Smarte Töne
Mit einer App lassen sich Schallsignale analysieren und Töne generieren. Das ermöglicht viele Experimente.
Schwingende Körper, wie Saiten, Membranen oder Klangstäbe rufen in ihrer direkten Umgebung Druckschwankungen hervor, die sich in Form von Schallwellen durch den Raum ausbreiten. In Abhängigkeit des Anregungsmechanismus unterscheidet man in der Physik zwischen den vier Schallarten Ton, Klang, Geräusch und Knall. Obwohl in der Alltagssprache die beiden Begriffe Ton und Klang fast synonym verwandt werden, gibt es aus Sicht der Physik zwischen ihnen klare Unterschiede.
Ein Ton entsteht immer dann, wenn die Druckschwankungen und somit die Schwingung des Schall emittierenden Körpers durch eine einzige Sinusfunktion beschrieben werden kann. Dann handelt es sich um eine harmonische Schwingung. Unterzieht man das akustische Signal eines Tons einer Fourier-Analyse und stellt das Ergebnis in Form eines Frequenzspektrums dar, so erhält man eine einzige Spektrallinie bei der Frequenz f. Abbildung 1 zeigt ein Messbeispiel, aufgenommen mit der App Audio Kit.
Abb. 1 Frequenzspektrum des Tons einer Stimmgabel
Registriert man den von einem Musikinstrument erzeugten Ton mit dem Mikrofon eines iOS-Geräts und stellt das Oszillogramm des Signals mit Audio Kit grafisch dar, so ergibt sich ein periodisches, jedoch kein sinusförmiges Schwingungsbild (Abbildung 2). Hier spricht man in der Physik von einem Klang.
Abb. 2 Oszillogramm des c‘‘ einer Blockflöte
Entsprechend dem Satz von Fourier, lässt sich ein solches Signal als Summe von Sinusfunktionen darstellen, deren Argumente ganzzahlige Vielfache einer Grundfrequenz sind. Das Frequenzspektrum eines Klangs besitzt, im Gegensatz zu dem des Tons, somit mehrere Spektrallinien.
Wie sich Töne, Klänge, Geräusche und ein Knall mit der kostenlosen App Audio Kit analysieren und erzeugen lassen, können Sie in der neuen Ausgabe von Physik in unserer Zeit lesen. Der Artikel steht bis zum 16.6. zum freien Download zur Verfügung.
