Frequenz
Michael Ronner
Michael Ronner Experte für Technik & Hörakustik

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Die Frequenz ist eine Masseinheit für die Häufigkeit von Wiederholungen. In der Physik und Mechanik bezeichnet die Frequenz die Wiederholungshäufigkeit einer Schwingungszahl in Bezug zu der Zeit. Schwingung kann von vibrierender und pulsierender Materie, Schallereignissen und Elektromagnetismus ausgehen. Dabei entstehen Wellenmuster mit Ausschlägen nach oben und nach unten sowie Wiederholungsraten der Ausschläge.

Bei Schallwellen ist die Wiederholungsfrequenz entscheidend für die Höhe oder Tiefe eines Tones. Ein tiefer-dunkler Ton mit 100 Schwingungen pro Sekunde hat eine Frequenz von 100 Hertz, ein hoher-heller Ton mit 20'000 Schwingungen pro Sekunde hat folglich eine Frequenz von 20'000 Hertz oder auch 20kHz.

 

Die Frequenz als physikalische Einheit und Grösse

Das Wort kommt vom von lateinischen „frequentia“ und bedeutet „Häufigkeit“. In der Physik und Technik ist sie ein Mass dafür, wie häufig innerhalb eines periodischen Vorgangs Wiederholungen auftreten. Der Abschnitt anhand dessen eine Wiederholungshäufigkeit (pro Sekunde) bestimmt wird, ist die Periode.

Bei Tönen gibt die Frequenz-Zahl Auskunft über die Anzahl der Schwingungen je Sekunde. Je schneller Schall schwingt, desto höher wird der Ton.

Im Elektromagnetismus werden die Strahlungsfrequenzen ebenfalls anhand der Wiederholungsraten von Wellen gemessen.

Die Einheit ist Hertz und wird mit «Hz» abgekürzt. Benannt ist diese Masseinheit nach Hinrich Hertz. Der deutsche Physiker konnte 1886 als Erster elektromagnetische Wellen nachweisen und erzeugen. Seine Entdeckungen und sein Werk „Über Strahlen elektrischer Kraft“ gelten bis heute als Grundlage der die spätere Entwicklung des Radios, Funk und Telefonie. Die Frequenz wird mit dem Formelzeichen klein «f» bezeichnet. Die Einheit der Frequenz wird mit «Hertz» und dem Einheitszeichen «Hz» angegeben. Die Frequenz ist eine im internationalen SI-Einheitssystem (französisch für Système international d’unités) gelistet Einheit und wird mit der SI-Basiseinheit «s-1» angegeben.

 

Frequenz für «Dummies» oder einfach erklärt

In Frequenz für «Dummies» stünde als Beispiel, mein Herz schlägt hundert Mal pro Sekunde, also schlägt mein Herz mit 100 Hertz (=Einheit). Einfach erklärt steht die Frequenz also als physikalische Einheit für eine bestimmte Anzahl von Schwingungen pro Sekunde.

Die Frequenz begegnet uns im Alltag in der Musik, beim Puls, als Licht und sogar als Tag. Mit Hertz geben wir also zum Beispiel an, wie tief oder hoch wir Töne aus Schallwellen hören. Mit Hertz geben wir aber auch an, mit welcher Netzfrequenz unser Strom oder unsere Mikrowelle läuft.

 

Einfache Frequenz Beispiele

1) Frequenz-Beispiel anhand einer Kinder-Schaukel:

Wenn ich als Beispiel auf einer Schaukel sitze und vom Startpunkt einmal nach vorne, danach wieder zurück zum Ausgangspunkt schwinge, dann habe ich auf dem Startpunkt eine bestimmte Frequenz erreicht. Falls es der Zufall will und ich genau innerhalb einer Sekunde einmal hin und zurück geschaukelt bin, dann habe ich eine Frequenz von genau einem Hertz. Bin ich mit einer Schaukelbewegung nun langsamer als eine Sekunde, so habe ich eine negative Kommastelle, also 0,XXX Hertz. Bin ich aber schneller mit Schaukeln, so habe ich eine positive Frequenz, Sprich, wenn ich es tatsächlich schaffen würde zweimal innerhalb einer Sekunde (träum weiter) hin- und her zu schaukeln, dann hätte ich eine Frequenz von 2 Hertz.

2) Frequenz-Beispiel anhand von Singstimmen in der Oper

Eine weibliche Opernsängerin singt mit einer hohen, hellen Stimme, dem sogenannten «Sopran». Folglich singt die Opernsängerin in einer hohen Frequenz.

Dei tiefste Stimme eines männlichen Opernsängers ist der sogenannte «Bass». Folglich singt der Opernsänger in einer tiefen Frequenz.

 

Frequenz und Schall: Tonhöhe, Lautstärke und Amplitude

Wenn sich Schall in der Luft oder einem anderen akustischen Schallleiter ausbreitet, sorgen die Wellen für Deformierungen und Druckschwankungen. Die Frequenz-Zahl gibt Auskunft über die Schnelligkeit der Druckschwankungen, mit denen sich Schall ausbreitet. Dabei entstehen weite oder enge Wellenmuster:

  • Weite Wellen und kleine Hertz ergeben tiefe Töne.
  • Enge Ellen und grosse Hertz ergeben hohe Töne.

Die Amplitude ist der grösste Ausschlag einer Schwingung aus der Mittellage heraus. Bei Schall und Tönen hängt sie mit der Lautstärke zusammen. Die Amplitude der Schallschwingungen gibt Auskunft über die Grösse der Druckschwankungen.

  • Je grösser die Amplitude, also die Höhe eines Wellenberges oder Wellentales (von der Mittellinie aus gesehen), desto lauter ist der Ton.
  • Kleine Amplituden dagegen erzeugen leise Töne.
 

Welche Frequenzen hören Menschen?

Hörbar wird Schall erst durch den Empfang und die Verarbeitung der Impulse durch das Ohr und Gehirn. Neben der Hörfähigkeit können wir gewisse Arten von Schall auch mit dem Körper wahrnehmen (Brummen und Vibrieren). Die Hörfähigkeit ist nicht bei jedem Menschen gleich gut ausgeprägt. Schauen wir ins Tierreich finden wir noch grössere Unterschiede. Man unterteilt den Schall in:

  • Infraschall liegt unter 16 Hz.
  • Hörschall ist von 16 Hz bis 20 kHz (Hörbereich Mensch).
  • Ultraschall geht von 20 kHz bis 1,6 GHz.
  • Hyperschall ist sehr selten und liegt über 1 GHz.

Die Bezeichnung verrät es bereits: „Hörschall“ sind für uns bewusst wahrnehmbare Töne, Klänge und Geräusche, welche wir über unsere Ohrmuschel aufnehmen. Normalerweise sollten gesunde Menschen Schall innerhalb dieser Hz-Bereiche hören können. Der hörbare Frequenzbereich des Menschen, respektive der menschliche Hörbereich liegt also zwischen rund 16 Hz und 20.000 Hz. Kinder hören teilweise sogar noch einige kHz im Ultraschallbereich. Neben der physikalischen Komponente ist Hören ein physiologisches (körperliches) Ereignis.

Die Art „wie“ wir Schall empfangen und hören, sowie die Interpretation der Lautstärke (Einheit Dezibel) und Tonhöhen, können variabel sein: Was der eine als Lärm und laut empfindet, ist für den anderen Musik in den Ohren. So zum Beispiel bei Heavy Metall Musik. Gewisse Schalldruckereignisse wie zum Beispiel ein lauter Knall eines Ballones oder genereller Lärm über 100 Dezibel, sind für alle Menschen körperlich belastend oder sogar schädigend. Manche Menschen haben aufgrund von Gehörschäden durch Überlastung, Krankheit, Unfälle, Fehlbildungen oder einfach durch das Alter, ein eingeschränktes Hörspektrum. Um solche Defizite und Hörverluste auszugleichen und Frequenzen über den Luftschall wieder hörbar zu machen, gibt es Hörgeräte. Moderne Hörsysteme können sogar Frquenzen verschieben oder komprimieren, um bei einer Schwerhörigkeit geschädigte Haarzellen im Innenohr wieder hörbar zu machen.

 

Welche Frequenzen hören Tiere?

Die Hundepfeife ist das klassische Beispiel für die Unterschiede in der Wahrnehmungsfähigkeit von Schallfrequenzen. Für uns stumm, sind die erzeugten Schallwellen dieser Pfeifen für Hunde hörbar. Je nach Modell und Anbieter liegen die Frequenzen zwischen 16.000 Hz und 22.000 Hz. Hunde hören generell im Spektrum von 15 Hz bis 50.000 Hz. Einige Quellen geben sogar eine Hörfähigkeit von bis zu 100.000 Hz an.

Fledermäuse kommunizieren und orientieren sich über den Ausstoss und das Hören von Ultraschallwellen. Darüber, wie sich Ultraschall in den Ohren einer Fledermaus anhört, können wir allerdings nur spekulieren. Die Hörfähigkeit der Fledermaus wird von der Wachsmotte noch weiter übertroffen: Diese kleinen Falter können Töne bis zu 300.000 Hz hören. Im Niederschallbereich sind Tauben Hörkünstler und nehmen Frequenzen um 0,1 Hz bewusst wahr. Die Kommunikation von Walen beginnt im Infraschallbereich und reicht bis in den Hörschall hinein (10 bis 100 Hz).

 

Unsere Welt besteht aus Schwingung, Wellen und Frequenzen

Seitdem die Physik der kleinsten Teilchen bekannt ist, wissen wir, dass alles in elektromagnetischen Frequenzen schwingt. Innerhalb aller Erscheinungen unserer Welt oszillieren und schwingen Atome, Elektronen und noch viel kleinere Teilchen wie Quanten. Diese Mikrobausteine der Welt treffen durch bestimmte Kräfte aufeinander, sind in ständiger Bewegung und zwischen ihnen befinden sich Leerräume. Selbst die härteste Materie, wie ein Stück Eisen vibriert also in einer minimalen Grundfrequenz (Eigenfrequenz). Elektromagentische Wellen breiten sich anders aus als Schall und sind für uns nicht hörbar. Das Elektromagnetische Spektrum:

  • Mikrowellen (300 MHz – 300 GHz).
  • Infrarotstrahlung und Wärmestrahlung (300 GHz – 385 THz).
  • Sichtbares Licht (789 THz – 30 PHz).

Überall in der Natur kommen hörbare und nicht hörbare Schallwellen sowie elektromagnetische Wellen vor:

  • Das Erdmagnetfeld erzeugt diverse Frequenzen.
  • Die Erde erzeugt Radiowellen, die ins All strahlen.
  • Wetterereignisse wie Wind, Donner und Blitze erzeugen Schall und elektromagnetische Wellen.
  • Alle möglichen Arten von Naturgeräuschen (Wasserplätschern, Vogelgezwitscher usw.)
 

In welcher Frequenz schwingt der Mensch?

Genau betrachtet besteht auch der menschliche Organismus aus vielen Teilchen, schwingenden Bewegungsabläufen und Leerräumen. Menschliche Zellen oszillieren und produzieren Schwingungen sowie minimale Mengen Strom. Die Zellschwingung liegt im Idealfall zwischen 62 und 65 Hz. Dazu kommen Schallwellen und Schwingungen organischer Abläufe: Herzschlag, das Rauschen des Blutes in den Adern, Darmgeräusche, unsere Stimme oder Atemgeräusche. Auch das Gehirn sendet permanent Wellen aus und kommuniziert so mit der Umwelt. Bisher erforschte und bekannte Hirn-Frequenzen sind:

  • Gamma-Wellen (30 – 100 Hz+)
  • Beta-Wellen (14 – 30 Hz)
  • Delta-Wellen (0,1 – 4 Hz)
  • Alpha-Wellen (8 – 14 Hz)
  • Theta-Wellen (4 – 8 Hz)

Ein Mensch schwingt also nicht nur in einer einzigen Frequenz, sondern sendet viele verschiedene Wellen und Signale aus. Alle diese Wellen beeinflussen sich gegenseitig und gehen in Kontakt mit anderen (sie resonieren). Neurobiologen fanden zum Beispiel heraus, dass der Hippocampus, eines unserer wichtigsten Hirnareale, Wellen mit 7,83 Hz aussendet. Dieses Signal resoniert mit den Schumann-Frequenzen, die in der Erdatmosphäre gebildet werden.

 

Schwingungsmedizin und Frequenzheilung

Bereits vor einhundert Jahren wurden die Zellschwingung und Beeinflussungen von Forschern wie Georges Lakhovsky untersucht. Schwingungsmediziner gehen davon aus, dass Krankheiten von bestimmten Frequenzen im Umfeld eines Menschen verursacht werden. Die schadhaften Schwingungen werden (durch Resonanz) aufgenommen und manifestieren sich in Form von Krankheiten aller Art. Lakhovsky erfand den Multiwellenoszillator, mit dem er das Schwingungs- und Frequenzfeld eines Menschen optimieren wollte. Moderne Bioresonanz-Technologien arbeiten mit ähnlichen Prinzipien. Im Rahmen der alten und neuen Forschungen fand man heraus, dass der menschliche Körper auf gewissen Frequenzen mit Wohlbefinden reagiert, während andere störend sind. Dabei spielt die Frequenzgrösse nicht die entscheidende Rolle. Vielmehr fühlen sich Menschen mit solchen Schwingungsraten wohl, die überwiegend in der Natur vorkommen und nicht künstlich erzeugt werden. Als solche Wohlfühlfrequenzen gelten:

  • 432 Hz
  • 396 Hz
  • 417 Hz
  • 528 Hz
  • 639 Hz
  • 741 Hz
  • 852 Hz
  • 963 Hz

Der Kammerton („Normalton“ in der Musik) zeigt die qualitative Bedeutung der Freuquenzwahrnehmung auf besonders eindrückliche Weise. Ab 1953 wurde er einheitlich auf 440 Hz angehoben (Beispiel Stimmgabel). Heute bezeichnen viele Kritiker diesen Kammerton als unnatürlich und störend. 440 Hz wirkt anregend auf die linke Gehirnhälfte, den Verstand und das Denken. Ein Übermass fördert Stress. 432 Hz dagegen sprechen das Herz und die Gefühlswelt an. Viele Menschen spüren diesen Unterschied. So gibt es sogar schon spezielle Apps, die Musik in 432 Hz umwandeln.

 

Frequenzen im Alltag

Frequenzen begegnen uns täglich bei der Kommunikation, beim Musik hören, beim Sehen oder sogar beim Kochen mit dem Indukstions-Kochfeld. Bei alten analogen UKW Radios muss man die Frquenzen noch mit dem Drehregler einstellen, wogegen wir bei den modernen digitalen DAB+ Radios über einen Knopf von Frequenz zu Frequenz schalten können. Eines haben aber alle Radios, ob analog oder digital gemeinsam, wir empfangen unseren Lieblingssender wie zum Beispiel den Schweizer Sender srf3 immer über eine bestimmte Frequenz.  Nachfolgend einige Beispiele mit der Einheit Frequenz:

  • Radio-Frequenz (Mittelwelle usw.) 
  • TV-Kanal Frequenz
  • Puls-Frequenz (bei Pulsuhr)
  • Ultraschall-Frequenz
  • Tag-Nacht Frequenz
  • Atem-Frequenz
  • Herz-Frequenz
  • Funk-Frequenz
  • Hör-Frequenz
  • Ton-Frequenz
  • Bild-Frequenz
  • Zug-Frequenz
  • Freuenz-Messgerät
  • Hohes Frequenzvorkommen (Auto Stau)
  • etc.