Akustik

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Akustik beschäftigt sich mit einem umfangreichen und vielseitigen Betätigungsfeld. Einbezogen werden Schwingungen, Wellen, Flüssigkeiten und Festkörper. Die Bezeichnung „Akustik“ stammt vom griechischen Wort „akoustikos“, was in etwa so viel wie „das Gehör betreffend“, bedeutet. Eine andere Definition für Akustik ist die Ausbreitung des Schalls innerhalb eines bestimmten Raumes. Schall breitet sich mit etwa 340 Meter pro Sekunde aus. Innerhalb von Räumen trifft er auf Reflexionsflächen, wodurch Reflexionen und Nachhall entstehen.

Somit befasst sich Akustik mit hörbarem Schall. Sie beinhaltet die Lehre vom Schall und beschäftigt sich mit allen damit zusammenhängenden Gesichtspunkten. Hierzu zählen Entstehung, Erzeugung, Ausbreitung, Beeinflussung und die Analyse des Schalls. Früher stand das Empfinden für Musik und der Bau entsprechender Musikinstrumente im Mittelpunkt bei seiner Erforschung. Heute beschäftigt sich die Lehre vom Schall mit den verschiedenen Untersuchungsmethoden in Medizin und Technik. Hinzu kommt das Erfordernis der Reduzierung des Lärms in der Umwelt.

Für Menschen hörbar sind Luftdruckschwankungen, die sich in einem Frequenzbereich von 16 Hertz bis etwa 16 Kilohertz bewegen. Andere Schwingungen werden für das Gehör nur hörbar, wenn sie in ihrem Bereich zu Luftdruckschwankungen führen oder unmittelbar an Schädelknochen gekoppelt sind. Ausserhalb des vorgenannten Frequenzbereiches befindet sich der Infraschall von Null bis 16 Hertz, der Ultraschall von 20 Kilohertz bis 100 Megahertz. Der Hyperschall bewegt sich in einer Spanne von zehn hoch neun bis zehn hoch zwölf Hertz.

Geschichte der Akustik

Berichte über akustisches Wissen finden sich schon bei den Pythagoreern. Diese hatten schon im fünften Jahrhundert vor Christus herausgefunden, dass sich Schallintervalle durch ganze Zahlen darstellen lassen. Auch Pythagoras und Aristoteles verfügten über Kenntnisse der Verbreitung des Schalls bezüglich seiner Geschwindigkeit und Reflexion. Dieses Wissen wurde bereits in den Theatern der Antike technisch verwendet. Später berichtete Vitruv über Tonvasen, die in Theatern bei den vorderen Sitzreihen verwendet wurden. Diese Vasen bildeten die Vorläufer heutiger Tiefenabsorber. Gegen Ende der Renaissance beschäftigten sich Galileo Galilei und Mersenne mit dem Schall. In diesem Zusammenhang wurde erstmals der Zusammenhang zwischen Tonhöhe und Frequenz einer Saitenschwingung entdeckt.

1657 befasste sich Newton mit der Ausbreitung von Schall durch Longitudinalwellen. Andere beschäftigten sich mit der Verbreitung des Schalls in Verbindung zu einem bestimmten Übertragungsmedium. In neunzehnten Jahrhundert entwickelte sich aus der Akustik erstmals eine eigenständige Wissenschaft. Verschiedene Forscher beschäftigten sich mit der „Lehre der Ton Empfindungen für die Musik“ und sogar der „Theory of Sound“. 1874 berichtete Meyers Enzyklopädie, dass man davon ausgehe, dass alles beisammen sei.
Dann kam eine Überraschung, nämlich 1877 der erste Phonograph von Edison. Bislang ging die Forschung davon aus, dass alle Informationen des Schalls aus dem Hörereignis selbst hervorgehen. Nun war es erstmals möglich, Schall aufzuzeichnen, wiederzugeben und sogar zu vervielfältigen. Hier begann die Elektroakustik sowie die Audiotechnik. Der Begriff der Audiotechnik hat sich in neuerer Zeit als eigenständiger Begriff etabliert. Er umfasst die Technik akustischer und elektronischer Musikinstrumente. „Akustisch“ bedeutet hier vor allem, dass es sich um mechanische und nicht elektrisch gesteuerte Musikinstrumente und Vorgänge handelt.

Akustische Wahrnehmung

Eine akustische Wahrnehmung erfolgt völlig selbstständig, ohne dass darüber weiter nachgedacht werden muss. Wird sie jedoch unangenehm oder behindert sie jemanden bei der Ausübung einer Tätigkeit, sieht dieses akustische Empfinden anders aus. Die klangliche Wahrnehmung führt zu Sprachschwierigkeiten innerhalb eines Raumes. Ein Gespräch kann nicht richtig stattfinden oder Botschaften werden nicht richtig von einer Person zur anderen übermittelt.

Je nachdem, wie ein Raum verwendet wird, tritt mehr oder weniger Schall auf. Schall beginnt bei der Sprache und führt zur Wahrnehmung von Hintergrundgeräuschen wie Strassenverkehr oder das Geräusch einer Klimaanlage. Im Gegensatz zur Sprache hat Musik ein viel breiteres Spektrum. Sie bewegt sich von sehr tiefen bis zu sehr hohen Frequenzen. Bei der Musik führt die Herstellung der geeigneten Akustik zu grossen Herausforderungen. Egal ob Büro, Konferenzraum, Tonstudio oder Konzertsaal: Für jede Anwendung muss individuell für die passende Akustik gesorgt werden.

In einem Konzertsaal ist der Raum entscheidend zur Wahrnehmung der Musik oder der dargestellten Botschaft. Passen seine Abmessungen nicht oder entsteht Widerhall, kommt die zu vermittelnde Musik nicht richtig beim Empfänger an.

Akustische Messtechniken

Die akustische Messtechnik ist ein eigenständiges Fachgebiet innerhalb der Metrologie. Die Messung akustischer Parameter durch Geräte benötigt spezielle Messräume, die auch als reflexionsarme Räume genannt werden. Andere Bezeichnungen sind Hallräume oder Standardabhörräume. Die Messung des Schalls erfolgt durch Naturwissenschaftler oder Physiker mit der Berufsbezeichnung Akustiker. Andere Berufe, die sich mit akustischer Messtechnik beschäftigen sind Toningenieure, Bauakustiker oder Elektroakustiker.

Akustische Wahrnehmung durch den Menschen

Akustik in Form von Schallwellen besteht aus einfachen Druckschwankungen, die sich in der Luft befinden. Je nach Gestaltung der Quelle wird ein anderes Schwingungsmuster gebildet. Das menschliche Gehör nimmt diese Muster auf und wandelt sich in elektrische Impulse um, die anschliessend an das Gehirn weitergeleitet werden. Erst durch das Gehirn werden Schallwellen als unterschiedliche Geräusche wahrgenommen. Hier werden die verschiedenen Wahrnehmungen interpretiert. Klang wird als fremd, vertraut, angenehm, unangenehm, laut oder leise wahrgenommen, vom Gehirn verstanden und von anderen bereits registrierten und gespeicherten Klängen unterschieden. Die ursprünglichen Schwingungsmuster sind nunmehr Hörinformationen.

Schall dringt zuerst in das Aussenohr, welches aus Ohrmuschel und Gehörgang besteht. Die Ohrmuschel optimiert das Richtungshören und mildert Windgeräusche ab. Die Schallwellen wandern weiter durch den Gehörgang zum Trommelfell, welches das Aussenohr mit dem Mittelohr zusammenschliesst.

Das Mittelohr ist eine Kammer, die als Paukenhöhle bezeichnet wird. Diese verfügt über die Ohrtrompete über eine Verbindung mit dem Nasenrachenraum. Innerhalb der Paukenhöhle liegt die Gehörknöchelchenkette, die aus Hammer, Amboss und Steigbügel besteht. Trifft Schall auf das Trommelfell, fängt dieses an zu vibrieren. Die Gehörknöchelchenkette wird in Schwingung versetzt. Die Gehörknöchelchenkette verstärkt Schwingungen um das zwanzigfache und leitet sie zum ovalen Fenster, einer dünnen Membran, welche den Übergang zum Innenohr bildet.

Das Innenohr ist ein Gleichgewichtsorgan mit mehreren Bogengängen und einer Gehörschnecke, die auch als Cochlea bezeichnet wird. Durch diese verlaufen Kanäle, welche mit Flüssigkeit gefüllt sind. Hier werden die Schwingungen der Gehörknöchelchenkette auf diese Flüssigkeit übertragen. Dadurch wird eine Wellenbewegung erzeugt, welche die Haarsinneszellen des Cortischen Organs innerhalb des mittleren Kanals der Cochlea reizt. Die Reize führen zu einer Bewegung der feinen Härchen, wodurch die entstehenden Reize die Informationen als elektrische Impulse mittels der Hörnerven zum Gehirn weiterleiten.

Die Impulse fallen auf das Stammhirn, wo auch Warnsignale verarbeitet werden und dafür sorgen, dass der Mensch darauf schnell regieren kann. Alle Impulse werden von beiden Gehirnhälften emotional verarbeitet und im Grosshirn mit den bisherigen akustischen Erfahrungen verglichen. So können alle eingehenden Signale im Grosshirn mit bisherigen Hörerfahrungen verglichen und zugeordnet werden. Ankommende Signale wie Musik oder Sprache werden erst im Gehirn interpretiert und verstanden.

Einsatzgebiete der Akustik

Die Einsatzbereiche der Akustik sind vielfältig. Sie wird meist verwendet, um Wohlklang herbeizuführen, Informationen sinnvoll zu übertragen, aber auch, Lärm zu vermindern oder ganz zu vermeiden. Dieses Gebiet ist in Fabriken aber auch in Wohn- und Arbeitsräumen von grosser Bedeutung. Es wird verwendet, um Massnahmen zum Schallschutz effizient einzusetzen. Ebenso kann Akustik je nach Gehör vom Menschen unterschiedlich wahrgenommen werden. Da sie normalerweise von jedem Menschen zu hören ist, kann sie ohne den Einsatz technischer Hilfsmittel genutzt werden. Spezielle Akustikmesser werden für professionelle Anwendungen verwendet. Diese geben störende Frequenzen wie zum Beispiel Hall an, und gewährleisten, dass die Umgebung gezielt angepasst werden kann.

Verwendung von Hörgeräten

Wird ein Hörgerät notwendig, beschäftigt sich ein Akustiker zunächst mit der Vorgeschichte des Patienten. Er ermittelt durch einen Hörtest, welche Eigenschaften das Hörgerät haben muss. Hörakustiker testen das Gehör. Durch ein Audiogramm, das bei einem Hörtest erstellt wird, wird das vorhandene Hörvermögen mit dem eines normal Hörenden verglichen. Hier werden die Informationen ermittelt, die für die Auswahl und richtige Einstellung des Hörgerätes erforderlich sind.