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1 / 18 Ein Lautsprecher und eine Luftsäule Dieser Lautsprecher spielt einen gleichbleibenden Ton in eine Luftsäule, in tatsächlicher Größe und verlangsamt. Die Schaltflächen oben öffnen acht weitere Szenen; die Anzeigen darunter zeigen denselben Schall als Wellenform, Spektrum und Spektrogramm.
Ziehen zum Drehen. Mausrad oder zwei Finger zum Zoomen.
Rundgang Teile Steuerung
01 Ein Lautsprecher und eine Luftsäule Dieser Lautsprecher spielt einen gleichbleibenden Ton in eine Luftsäule, in tatsächlicher Größe und verlangsamt. Die Schaltflächen oben öffnen acht weitere Szenen; die Anzeigen darunter zeigen denselben Schall als Wellenform, Spektrum und Spektrogramm.
02 Die Membran drückt die Luft Die Papiermembran bewegt sich wie ein Kolben vor und zurück. Jeder Vorstoß verdichtet die Luft davor, jedes Zurückziehen lässt sie etwas dünner zurück.
03 Spule und Magnet Durch die Schwingspule im Spalt eines Dauermagneten fließt Wechselstrom. Die Kraft auf den Draht folgt dem Strom, sodass die Membran das elektrische Signal nachbildet.
04 Verdichtungen und Verdünnungen Die Teilchen bewegen sich nur um ihren eigenen Platz hin und her. Vom Lautsprecher weg wandert das Muster dichter und dünner Schichten, in Luft bei 20 °C mit 343 m/s.
05 Eine Wellenlänge Der Abstand zwischen zwei dichten Schichten ist die Wellenlänge: 343 ÷ 440 = 0,78 m. Warme Luft überträgt Schall schneller, Helium fast dreimal schneller; die Schichten rücken entsprechend auseinander.
06 Zwei fast gleiche Töne Ein zweiter, 4 Hz höherer Ton wurde hinzugefügt. Die beiden Wellen geraten abwechselnd in und aus dem Gleichtakt; deshalb schwillt die Lautstärke 4-mal pro Sekunde an und ab, alle 0,25 s.
07 Die Dezibelskala Jeder Balken ist ein Alltagsgeräusch, seine Höhe entspricht dem Pegel in Dezibel. Zehn Dezibel mehr bedeuten die zehnfache Energie; 120 dB tragen deshalb eine Billion Mal so viel Energie wie 0 dB.
08 Trommelfell und drei Knochen Das Trommelfell ist etwa 17-mal größer als das ovale Fenster; die Knochen ergänzen eine Hebelwirkung von etwa 1,3. Zusammen erhöhen sie den Druck um etwa 27 dB, genug zur Bewegung der Flüssigkeit in der Hörschnecke.
09 Wo jede Tonhöhe ankommt Abgewickelt ist die Basilarmembran etwa 35 mm lang. Ein Ton erzeugt eine entlanglaufende, wachsende Welle mit einem örtlichen Maximum: 1 kHz etwa 21 mm von der Basis. Ändern Sie die Tonhöhe, wandert das Maximum.
10 Eine Saite und ihre Obertöne Eine gezupfte Saite schwingt zugleich mit ihrem Grundton und der 2-, 3-, 4-fachen Frequenz. Der Zupfpunkt entscheidet über starke Obertöne: In der Mitte gezupft verschwinden die geraden.
11 Offene und geschlossene Rohre Ein offenes Rohr schwingt bei jedem Vielfachen seines tiefsten Tons in Resonanz. Schließt man ein Ende, sinkt der tiefste Ton eine Oktave, und nur die ungeraden Vielfachen bleiben.
12 Eine Trommelhaut Ein rundes Fell besitzt durch Besselfunktionen bestimmte Schwingungsmoden. Ihre Frequenzen betragen das 1-, 1,59-, 2,14-, 2,30-Fache der tiefsten, keine ganzen Zahlen; deshalb hat eine einfache Trommel eine weniger eindeutige Tonhöhe als eine Saite.
13 Schall einer bewegten Quelle Jeder Ring verließ den Krankenwagen an einem anderen Ort. Davor drängen sich die Ringe zusammen, die Tonhöhe steigt; dahinter rücken sie auseinander, die Tonhöhe sinkt.
14 Jenseits der Schallgeschwindigkeit Bei 440 m/s überholt das Düsenflugzeug seinen eigenen Schall. Die Ringe stauen sich entlang eines Kegels; der Zuhörer hört nichts, bis der Kegel als Knall vorbeistreicht.
15 Nachhall Nach einem Klatschen wird Schall im Raum reflektiert und verliert an jeder Oberfläche Energie. Sabines Formel liefert die Zeit für einen Abfall um 60 dB: 2,0 s im voll besetzten Musikverein.
16 Stehende Wellen im Rohr Bei 858 Hz passen genau fünf Halbwellen in das 1 m lange Rohr. Die Welle wird auf sich selbst reflektiert; Korkstaub sammelt sich dort, wo die Luft stillsteht, alle 20 cm.
17 Geschwindigkeit in Materialien Derselbe Impuls durchquert Stahl in etwa 1/17 der in Luft benötigten Zeit. Steife Materialien sind schnell; schwere Gase wie Schwefelhexafluorid sind langsam.
18 Lärm auslöschen Der Kopfhörer spielt den Lärm umgekehrt zurück. Bei passender Phase löschen sich beide aus; nur 30 µs Verzögerung bedeuten bei 100 Hz einen kleinen, bei 5 kHz aber einen großen Fehler.
Gehäuse Ein geschlossener Holzkasten mit abgerundeten Kanten. Er verhindert, dass die Welle hinter der Membran die Welle vor ihr auslöscht. Hochtöner Eine kleine Seidenkalotte für hohe Töne. Eine leichte Kalotte kann sich schnell genug für 20 kHz bewegen, die große Membran nicht. Abdeckung Ein mit dünnem Stoff bespannter Rahmen zum Schutz der Treiber. Er lässt Schall beinahe unverändert hindurch und wird deshalb oft abgenommen. Korb und Zentrierspinne Der Metallkorb befestigt den Treiber am Gehäuse; der gefaltete Stoffring hält die Spule mittig. Magnet Ein Ringmagnet mit Stahlplatten. Er lässt einen schmalen Spalt mit einem starken, gleichbleibenden Magnetfeld frei. Schwingspule Kupferdraht auf einem Papierrohr im Magnetspalt. Strom darin bewegt die Membran hin und her. Membran Eine leichte, steife Papiermembran. Sie bewegt sich wie ein Kolben und drückt auf die Luft davor. Staubschutzkalotte Die Kuppel in der Membranmitte. Sie hält Staub aus dem Magnetspalt fern. Sicke Die weiche Gummiwulst am Membranrand. Sie erlaubt einige Millimeter Bewegung und federt die Membran zurück. Luftteilchen Jeder Punkt steht für ein kleines Luftpaket. Orange Schichten sind zusammengedrückt, blaue auseinandergezogen. Druckdiagramm Der Luftdruck entlang der Luftsäule in diesem Augenblick. Die Spitzen liegen genau auf den orangen Schichten. Wellenlängenmaßstab Ein wirklichkeitsgetreuer Maßstab ab der Membran. Der orange Balken ist eine Wellenlänge: Schallgeschwindigkeit geteilt durch Frequenz. Mikrofon Ein Messmikrofon auf einem Stativ. Es wandelt Druck wieder in Spannung; die Anzeigen unter der Bühne zeigen, was es aufzeichnen würde. Dezibelskala 15 Geräusche als Balken, deren Höhe proportional zum Pegel in dB ist. Ein Klick wählt einen Balken. Schallpegelmesser Ein Messgerät mit Schaumstoffwindschutz. Der Entfernungsregler bewegt es: Im Freien fällt der Pegel bei jeder Entfernungsverdopplung um 6 dB. Einwirkungsgrenzen Drei Stäbe: 80 dB für 40 Wochenstunden (WHO und ITU), 85 dBA für 8 Stunden (NIOSH), 90 dB für 8 Stunden (koreanische Regel). Außenohr Ohrmuschel und etwa 25 mm langer Gehörgang. Der Gang ist ein vom Trommelfell geschlossenes Rohr und schwingt nahe 3 kHz in Resonanz. Trommelfell Ein dünner Hautkegel mit etwa 9 mm Durchmesser. Druckänderungen im Gehörgang bewegen ihn hinein und heraus. Gehörknöchelchen Hammer, Amboss und Steigbügel. Sie wirken als Hebel und übertragen die Trommelfellbewegung auf das viel kleinere ovale Fenster. Hörschnecke Eine flüssigkeitsgefüllte Spirale mit etwa zweieinhalb Windungen. Darin sortiert die Basilarmembran den Schall nach Tonhöhe. Basilarmembran, abgewickelt Die gerade und 20-mal länger gezeichnete Membran. Hohe Töne erreichen ihr Maximum nahe der Basis, tiefe nahe der Spitze (Greenwoods Formel). Bogengänge Drei rechtwinklig zueinander stehende Schleifen. Sie erfassen Kopfdrehungen, keinen Schall. Hörnerv Etwa 30.000 Nervenfasern übertragen Signale von der Hörschnecke zum Gehirn. Ohrtrompete Eine Verbindung vom Mittelohr zum Rachen. Sie hält den Luftdruck auf beiden Trommelfellseiten gleich. Schläfenbein Der Schädelknochen, der Mittel- und Innenohr umschließt, hier aufgeschnitten. Gitarre Eine Stahlsaitengitarre mit 648 mm Mensur. Korpus und Innenluft verwandeln die kleine Saitenbewegung in Schall. Schwingende Saite Eine Saite mit ihrer tatsächlichen Form nach dem Zupfen: die Summe ihrer Teiltöne, die jeweils mit eigener Rate abklingen. Glasrohr Ein maßstäbliches Rohr mit 22 mm Radius, an einem Ende offen oder geschlossen. Die inneren Punkte zeigen die Luftbewegung in der gewählten Schwingungsmode. Trommel Eine am Rand befestigte Trommelhaut. Die Farben zeigen, welche Teile sich in der gewählten Schwingungsmode aufwärts und welche abwärts bewegen. Straße Eine gerade Straße in 1 : 40. Fahrzeuge und Zuhörer sind achtfach vergrößert gezeichnet, damit sie sichtbar bleiben. Wellenfronten Ein Ring je Wellenberg; er breitet sich mit Schallgeschwindigkeit von der Stelle aus, an der die Quelle ihn aussandte. Bewegte Quelle Ein Krankenwagen oder oberhalb von 120 m/s ein Düsenflugzeug. Der Geschwindigkeitsregler ist wirklichkeitsgetreu; die Zeit ist achtfach verlangsamt. Zuhörer Die Person am Straßenrand. Das Diagramm zeigt die gehörte Tonhöhe beim Vorbeiziehen der Quelle. Raum Boden und drei Wände; vordere Wand und Dach sind weggeschnitten. Das Modell ist passend skaliert, die Zahlen gelten für den echten Raum. Sitze und Möbel Menschen und gepolsterte Sitze absorbieren viel Schall; deshalb klingt ein Saal leer anders als voll. Absorberplatten Stoffbespannte Platten. Höhere Einstellung des Absorptionsgradreglers fügt Platten hinzu und verkürzt die Nachhallzeit. Schallteilchen Jeder Punkt ist ein an Wänden reflektierter Anteil Schallenergie. Er schrumpft bei jedem Abprallen entsprechend der Oberflächenabsorption etwas. Kundtsches Rohr Ein 1 m langes, beidseitig geschlossenes Glasrohr. Bei Resonanz passt eine ganze Zahl von Halbwellen hinein. Treiber Ein kleiner Lautsprecher, der die Luft im Rohr mit der gewählten Frequenz zum Schwingen bringt. Korkstaub Feiner Staub auf dem Rohrboden. Wo sich die Luft kaum bewegt (Auslenkungsknoten), häuft er sich an. Tafel der stehenden Welle Blau: Auslenkung der Luft. Orange: Druckänderung. Jede ist dort am größten, wo die andere null ist. Materialbahnen Acht gleich lange Bahnen: vier Gase, zwei Wasserarten und zwei Metalle. Die Beschriftung zeigt die Geschwindigkeit bei der aktuellen Temperatur. Schallimpulse Ein Impuls je Bahn, alle gleichzeitig gestartet. Jeder durchquert sein Material mit dessen Schallgeschwindigkeit. Vokaltrakt Ein 17 cm langes, an den Stimmlippen geschlossenes Rohr. Seine Resonanzen formen Vokale und steigen in Helium an. Kopfhörer Ein geschlossener Kopfhörer. Die Polster halten hohe Frequenzen gut ab; tiefe dringen durch, um sie kümmert sich die Elektronik. Mikrofone und Treiber Ein äußeres Mikrofon nimmt den Lärm auf, ein zweites innen prüft den Rest, und der Treiber spielt den Gegenschall. Drei Wellen Grau: Lärm. Blau: Gegenschall. Orange: ihre Summe, die das Ohr erreicht.
