Schall

Messungen des Schalls ⓘ
Messungen des Schalls ⓘ
Charakteristisch	Symbole
Schalldruck	p, SPL,LPA
Partikel-Geschwindigkeit	v, SVL
Partikelverschiebung	δ
Schallintensität	I, SIL
Schallleistung	P, SWL, LWA
Schallenergie	W
Schallenergiedichte	w
Schallexposition	E, SEL
Akustische Impedanz	Z
Tonfrequenz	AF
Übertragungsverlust	TL
	v; t; e;

Eine Trommel erzeugt Klang durch eine schwingende Membran ⓘ

Trommel - Kadenz A

Schlagzeugkadenzen, gespielt von der United States Navy Band

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In der Physik ist Schall eine Schwingung, die sich als akustische Welle durch ein Übertragungsmedium wie ein Gas, eine Flüssigkeit oder einen Festkörper ausbreitet. In der menschlichen Physiologie und Psychologie ist Schall der Empfang solcher Wellen und ihre Wahrnehmung durch das Gehirn. Nur Schallwellen, deren Frequenzen zwischen etwa 20 Hz und 20 kHz, dem Audiofrequenzbereich, liegen, lösen beim Menschen eine Hörwahrnehmung aus. In der Luft bei Atmosphärendruck handelt es sich dabei um Schallwellen mit Wellenlängen von 17 Metern bis 1,7 Zentimetern (0,67 in). 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. ⓘ

Schallgrößen ⓘ
Schallauslenkung $\xi$ Schalldruck $p$ Schalldruckpegel $L_{p}$ Schallenergiedichte $E$ Schallenergie $W$ Schallfluss $q$ Schallgeschwindigkeit $c_{\text{S}}$ Schallimpedanz $Z$ Schallintensität $I$ Schallleistung $P_{\text{ak}}$ Schallschnelle $v$ Schallschnelleamplitude $v$ Schallstrahlungsdruck

Umgangssprachlich bezeichnet Schall vor allem das Geräusch, den Klang, den Ton, den Knall (Schallarten), wie er von Menschen und Tieren mit dem Gehör, also dem Ohr-Gehirn-System auditiv wahrgenommen werden kann. Man unterscheidet dabei den Nutzschall, wie Musik oder die Stimme beim Gespräch, und den Störschall, wie Baustellen- oder Verkehrslärm. Schall ist ein Kollektivum und wird nur im Singular benutzt. ⓘ

Akustik

Die Akustik ist die interdisziplinäre Wissenschaft, die sich mit der Untersuchung mechanischer Wellen in Gasen, Flüssigkeiten und Festkörpern befasst, einschließlich Vibration, Schall, Ultraschall und Infraschall. Ein Wissenschaftler, der auf dem Gebiet der Akustik arbeitet, ist ein Akustiker, während jemand, der auf dem Gebiet der Akustiktechnik arbeitet, als Akustikingenieur bezeichnet werden kann. Ein Tontechniker hingegen befasst sich mit der Aufnahme, Bearbeitung, Mischung und Wiedergabe von Ton. ⓘ

Anwendungen der Akustik finden sich in fast allen Bereichen der modernen Gesellschaft. Zu den Unterdisziplinen gehören Aeroakustik, Audiosignalverarbeitung, Bauakustik, Bioakustik, Elektroakustik, Umweltlärm, Musikakustik, Lärmkontrolle, Psychoakustik, Sprache, Ultraschall, Unterwasserakustik und Vibration. ⓘ

Definition

Schall ist definiert als "(a) Schwingung von Druck, Spannung, Teilchenverschiebung, Teilchengeschwindigkeit usw., die sich in einem Medium mit inneren Kräften (z. B. elastisch oder viskos) ausbreitet, oder die Überlagerung solcher Schwingungen. (b) Hörempfindung, die durch die in (a) beschriebene Schwingung hervorgerufen wird. Schall kann als eine Wellenbewegung in Luft oder anderen elastischen Medien betrachtet werden. In diesem Fall ist der Schall ein Stimulus. Schall kann auch als eine Erregung des Gehörs betrachtet werden, die zur Wahrnehmung von Schall führt. In diesem Fall ist der Schall eine Empfindung. ⓘ

Physik

Experiment mit zwei Stimmgabeln, die normalerweise mit der gleichen Frequenz schwingen. Eine der Gabeln wird mit einem gummierten Hammer angeschlagen. Obwohl nur die erste Stimmgabel angeschlagen wurde, wird die zweite Gabel durch die Schwingung, die durch die periodische Änderung des Drucks und der Dichte der Luft durch das Anschlagen der anderen Gabel verursacht wird, sichtbar angeregt, wodurch eine akustische Resonanz zwischen den Gabeln entsteht. Legt man jedoch ein Stück Metall auf eine Gabel, so wird der Effekt gedämpft, und die Erregungen werden immer weniger ausgeprägt, da die Resonanz nicht mehr so effektiv ist. ⓘ

Schall kann sich durch ein Medium wie Luft, Wasser und Festkörper als Longitudinalwelle und in Festkörpern auch als Transversalwelle ausbreiten. Die Schallwellen werden von einer Schallquelle erzeugt, z. B. von der schwingenden Membran eines Stereolautsprechers. Die Schallquelle versetzt das umgebende Medium in Schwingungen. Wenn die Quelle das Medium weiter in Schwingung versetzt, breiten sich die Schwingungen mit Schallgeschwindigkeit von der Quelle weg aus und bilden so die Schallwelle. In einem festen Abstand von der Quelle variieren Druck, Geschwindigkeit und Auslenkung des Mediums mit der Zeit. Zu einem bestimmten Zeitpunkt ändern sich der Druck, die Geschwindigkeit und die Verschiebung im Raum. Beachten Sie, dass die Teilchen des Mediums sich nicht mit der Schallwelle fortbewegen. Dies ist für einen Festkörper intuitiv einleuchtend, und dasselbe gilt für Flüssigkeiten und Gase (d. h. die Schwingungen der Teilchen im Gas oder in der Flüssigkeit transportieren die Schwingungen, während sich die durchschnittliche Position der Teilchen über die Zeit nicht ändert). Während der Ausbreitung können die Wellen durch das Medium reflektiert, gebrochen oder gedämpft werden. ⓘ

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

Eine komplexe Beziehung zwischen der Dichte und dem Druck des Mediums. Dieses Verhältnis, das von der Temperatur beeinflusst wird, bestimmt die Schallgeschwindigkeit im Medium.
Die Bewegung des Mediums selbst. Wenn das Medium in Bewegung ist, kann diese Bewegung die absolute Geschwindigkeit der Schallwelle je nach Richtung der Bewegung erhöhen oder verringern. So erhöht sich beispielsweise die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Schall, der sich durch Wind bewegt, um die Geschwindigkeit des Windes, wenn sich Schall und Wind in dieselbe Richtung bewegen. Bewegen sich der Schall und der Wind in entgegengesetzte Richtungen, wird die Geschwindigkeit der Schallwelle durch die Windgeschwindigkeit verringert.
Die Viskosität des Mediums. Die Viskosität des Mediums bestimmt die Geschwindigkeit, mit der der Schall gedämpft wird. Bei vielen Medien, wie z. B. Luft oder Wasser, ist die Dämpfung durch die Viskosität vernachlässigbar. ⓘ

Wenn sich der Schall durch ein Medium bewegt, das keine konstanten physikalischen Eigenschaften aufweist, kann er gebrochen werden (entweder gestreut oder gebündelt). ⓘ

Sphärische Kompressionswellen (Longitudinalwellen) ⓘ

Die mechanischen Schwingungen, die als Schall interpretiert werden können, können sich durch alle Formen von Materie ausbreiten: Gase, Flüssigkeiten, Festkörper und Plasmen. Die Materie, die den Schall trägt, wird als Medium bezeichnet. Schall kann sich nicht durch ein Vakuum ausbreiten. ⓘ

Die zugehörige Wissenschaft ist die Akustik. Die beiden Energieformen, die sich beim Schall ineinander umwandeln, sind die Kompressionsenergie und die Bewegungsenergie als Schallenergiegröße, charakterisiert werden sie aber durch die Schallfeldgrößen:

Schalldruck p in N/m² = Pa (Pascal)
Schallschnelle v in m/s ⓘ

Wellen sind zeitlich und örtlich periodische Veränderungen einer physikalischen Größe g(t, x). Der Schalldruck p ist die wichtigste Schallfeldgröße als Skalar überhaupt; siehe auch Druckwelle. Dieses hat verschiedene Gründe: Der Schalldruck ist eine anschauliche Größe, mit Mikrofonen relativ leicht messbar und auch vom Menschen physiologisch erfassbar. Der Schallwechseldruck p ist einfach zu messen. Bei einem Schalldruckpegel von 0 dB, also bei der Hörschwelle, hat der Schalldruck als Effektivwert einen Wert von 2e^-5 Pa. Dagegen ist die Schallfeldgröße Schallschnelle v ein Vektor, wobei bei Einwirkung von Schall die Geschwindigkeit der Hin- und Herbewegung der Fluidelemente (Luftteilchen) gemeint ist. Der Begriff Geschwindigkeit wird hier zur deutlichen Abgrenzung zur Schallgeschwindigkeit c allerdings vermieden. Die Schnelle ist nicht so leicht bestimmbar. Man muss sich hierbei darüber im Klaren sein, dass die maximal auftretenden Geschwindigkeiten bei der Auslenkung der Fluidelemente im Vergleich zur Schallgeschwindigkeit klein sind: Bei einem Schalldruckpegel von 130 dB, der Schmerzschwelle, beträgt die Schallschnelle in Luft gerade einmal 0,153 m/s. Bei der Hörschwelle des Menschen hat der Effektivwert der Schallschnelle einen Wert von 5e^-8 m/s entsprechend einem Schallschnellepegel von 0 dB. Hierbei werden die Luftpartikel nur ganz gering ausgelenkt. ⓘ

Wellen

Schall wird durch Gase, Plasmen und Flüssigkeiten in Form von Longitudinalwellen, auch Kompressionswellen genannt, übertragen. Er benötigt ein Medium, um sich auszubreiten. Durch Festkörper kann er jedoch sowohl als Longitudinal- als auch als Transversalwellen übertragen werden. Longitudinale Schallwellen sind Wellen mit wechselnden Druckabweichungen vom Gleichgewichtsdruck, die lokale Bereiche der Kompression und Verdünnung hervorrufen, während transversale Wellen (in Festkörpern) Wellen mit wechselnder Scherspannung im rechten Winkel zur Ausbreitungsrichtung sind. ⓘ

Schallwellen können mit Hilfe von Parabolspiegeln und schallerzeugenden Objekten beobachtet werden. ⓘ

Die von einer schwingenden Schallwelle übertragene Energie wandelt sich zwischen der potenziellen Energie der zusätzlichen Kompression (bei Longitudinalwellen) oder der seitlichen Verschiebungsdehnung (bei Transversalwellen) der Materie und der kinetischen Energie der Verschiebungsgeschwindigkeit der Teilchen des Mediums hin und her. ⓘ

Longitudinale ebene Welle

Transversale ebene Welle

Longitudinale und transversale ebene Welle ⓘ

Das Diagramm "Druck über Zeit" einer 20 ms langen Aufnahme eines Klarinettentons veranschaulicht die beiden grundlegenden Elemente des Schalls: Druck und Zeit. ⓘ

Klänge können als eine Mischung aus Sinuswellen verschiedener Frequenzen dargestellt werden. Die unteren Wellen haben höhere Frequenzen als die oberen. Die horizontale Achse stellt die Zeit dar. ⓘ

Obwohl die Übertragung von Tönen sehr komplex ist, lässt sich der Schall am Ort des Empfangs (d. h. in den Ohren) leicht in zwei einfache Elemente aufteilen: Druck und Zeit. Diese grundlegenden Elemente bilden die Basis aller Schallwellen. Mit ihnen lässt sich jedes Geräusch, das wir hören, in absoluten Zahlen beschreiben. ⓘ

Um den Klang besser zu verstehen, wird eine komplexe Welle, wie sie rechts in diesem Text blau unterlegt ist, in der Regel in ihre Bestandteile zerlegt, die eine Kombination aus verschiedenen Schallwellenfrequenzen (und Rauschen) sind. ⓘ

Schallwellen werden oft vereinfacht als sinusförmige, ebene Wellen beschrieben, die durch folgende allgemeine Eigenschaften gekennzeichnet sind:

Frequenz oder ihr Kehrwert, die Wellenlänge
Amplitude, Schalldruck oder Intensität
Geschwindigkeit des Schalls
Richtung ⓘ

Der für den Menschen wahrnehmbare Schall hat Frequenzen von etwa 20 Hz bis 20.000 Hz. In Luft bei Standardtemperatur und -druck liegen die entsprechenden Wellenlängen von Schallwellen zwischen 17 m und 17 mm (0,67 in). Manchmal werden Geschwindigkeit und Richtung zu einem Geschwindigkeitsvektor kombiniert; Wellenzahl und Richtung werden zu einem Wellenvektor kombiniert. ⓘ

Transversalwellen, die auch als Scherwellen bezeichnet werden, haben die zusätzliche Eigenschaft der Polarisation und sind kein Merkmal von Schallwellen. ⓘ

Geschwindigkeit

U.S. Navy F/A-18 bei der Annäherung an die Schallgeschwindigkeit. Der weiße Halo wird von kondensierten Wassertröpfchen gebildet, die vermutlich auf einen Luftdruckabfall um das Flugzeug zurückzuführen sind (siehe Prandtl-Glauert-Singularität). ⓘ

Die Schallgeschwindigkeit hängt vom Medium ab, durch das die Wellen laufen, und ist eine grundlegende Eigenschaft des Materials. Der erste bedeutende Versuch, die Schallgeschwindigkeit zu messen, wurde von Isaac Newton unternommen. Er ging davon aus, dass die Schallgeschwindigkeit in einer bestimmten Substanz gleich der Quadratwurzel aus dem auf sie wirkenden Druck geteilt durch ihre Dichte ist:

c={\sqrt {\frac {p}{\rho }}}.

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Später erwies sich diese Annahme als falsch, und der französische Mathematiker Laplace korrigierte die Formel, indem er ableitete, dass die Ausbreitung des Schalls nicht, wie von Newton angenommen, isotherm, sondern adiabatisch ist. Er fügte der Gleichung einen weiteren Faktor - Gamma - hinzu und multiplizierte ${\sqrt {\gamma }}$ mit ${\sqrt {p/\rho }}$ , und kam so auf die Gleichung $c={\sqrt {\gamma \cdot p/\rho }}$ . Da $K=\gamma \cdot p$ , lautet die endgültige Gleichung wie folgt $c={\sqrt {K/\rho }}$ , die auch als Newton-Laplace-Gleichung bekannt ist. In dieser Gleichung ist K das elastische Volumenmodul, c die Schallgeschwindigkeit und $\rho$ die Dichte ist. Die Schallgeschwindigkeit ist also proportional zur Quadratwurzel aus dem Verhältnis zwischen dem Volumenmodul des Mediums und seiner Dichte. ⓘ

Diese physikalischen Eigenschaften und die Schallgeschwindigkeit ändern sich mit den Umgebungsbedingungen. So ist die Schallgeschwindigkeit in Gasen beispielsweise temperaturabhängig. In Luft von 20 °C (68 °F) auf Meereshöhe beträgt die Schallgeschwindigkeit etwa 343 m/s (1.230 km/h; 767 mph) nach der Formel v [m/s] = 331 + 0,6 T [°C]. Die Schallgeschwindigkeit ist auch etwas empfindlich gegenüber der Schallamplitude, da sie einem anharmonischen Effekt zweiter Ordnung unterliegt, was bedeutet, dass es nichtlineare Ausbreitungseffekte gibt, wie z. B. die Erzeugung von Obertönen und gemischten Tönen, die im ursprünglichen Schall nicht vorhanden sind (siehe parametrische Anordnung). Wenn relativistische Effekte eine Rolle spielen, wird die Schallgeschwindigkeit anhand der relativistischen Euler-Gleichungen berechnet. ⓘ

In Süßwasser beträgt die Schallgeschwindigkeit etwa 1.482 m/s (5.335 km/h). In Stahl beträgt die Schallgeschwindigkeit etwa 5.960 m/s (21.460 km/h; 13.330 mph). Am schnellsten bewegt sich der Schall in festem atomarem Wasserstoff mit ca. 36.000 m/s (129.600 km/h; 80.530 mph). ⓘ

Schalldruckpegel

Der Schalldruck ist die Differenz zwischen dem durchschnittlichen lokalen Druck und dem Druck der Schallwelle in einem bestimmten Medium. Das Quadrat dieser Differenz (d. h. das Quadrat der Abweichung vom Gleichgewichtsdruck) wird in der Regel über die Zeit und/oder den Raum gemittelt, und die Quadratwurzel aus diesem Mittelwert ergibt den Effektivwert (root mean square, RMS). Zum Beispiel bedeutet 1 Pa RMS-Schalldruck (94 dBSPL) in atmosphärischer Luft, dass der tatsächliche Druck in der Schallwelle zwischen (1 atm $-{\sqrt {2}}$ Pa) und (1 atm $+{\sqrt {2}}$ Pa), d. h. zwischen 101323,6 und 101326,4 Pa. Da das menschliche Ohr Töne mit einer großen Bandbreite an Amplituden wahrnehmen kann, wird der Schalldruck oft als Pegel auf einer logarithmischen Dezibel-Skala gemessen. Der Schalldruckpegel (SPL) oder L_p ist definiert als

L_{\mathrm {p} }=10\,\log _{10}\left({\frac {{p}^{2}}{{p_{\mathrm {ref} }}^{2}}}\right)=20\,\log _{10}\left({\frac {p}{p_{\mathrm {ref} }}}\right){\mbox{ dB}}\,

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wobei p der Effektivwert des Schalldrucks ist und

p_{\mathrm {ref} }

ein Bezugsschalldruck ist. Übliche Bezugsschalldrücke, die in der Norm ANSI S1.1-1994 definiert sind, sind 20 µPa in Luft und 1 µPa in Wasser. Ohne einen bestimmten Bezugsschalldruck kann ein in Dezibel ausgedrückter Wert keinen Schalldruckpegel darstellen. ⓘ

Da das menschliche Ohr keine flache Spektralempfindlichkeit hat, werden Schalldrücke oft frequenzbewertet, damit der gemessene Pegel besser mit dem wahrgenommenen Pegel übereinstimmt. Die Internationale Elektrotechnische Kommission (IEC) hat mehrere Bewertungsschemata festgelegt. Mit der A-Bewertung wird versucht, die Reaktion des menschlichen Ohrs auf Lärm anzugleichen, und die A-bewerteten Schalldruckpegel werden mit dBA bezeichnet. Die C-Bewertung wird zur Messung von Spitzenpegeln verwendet. ⓘ

Wahrnehmung

Eine andere Verwendung des Begriffs Schall als in der Physik ist die in der Physiologie und Psychologie, wo sich der Begriff auf die Wahrnehmung durch das Gehirn bezieht. Der Bereich der Psychoakustik ist solchen Studien gewidmet. Webster's Wörterbuch von 1936 definiert Klang als: "1. die Empfindung des Hörens, das, was gehört wird; speziell: a. Psychophysik. Empfindung, die auf die Stimulation der Hörnerven und Hörzentren des Gehirns zurückzuführen ist, gewöhnlich durch Schwingungen, die in einem materiellen Medium, gewöhnlich Luft, übertragen werden und auf das Hörorgan einwirken. b. Physik. Die Schwingungsenergie, die eine solche Empfindung hervorruft. Der Schall wird durch fortschreitende longitudinale Schwingungsstörungen (Schallwellen) fortgepflanzt." Das bedeutet, dass die richtige Antwort auf die Frage: "Wenn ein Baum im Wald fällt und niemand hört ihn fallen, macht er dann ein Geräusch?" mit "ja" und "nein" zu beantworten ist, je nachdem, ob man die physikalische oder die psychophysische Definition verwendet. ⓘ

Die physikalische Aufnahme von Schall ist bei jedem hörenden Organismus auf einen bestimmten Frequenzbereich beschränkt. Der Mensch hört normalerweise Schallfrequenzen zwischen etwa 20 Hz und 20.000 Hz (20 kHz), wobei die obere Grenze mit dem Alter abnimmt. Manchmal bezieht sich der Begriff Schall nur auf Schwingungen mit Frequenzen, die im Hörbereich des Menschen liegen, oder er bezieht sich auf ein bestimmtes Tier. Andere Tierarten haben unterschiedliche Hörbereiche. So können Hunde beispielsweise Schwingungen wahrnehmen, die höher als 20 kHz sind. ⓘ

Als ein Signal, das mit einem der wichtigsten Sinne wahrgenommen wird, dient der Schall vielen Arten zur Erkennung von Gefahren, zur Navigation, zum Raub und zur Kommunikation. Die Erdatmosphäre, das Wasser und praktisch alle physikalischen Phänomene wie Feuer, Regen, Wind, Brandung oder Erdbeben erzeugen ihre eigenen Geräusche (und sind dadurch gekennzeichnet). Viele Arten, wie Frösche, Vögel, Meeres- und Landsäugetiere, haben auch spezielle Organe zur Tonerzeugung entwickelt. Bei einigen Arten erzeugen sie Gesang und Sprache. Darüber hinaus hat der Mensch eine Kultur und Technologie entwickelt (z. B. Musik, Telefon und Radio), die es ihm ermöglicht, Töne zu erzeugen, aufzunehmen, zu übertragen und zu senden. ⓘ

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

Soundscape ist die Komponente der akustischen Umgebung, die von Menschen wahrgenommen werden kann. Die akustische Umwelt ist die Kombination aller Geräusche (ob für den Menschen hörbar oder nicht) in einem bestimmten Gebiet, wie sie von der Umwelt verändert und von den Menschen im Kontext der Umgebung verstanden werden. ⓘ

Historisch gesehen gibt es sechs experimentell trennbare Arten, Schallwellen zu analysieren. Diese sind: Tonhöhe, Dauer, Lautstärke, Klangfarbe, Klangtextur und räumliche Position. Für einige dieser Begriffe gibt es eine standardisierte Definition (z. B. in der ANSI Acoustical Terminology ANSI/ASA S1.1-2013). Neuere Ansätze berücksichtigen auch die zeitliche Hüllkurve und die zeitliche Feinstruktur als wahrnehmungsrelevante Analysen. ⓘ

Tonhöhe

Abbildung 1. Tonhöhenwahrnehmung ⓘ

Die Tonhöhe wird als "tief" oder "hoch" eines Klangs wahrgenommen und steht für die zyklische, sich wiederholende Natur der Schwingungen, aus denen ein Klang besteht. Bei einfachen Klängen bezieht sich die Tonhöhe auf die Frequenz der langsamsten Schwingung im Klang (der so genannten Grundschwingung). Bei komplexen Klängen kann die Wahrnehmung der Tonhöhe variieren. Manchmal identifizieren Personen aufgrund ihrer persönlichen Erfahrung mit bestimmten Klangmustern unterschiedliche Tonhöhen für ein und denselben Klang. Die Wahl einer bestimmten Tonhöhe wird durch eine vorbewusste Untersuchung der Schwingungen, einschließlich ihrer Frequenzen und des Gleichgewichts zwischen ihnen, bestimmt. Besonderes Augenmerk wird auf das Erkennen möglicher Obertöne gelegt. Jeder Klang wird auf einem Tonhöhenkontinuum von niedrig bis hoch eingeordnet. Ein Beispiel: Weißes Rauschen (gleichmäßig über alle Frequenzen verteiltes Zufallsrauschen) hat eine höhere Tonhöhe als rosa Rauschen (gleichmäßig über Oktaven verteiltes Zufallsrauschen), da weißes Rauschen mehr Hochfrequenzanteile hat. Abbildung 1 zeigt ein Beispiel für die Tonhöhenerkennung. Während des Hörvorgangs wird jedes Geräusch auf ein sich wiederholendes Muster untersucht (siehe Abbildung 1: orangefarbene Pfeile) und die Ergebnisse werden als einzelne Tonhöhe einer bestimmten Höhe (Oktave) und eines bestimmten Farbtons (Notenname) an den auditorischen Cortex weitergeleitet. ⓘ

Dauer

Abbildung 2. Wahrnehmung der Dauer ⓘ

Die Dauer wird als "lang" oder "kurz" eines Tons wahrgenommen und bezieht sich auf Onset- und Offset-Signale, die durch Nervenreaktionen auf Töne erzeugt werden. Die Dauer eines Geräuschs dauert in der Regel von dem Zeitpunkt, an dem das Geräusch zum ersten Mal wahrgenommen wird, bis zu dem Zeitpunkt, an dem das Geräusch als verändert oder verstummt erkannt wird. Manchmal steht dies nicht in direktem Zusammenhang mit der physikalischen Dauer eines Geräuschs. In einer lauten Umgebung können beispielsweise Lückengeräusche (Geräusche, die aufhören und wieder anfangen) so klingen, als ob sie kontinuierlich wären, weil die versetzten Meldungen aufgrund von Störungen durch Geräusche in derselben allgemeinen Bandbreite überhört werden. Dies kann von großem Nutzen sein, um verzerrte Nachrichten, wie z. B. gestörte Funksignale, zu verstehen, da (aufgrund dieses Effekts) die Nachricht so gehört wird, als ob sie kontinuierlich wäre. Abbildung 2 zeigt ein Beispiel für die Identifizierung der Dauer. Wenn ein neues Geräusch wahrgenommen wird (siehe Abbildung 2, grüne Pfeile), wird eine Nachricht über den Beginn des Geräuschs an den auditorischen Kortex gesendet. Wenn das sich wiederholende Muster überhört wird, wird eine Offset-Meldung gesendet. ⓘ

Lautstärke

Abbildung 3. Wahrnehmung der Lautstärke ⓘ

Die Lautstärke wird als "laut" oder "leise" empfunden und hängt mit der Gesamtzahl der Hörnervenstimulationen über kurze zyklische Zeiträume zusammen, wahrscheinlich über die Dauer der Thetawellenzyklen. Das bedeutet, dass bei kurzer Dauer ein sehr kurzes Geräusch leiser klingen kann als ein längeres Geräusch, auch wenn beide mit der gleichen Intensität dargeboten werden. Ab etwa 200 ms ist dies nicht mehr der Fall, und die Dauer des Tons hat keinen Einfluss mehr auf die scheinbare Lautstärke des Tons. Abbildung 3 vermittelt einen Eindruck davon, wie die Lautheitsinformationen über einen Zeitraum von etwa 200 ms summiert werden, bevor sie an den auditorischen Kortex weitergeleitet werden. Lautere Signale erzeugen einen größeren "Druck" auf die Basilarmembran und stimulieren somit mehr Nerven, wodurch ein stärkeres Lautheitssignal entsteht. Ein komplexeres Signal löst auch mehr Nervenreizungen aus und klingt daher (bei gleicher Wellenamplitude) lauter als ein einfacheres Signal, z. B. eine Sinuswelle. ⓘ

Klangfarbe

Abbildung 4. Wahrnehmung der Klangfarbe ⓘ

Die Klangfarbe wird als Qualität verschiedener Geräusche wahrgenommen (z. B. der Aufprall eines herunterfallenden Steins, das Surren einer Bohrmaschine, der Ton eines Musikinstruments oder die Qualität einer Stimme) und stellt die vorbewusste Zuordnung einer klanglichen Identität zu einem Geräusch dar (z. B. "Das ist eine Oboe!"). Diese Identität basiert auf Informationen, die aus Frequenzübergängen, Rauschen, Unstetigkeit, wahrgenommener Tonhöhe und der Ausbreitung und Intensität von Obertönen im Klang über einen längeren Zeitraum gewonnen werden. Die Art und Weise, wie sich ein Klang im Laufe der Zeit verändert (siehe Abbildung 4), liefert die meisten Informationen zur Identifizierung der Klangfarbe. Obwohl ein kleiner Teil der Wellenform jedes Instruments sehr ähnlich aussieht (siehe die erweiterten Abschnitte, die durch die orangefarbenen Pfeile in Abbildung 4 gekennzeichnet sind), sind die Unterschiede in den zeitlichen Veränderungen zwischen der Klarinette und dem Klavier sowohl in der Lautstärke als auch im harmonischen Gehalt offensichtlich. Weniger auffällig sind die unterschiedlichen Geräusche, die zu hören sind, wie z. B. das Luftzischen bei der Klarinette und die Hammerschläge beim Klavier. ⓘ

Textur

Die klangliche Textur bezieht sich auf die Anzahl der Klangquellen und die Interaktion zwischen ihnen. Das Wort Textur bezieht sich in diesem Zusammenhang auf die kognitive Trennung von Hörobjekten. In der Musik wird Textur oft als der Unterschied zwischen Unisono, Polyphonie und Homophonie bezeichnet, sie kann sich aber auch (zum Beispiel) auf ein belebtes Café beziehen; ein Geräusch, das als Kakophonie bezeichnet werden könnte. ⓘ

Räumliche Verortung

Die räumliche Verortung ist die kognitive Platzierung eines Klangs in einem Umgebungskontext, einschließlich der Platzierung eines Klangs auf der horizontalen und vertikalen Ebene, der Entfernung von der Klangquelle und den Merkmalen der klanglichen Umgebung. In einer dichten Textur ist es möglich, mehrere Schallquellen durch eine Kombination aus räumlicher Lokalisierung und Klangfarbenerkennung zu identifizieren. ⓘ

Ultraschall

Ungefähre Frequenzbereiche, die dem Ultraschall entsprechen, mit groben Hinweisen auf einige Anwendungen ⓘ

Ultraschall sind Schallwellen mit Frequenzen über 20.000 Hz. Ultraschall unterscheidet sich in seinen physikalischen Eigenschaften nicht von hörbarem Schall, er ist für den Menschen nur nicht hörbar. Ultraschallgeräte arbeiten mit Frequenzen von 20 kHz bis zu mehreren Gigahertz. ⓘ

Medizinischer Ultraschall wird häufig zur Diagnose und Behandlung eingesetzt. ⓘ

Infraschall

Infraschall sind Schallwellen mit Frequenzen unter 20 Hz. Obwohl Töne mit solch niedrigen Frequenzen für den Menschen zu leise sind, können Wale, Elefanten und andere Tiere Infraschall wahrnehmen und zur Kommunikation nutzen. Er kann zur Erkennung von Vulkanausbrüchen verwendet werden und wird in einigen Musikrichtungen eingesetzt. ⓘ

Unterschiedliche Geräusche

Abbildung 1: Zeitliche Verläufe des Schalldrucks von unterschiedlichen Geräuschen ⓘ

In Abbildung 1 sind schematische zeitliche Verläufe des Schalldrucks von unterschiedlichen Geräuschen dargestellt:

Die erste Wellenform zeigt einen Gewehrschuss.
Die zweite eine Sinusschwingung mit sinkender Periodendauer, bzw. steigender Frequenz.
Die dritte Wellenform zeigt das gesprochene Wort Wikipedia. ⓘ