinalwellen.
Schwingungen eines Festkörpers
Schallwellen werden durch Schwingungen der kinetischen Energie erzeugt. Sie breiten sich in festen Materialien schneller aus als in Flüssigkeiten und Gasen. Das liegt daran, dass die Moleküle in festen Materialien dichter gepackt sind als in Flüssigkeiten und Gasen. Wenn die Schwingungen dicht beieinander liegen, werden sie leichter weitergeleitet und breiten sich schneller aus.
Wenn der Schall direkt in einem Festkörper erzeugt wird, gelangt er direkt zum Ohr. Das bedeutet, dass es weniger Reflexionen und weniger Absorptionen gibt. Versuchen Sie einmal, Ihr Ohr an einen Schreibtisch zu halten und den Klang zu hören. Es hört sich genauso an, wie wenn man Pferdehufe hört.
Die Schallwellen bestehen aus einer Reihe von Spitzen und Tälern, die als Wellen bezeichnet werden. Wenn diese Wellen zusammenstoßen, erzeugen sie einen Ton. Schallwellen bestehen in der Regel aus zwei verschiedenen Arten von Wellen: Longitudinalwellen und Transversalwellen. Bei der ersten Art schwingen die Teilchen in der gleichen Richtung wie die Wellen, während bei der zweiten Art die Teilchen senkrecht zur Wellenrichtung schwingen.
Wenn ein Objekt vibriert, erzeugt es eine Druckwelle, die Teilchen des umgebenden Mediums in Schwingung versetzt und in Bewegung versetzt. Diese Teilchen tragen den Schall weiter durch das Medium. Diese Wellen werden von unseren Ohren wahrgenommen, wenn vibrierende Luftteilchen auf winzige Teile im Ohr treffen. Die Wellen ähneln den Lichtwellen, aber im Gegensatz zu diesen haben Schallwellen eine bestimmte Quelle. Sie können sich in einem Medium ausbreiten, aber sie können sich nur durch ein Medium ausbreiten.
Schallwellen können visuell dargestellt werden, indem man die Verschiebung von Teilchen, ihre Dichte und die Zeit, in der sie sich im Verhältnis zu den Schallwellen bewegen, grafisch darstellt. Schallwellen werden in der Regel durch Wellen in Querrichtung dargestellt, wobei die Spitzen und Täler dichten und dünnen Regionen entsprechen.
Schwingungen einer Flüssigkeit
Schall breitet sich durch ein Medium aus, indem er die Moleküle einer Substanz in Schwingung versetzt. Je näher die Moleküle beieinander liegen, desto schneller breitet sich der Schall aus. Im Vergleich zu Flüssigkeiten, die lockerere Bindungen haben und weniger dicht sind, haben Feststoffe sehr enge Bindungen und lassen den Schall viel schneller wandern. Dies ist einer der Gründe, warum Wale über große Entfernungen in den Ozeanen kommunizieren können. Der Schall kann sich auch schneller ausbreiten, wenn die Umgebung wärmer ist.
Wenn ein Objekt Schall erzeugt, erzeugt es eine Druckwelle, die Teilchen im Medium in Schwingung versetzt. Diese Teilchen bewegen sich dann, wodurch der Schall weiter durch das Medium übertragen wird. Wenn ein lautes Geräusch abgespielt wird, nimmt das menschliche Ohr diese Schwingungen auf, die sich in Wellen durch das Medium ausbreiten. Die Wellen ähneln den Lichtwellen, unterscheiden sich aber dadurch, dass Schall eine Energieform ist. Im Gegensatz zu Lichtwellen kommen Schallwellen von einer bestimmten Quelle, können sich durch ein Medium ausbreiten und haben ihren Ursprung an einem bestimmten Punkt.
Überall in der Natur erzeugen Schwingungen kinetische Energie. Diese kinetische Energie überträgt sich auf die Moleküle in einer Flüssigkeit. Wenn eine Schallwelle durch ein Medium läuft, nehmen die Moleküle, auf die sie trifft, diese Energie auf und regen andere Moleküle an. Dieser Prozess setzt sich in einer Kettenreaktion fort. Im einfachsten Szenario dehnt sich der Slinky, der eine Treppe hinunterfällt, zuerst aus. Der sich ausdehnende Ring zieht dann an dem Ring hinter ihm. Dieser Push-Pull-Effekt bewirkt, dass sich die Ringe gegenseitig verschieben und Energie von der ersten zur letzten Spule transportiert wird.
Die Frequenz eines Tons ist die Anzahl der Schwingungen, die ein Objekt in einer bestimmten Periode erzeugt. Sie wird in Hertz (Hz) gemessen.
Schwingungen eines Saiteninstruments
Der Klang eines Saiteninstruments wird durch die Schwingungen der Saiten erzeugt. Die Schwingungen eines Saiteninstruments lassen sich in zwei Teile aufteilen, die stehende Welle und den Impuls. Der erste Teil ist die Quelle der Energie. Diese Energie stammt von gestrichenen, geschlagenen oder gezupften Tönen. Der zweite Teil wird von der Welle erzeugt, die von der Saite zurückgeworfen wird.
Die Tonhöhe einer Saite hängt von mehreren Faktoren ab, unter anderem von ihrer Länge, ihrer Spannung und ihrer Masse pro Längeneinheit. Die Länge einer Saite wirkt sich auf ihre Frequenz aus, die die Gesamttonhöhe der Saite bestimmt. Die beiden anderen Teile der Saite beeinflussen die Frequenz. Wenn die Saiten mit einer bestimmten Frequenz schwingen, schwingt auch die Luft um sie herum mit dieser Frequenz.
Schall wird durch die Vibration einer Saite erzeugt, die zwischen zwei Pfosten gespannt ist. Die Frequenz dieser Schwingung wird als Grundfrequenz bezeichnet, und die Saite kann mit Vielfachen dieser Grundfrequenz schwingen, den so genannten Obertönen. Diese Schallwellen sind die Hauptquelle für die Töne, die man von Saiteninstrumenten hört.
Der Klang wird durch das Dehnen und Biegen der Saiten eines Saiteninstruments erzeugt. Diese Saiten können aus Pflanzenfasern, Tierdarm, Seide oder Metall bestehen. Sie werden oft von einem Resonanzboden begleitet, um den Klang weiter zu verstärken. Durch die größere Oberfläche der schwingenden Fläche wird mehr Luft bewegt, was einen lauteren Klang erzeugt.
Saiteninstrumente werden aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt und mit großem Einfallsreichtum angefertigt. Ein von E.M. von Hornbostel und Curt Sachs entwickeltes Klassifizierungssystem ist weithin anerkannt. Instrumente mit Akkorden werden in vier Untertypen eingeteilt: Lauten, Zithern und Harfen.
Schwingungen einer Stimmgabel
Klang entsteht durch die Schwingung von Materie, z. B. der Luft um eine Saite oder eine Stimmgabel. Wenn eine Stimmgabel angeschlagen wird, werden die Zinken der Gabel abwechselnd in Schwingung versetzt, was zu einer Schallwelle führt. Diese Wellen bewegen sich in der gleichen Richtung wie die Welle und können durch unterschiedliche Tonhöhen charakterisiert werden. Die Spannung der Saiten und der Gabel bestimmt die Frequenz der Schallwellen, und je höher die Spannung, desto höher die Tonhöhe. Stimmgabeln sind ein einfaches Beispiel dafür, denn sie schwingen von Natur aus mit 1000 Hertz.
Wenn eine Stimmgabel angeschlagen wird, schwingen ihre Zinken mit extrem hoher Geschwindigkeit hin und her. Diese Schwingungen treffen dann auf die Luftmoleküle in der Umgebung, wodurch sich die Schallwellen in der Luft ausbreiten. Das Gehirn verarbeitet dann diese mikroskopisch kleinen Zusammenstöße, um den Klang zu erzeugen, den wir hören.
Die Schwingungen einer Stimmgabel lassen sich in zwei Arten unterteilen: die Grundschwingung und die Oberschwingungen. Die erste ist die häufigste und einfachste, während die zweite die komplexeste Struktur aufweist. Die Stimmgabel kann mit nur zwei oder drei Zinken hergestellt werden.
Stimmgabeln erzeugen einen Hochdruckbereich, der hohe Töne erzeugt, und einen Niederdruckbereich, der tiefe Töne erzeugt. Dieser Druckunterschied wird als Oktave bezeichnet. Ebenso erzeugen verschiedene Töne unterschiedliche Muster von Hoch- und Tiefdruckänderungen.
Schall ist überall: Wir hören Musik aus dem Radio, hören die Vögel singen, hören Autos auf der Straße und Menschen auf der Straße. Es scheint, dass fast alles einen Klang erzeugt. In gewisser Weise ist Klang ein Mittel, um unsere Gefühle und Ideen mitzuteilen und zu kommunizieren.
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