Akustik

De Akustik (greeksch: akuein, ακουειν = „hören“) is de Lehr vun’n Schall un sien Utbreden. As Rebeet vun de Wetenschop befaat se sik mit de vullstännige Tosamhäng, as dat Entstahn un Tügen, de Utbreden, dat Inwirken un dat Ünnersöken vun Schall. Butendem sünd ok de Wesselwirken vun Schall mit Materialen as ok dat Wohrnehmen vun Schall dör den Höörapparat un sien Wirken op Minschen un Deeren Ünnersökensrebeden vun de Akustik. De Akustik is en interdisziplinär Fackrebeet, dat also op dat Weten ut tallrieke annere Fackrebeden torüchgrippt. So höört se to de Physik, to de Psychologie, to de Physiologie, to de Narichtentechnik as ok to de Materialwetenschop.

To de wichtigsten Anwennen vun de Akustik tellt blangen dat Utforschen un Minnern vun Larm ok de Möh, en Wollklang to tügen oder en akustische Informatschoon to överdrägen. Bito höört ok de Anwennen vun Schall in de Diagnoos oder in’n technoloogschen Sinn to wichtige Rebeden vun de Akustik.

Historie vun de Akustik

As een vun’t eerste systemaatsche Befaten mit de Akustik gellt dat Inföhren vun Toonsystemen un Lunen in de Musik in’t 3. Johrdusend v. Chr. in China. Ut de Antike is de wetenschoppliche Arbeit mit de Akustik ünner annern vun Pythagoras vun Samos (ca. 570–510 v. Chr.) överlevert, de den Tosamenhang vun de Läng vun de Seid un de Toonhööch bi’n Monochord mathemaatsch ünnersöcht hett. Chrysippos vun Soli (281–208 v. Chr.) hett de den Schall as’n Oort vun Bülgen kennt dör den Vergliek mit Bülgen op en Waterböverflach. De röömsche Architekt Vitruv (ca. 80–10 v. Chr.) hett sik dorgegen mit dat Utbreden vun Schall in Amphitheaters befaat un vermoodt, dat se sik as Kugelbülgen verhollt. He beschreev ok de Wirkoort vun Helmholtz-Resonaters to’n opnehmen vun’n deepfrequenten Schall.

Helmholtz-Resonater ut Missing vun üm un bi 1900

Leonardo da Vinci (1452–1519) hett ünnern annern faststellt, dat Luft as Medium to’n Utbreden vun Schall nödig is, un dat he sik mit en endliche Snelligkeit utbreden deit. Vun Marin Mersenne (1588–1648) stammt blangen anner’t wetenschopplich Weten to de Natur vun’n Schall ok de eerste Angaav vun en ut Experimenten bestimmte Schallsnelligkeit. Galileo Galilei (1564–1642) hett den för de Akustik wichtigen Tosamenhang twüschen de Toonhööch un de Frequenz beschreven. De Beteken „Akustik“ för de Lehr vun’n Schall is eerst vun Joseph Sauveur (1653–1716) inföhrt worrn. Isaac Newton (1643–1727) weer de eerste, de de Schallsnelligkeit op Grundlaag vun theoretische Överleggen utrekent hett, wiel Leonhard Euler (1707–1783) en Bülgenglieken för den Schall funnen hett, as se vundaag bruukt warrt. As Begrünner vun de modernen experimentellen Akustik gellt Ernst Florens Friedrich Chladni (1756–1827): he hett de Chladnischen Klangfiguren utklamüstert, de Egenswingen vun Platten sichtbor maken künnt.

Mit Anfang vun’t 19. Johrhunnert güng dat los, dat sik tallrieke Wetenschoppler mit dat Thema Akustik befaat hebbt. So hett Pierre-Simon Laplace (1749–1827) dat adiabaatsche Verhollen vun Schall opdeckt, un Georg Simon Ohm (1789–1854) hett postuleert, dat de Höörapparat de Anlaag hett, Kläng in Grundtöön un Harmonische optolösen. Hermann vun Helmholtz (1821–1894) hett dat Föhlen vun Töön utforscht un beschreev den na em nöömten Helmholtz-Resonater. John William Strutt, 3. Baron Rayleigh (1842–1919) hett wieter de „Theory of Sound“ publizeert mit tallrieke mathemaatsch begrünnte Insichten in Betog op den Schall, sien Entstahn un Utbreden.

En Phonograph na Edison

In de tweeten Hälft vun’t 19. Johrhunnert sünd de eersten akustischen Meet- un Optekenredschoppen entwickelt worrn as de Phonautograph vun Édouard-Léon Scott de Martinville (1817–1897) un later de Phonograph vun Thomas Alva Edison (1847–1931). August Kundt (1839–1894) hett dat Kundtsche Rohr utklamüstert un to’n Meten vun’n Schallabsorpschoonsgrad insett.

To’n Anfang vun’t 20. Johrhunnert is dat theoreetsche Weten vun de Akustik op brede Even to’n Anwennen kamen. Dorbi hett sik de vun Wallace Clement Sabine begrünnte wetenschopplich Ruumakustik entwickelt mit dat Teel, de Hörsomkeit vun Rüüm to verbetern. Dat Utfinnen vun de Elektronenröhr 1907 geev denn Verlööf, elektroakustische Överdräägtechnik intosetten. Paul Langevin (1872–1946) hett Ultraschall to’n Oorten vun Objekten ünner Water insett (Sonar) un Heinrich Barkhausen (1881–1956) hett dat eerste Instrument to’n Meten vun de Luutstärk utfunnen. Ruchweg siet 1930 gifft dat wetenschoppliche Fackblööd rut, de sik alleen mit Themen vun de Akustik befaat.

As een vun de wichtigsten Anwennen vun de Akustik hett sik in de eersten Hälft vun’t 20. Johrhunnert ok dat Minnern vun Larm entwickelt. To’n Bispeel weer de Schalldämper för de Afgasanlagen vun Fohrtüüch jümmers wieter verbetert. Mit dat Inföhren vun Strahlendriefwarken üm 1950 rüm un de spoodrieke Insatz vun’t dorför nödige Larmminnern hett sik denn de Aeroakustik entwickelt, de vör allen ut Arbeiten vun Michael James Lighthill (1924–1998) tostannen kamen is.

Rebeden vun de Akustik

De Akustik befaat sik mit vele ünnerscheedliche Arbeitsrebeden:

In de Physikaalschen Akustik warrt de physikaalsch-wetenschopplichen Grundlagen vun de Akustik afhannelt.
De Aeroakustik befaat sik mit dat Entstahn un Utbreden vun Luden, de aerodynaamsch tüggt warrt, un woans man jem minnern kann.
De Hydroakustik sett sik mit den Waterschall utenanner.
Elektroakustik is dat Rebeet, dat mit de Opnahm, Verarbeiten un Afspelen vun Schall to kriegen hett.
De Technische Akustik behannelt Luden, de vun Maschienen un Anlagen tüügt warrt.
In de Larmforschen warrt de Aspekten vun’t Larmtügen, -wohrnehmen un -minnern ünnersöcht.
Bi de Ruumakustik un de Boakustik geiht dat üm Fragen vun’t Schallöverdrägen in Bowarken un dat Beschallen vun Tohörerrüüm.
In de Fohrtüüchakustik warrt allns to dat Thema Binnen- un Butenluden vun Fohrtüüch ünnersöcht.
De Musikaalsche Akustik hett mit dat Tügen un Wohrnehmen vun Musik to doon.
De Psychoakustik befaat sik mit Themen to’n Wohrnehmen vun Schall, sien subjektive Beoordelen un dat Objektiveeren vun de subjektiven Wohrnehmen. In de Musikwetenschop ok mit Help vun de Musikpsychologie.
In de Phonetik geiht dat üm dat Verarbeiten vun Spraak un Kommunikatschoon.
De Medizin opletzt sett de Audiometrie in to’n Utmeten vun Parameters vun’n Höörapparat.

Akustische Analyysmethoden

Frequenzanalyys

As akustische Tietregen as Diagrammen faken nich veel utseggt, warrt vör de Analyys tomeist Methoden ut de modernen Signalanalyys insett. Dorbi speelt vör allen de Frequenzanalyys dör FFT (fast Fourier transform) un de Oktav- un Terzbandanalyys en Rull. Butendem kann dör egente Software oder Signalprozessers de Inpulsholligkeit vun akustische Signalen ünnersöcht warrn. En wichtige Rull speeltok de Frequenzbeweerten, vun de de A-Bewerten de bekanntste is. Dat is en Frequenzbeweertenskurv, mit de de Schalldruckpegel, de nich-beweert bestimmt worrn is, beweert warrt un wo de A-beweerte Pegel in dB(A) bi rutkummt. Dormit warrt versöcht, de ünnerscheedliche Fienföhlichkeit vun’t minschliche Ohr bi ünnerscheedliche Frequenzen to beachten. Vun wegen, dat dat de eenfackste Methood is, dat Hören bi’n Minschen mathemaatsch natobilln, warrt de meisten Grenzweerten för den Schalldruckpegel as A-beweerten Pegel fastleggt.

Resonanzanalyys

Hööftartikel: Akustische Resonanzanalyys

Ordensanalyys

Hööftartikel: Ordensanalyys

Laborrüüm

Reflekschoonsarm Ruum (Freefeldruum) de TU Dresden

Hallruum vun de TU Dresden

Reflekschoonsarm Ruum

En reflekschoonsarmen Ruum, de manchmol physikaalsch verkehrt ok as „schalldoden“ Ruum betekent warrt, is mit Absorpschoonsmaterial an de Deek un an de Wannen utstatt, so datt dorin mööglichst wenig Reflekschonen tostannen kamt un Bedingen as in en Direktfeld D (Freefeld oder free Schallfeld) herrschen doot. Dorbi nimmt de Schalldruck na dat Afstandgesett mit ${\frac {1}{r}}$ vun en Punktborn af. Disse Rüüm sünd goot egent för Spraakopteken un för de Lokalisatschoon vun Schallborns. Warrt op en dachte Hüllflach üm de Schallborn de piel to disse Flach optreden Schallintensität meten, kann een de Schallleistung vun den Born bestimmen.

Freefeldruum

En sünnere Utföhren vun den reflekschoonsarmen Ruum is de Freefeldruum. Man hier is tosätzlich ok de Bodden vun den Ruum mit en absorbeeren Material afdeckt. Man, in so en Ruum kann een denn nich mehr ringahn, so dat över dat Absorptschoonsmaterial tomeist en Gidder anbröcht warrt, dat den Schall dörlett un den Togang to de Meetobjekten mööglich maakt. Freefeldrüüm warrt in de akustischen Meettechnik insett, üm Schallbornünnersöken – ok ünner dat Meetobjekt – dorföhren to künnen.

Hallruum

En Hallruum warrt dorgegen so konstrueert, dat an jeden Oort in’t Schallfeld Reflekschonen vun glieke Grött ut all Richten tosamendrapen doot. In en idealen Hallruum herrscht dorüm mit Utnahm vun dat Rebeet nipp un nau um de Schallborn rüm (kiek bi Hallradius) an jede Steed de sülve Schalldruck. Man snackt dorbi ok vun en Diffusfeld. Vun wgen dat de Schallstrahlen vun all Richten gliektietig infallen doot, gift dat in en Diffusfeld keen Schallintensität. Üm Resonanz in en Hallruum uttosluten warrt de in’n Allgemenen ahn parallel toenanner stahn Wannen un Deken boet. Över Meten vun de Nahalltiet oder dör Referenzschallborns kann de Ruum kalibreert warrn. Dorbi warrt de Differenz bestimmt twüschen den Schalldruckpegel an en sünnern Oort in’n Ruum, de wiet noog weg is vun’n Hallradius, un den Schallleistungspegel vun en Schallborn. Disse Differenz is afhangig vun de Frequenz un blifft gliek, solang sik nich de Opbo vun den Ruum un de Absorpschoonsgrad vun de Wannen nich ännert. In en Hallruum kann man dorüm de Schallleistung vun en Born theoretisch mit een eenzige Schalldruckmeten bestimmen. Dat is bannig goot t. B. bi Fragen in’t Rebeet vun’n Schallschuul.

Akustik in de Natur

Hööftartikel: Aeroakustik, Waterschall

De meisten högeren Deerten hebbt en Höörsinn. Schall is en wichtigen Kommunikatschoonskanal, as he praktisch direkte Feernwirken hett. Mit Luden hebbt de Deerten en Middel to’n Reviermarkeeren, to’n Söken vun’n Partner oder en Rudel, to’n Opfinnen vun Büüt un to’n Wietergeven vun Lunen, Warnsignalen usw. Dat minschliche Höörrebeet liggt twüschen de Höörswell un de Pienswell (ruchweg 0 dB HL bit 110 dB HL).

Luutlehr

Hööftartikel: Phonetik, Phonologie

Bi’t Tügen vun Luden warrt allgemeen twüschen stimmhafte un stommlose Phonemen ünnerscheedt. Bi de stimmhaften Phonemen, de ok Vokalen nöömt warrt, warrt bi’n Kehlkopp dör Vibratschoon vun de Stimmbänner de „Roh“-Kläng tüügt, de denn in’n Rachen- un Nesenruum dör verschedene willkürlich lenkbore oder nich-verännerlich individuelle Resonanzrüüm moduleert warrt. Bi stimmlose Phonemen, de ok Konsonanten nöömt warrt, roht de Stimmbänner, wobi sik de Luut dör Modulatschoon vun’n Luftstroom tostannen kummt. Bi’t Suustern warrt ok de Vokalen blots dör Modulatschoon vun’t Spektrum vun dat Ruuschen vun en rutpressten Luftstroom billt, wobi de Stimmbänner roht.

Literatur

Dieter Ullmann: Chladni und die Entwicklung der Akustik von 1750 - 1860. Basel: Birkhäuser, 1996 - Science Networks. Historical Studies 19 - ISBN 3-7643-5398-8
Hans Breuer: dtv-Atlas Physik, Band 1. Mechanik, Akustik, Thermodynamik, Optik. München: dtv-Verlag, 1996, ISBN 3-423-03226-X
Heinrich Kuttruff: Akustik. Stuttgart: Hirzel, 2004, ISBN 3-7776-1244-8
Gerhard Müller und Michael Möser: Taschenbuch der Technischen Akustik. Berlin: Springer, 3., Överarbeite Oplaag 2003, ISBN 3-540-41242-5
Ivar Veit: Technische Akustik. Würzborg: Vogel-Verlag, 2005, ISBN 3-8343-3013-2
Jens Ulrich und Eckhard Hoffmann: Hörakustik - Theorie und Praxis, DOZ-Verlag, 2007, ISBN 978-3-922269-80-9