Schwingungsamplitude und Frequenz von Schallwellen


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Schallwellen

Im Thema Schallausbreitung wurde an einigen Stellen der Begriff Schallwelle verwendet, besonders dann wenn man über die Ausbreitung von Schall spricht kommt dieser Begriff zum Einsatz. Denn Schall breitet sich Wellenartig im Raum aus.
Im unteren Video siehst du wie eine Stimmgabel nach dem Anschlagen wellenförmig hin und her schwingt. Diese Schwingung oder auch Wellenbewegung wird auf die Luftteilchen übertragen und gelangt so zu unseren Ohren.



In dem Video wird die Schwingung der Stimmgabel sichtbar gemacht indem sie entlang einer Glasplatte gezogen wird. Die Stimmgabel schwingt lediglich hin und her, erst durch das Ziehen über der Platte wird diese Schwingung in Form einer Kurve bzw. Welle sichtbar.
Der Kurvenzug entsteht dadurch das die Stimmgabel mit der Hand über die Glasplatte bewegt wird. Je schneller man die Stimmgabel zieht, desto größer wird der Abstand zwischen den einzellnen Kurven.

Eigenschaften von Schwingungen

In dem folgenden Bild ist ein Teilabschnitt des im Video zu sehenen Kurvenzugs schematisch dargestellt. Anhand dieser vergrößerten Darstellung lassen sich verschiedene Eigenschaften und Größen einer Welle erläutern. So ein Wellenzug kommt zustande wenn man die Stimmgabel gleichmäßig (mit gleichbleibender Geschwinigkeit) über eine Glasplatte zieht.

Amplitude

Die Amplitude ist ein Maß für die Stärke der Auslenkung, gemessen wird sie von der Ruhelage (Nullpunkt) bis zum Punkt mit der maximalen Auslenkung. In der oberen Abbildung ist die Amplitude eingezeichnet.

Die Amplitude bestimmt die Lautstärke des Tons, je größer die Amplitude ist, desto lauter ist der Ton.


Schwingungsdauer und Frequenz

Die Schwingungsdauer ist die Zeit die benötigt wird bis die Schwingung den gleichen Bewegungsablauf in exakt der gleichen Weise wiederholt. Die Schwingungsdauer ist also die Zeit die ein Schwingungsvorgang benötigt um von vorne zu beginnen.

Bei sehr schnellen Schwingungen wie zum Beispiel bei einer Stimmgabel gibt man oft an wie viele Schwingungen in einer Sekunde erfolgen. Diese Größe wird Frequenz genannt und hat die Einheit Herz [\(\frac{1}{s}\)].
Benötigt ein Schwingungsablauf genau \(1\) Sekunde, dann besitzt die Schwingung eine Frequenz von \(1\)Hz.
Eine typische Stimmgabel besitzt eine Frequenz von \(440\)Hz, die Stimmgabel schwingt also \(440\) mal in der Sekunde hin und her. Das ist so schnell, das unser Auge diese Bewegung nicht mehr wahrnehmen kann. Erst durch den Trick mit der Glasplatte lässt sich die Schwingung der Stimmgabel sichtbar machen.

Die Frequenz einer Schwingung bestimmt die Tonhöhe. Je höher die Frequenz dest höher ist der Ton.


Der Mensch hört Schall im Frequenzbereich von ca. \(20\)Hz bis ca. \(20000\)Hz.
Schall unter \(20\)Hz wird Infraschall gennant und Schall über \(20000\)Hz wird Ultraschall genannt.