83 49 Tonhöhe und Frequenz Spielst du ein Musikinstrument? Was kannst du über die verschiedenen Töne aussagen? Versuch: Schließe einen Lautsprecher an einen Tonfrequenzgenerator an (Abb. 49.1) und ändere die Frequenz am Einstellregler. Wie ändert sich dabei der Ton? Die Membran des Lautsprechers schwingt und es entstehen, ähnlich wie bei der Lochsirene (Abb. 48.3), Schallwellen. Je nach Anzahl der Schwingungen der Membran pro Sekunde hörst du höhere oder tiefere Töne. Versuch: Lege kleine Styropor-Flocken auf die Membran des Lautsprechers und beobachte diese bei verschiedenen Tonhöhen. Wenn sich die Styroporteilchen schneller bewegen, ist die Zahl der Schwingungen, die die Membran ausführt, größer. Die entstehende Schallwelle nehmen wir als einen höheren Ton wahr. Bei einer Verringerung der Schwingungszahl folgen in der Schallwelle weniger Verdichtungen und Verdünnungen pro Sekunde aufeinander. Wir hören einen tieferen Ton, weil die Zahl der Schwingungen der Luftteilchen pro Sekunde kleiner geworden ist. Die Höhe eines Tones kann durch seine Schwingungszahl oder Frequenz1 (frequency) angegeben werden (Abb. 49.2). Die Frequenz (f ) wird aus der Anzahl (n) der zugehörigen Schwingungen in der Zeit (t) berechnet: Frequenz = Anzahl der Schwingungen ___________________ Zeit f = n __ t Die Einheit der Frequenz ist das Hertz2 (Hz). 1Hz = 1 Schwingung/1 Sekunde 1000Hz = 1 kHz (Kilohertz) Zu jedem Ton gehört eine bestimmte Frequenz. Ein Ton ist umso höher, je größer seine Frequenz ist. Der tiefste Ton, den wir noch hören können, hat eine Frequenz von etwa 16Hz, der höchste, je nach Lebensalter, 16 000 bis 20 000Hz. Der Hörbereich des menschlichen Ohres wird mit zunehmendem Alter kleiner. In der Musik hat man für die Stimmung der Instrumente einen eigenen Normstimmton (standard tone) eingeführt. Er heißt auch Kammerton. Man hat dazu das a’ (eingestrichenes a) ausgewählt und festgelegt: Der Normstimmton oder Kammerton a’ hat eine Frequenz von 40Hz. Ein Schall über der oberen Hörgrenze des Menschen heißt Ultraschall3. Manche Tiere, wie z. B. Hunde und Fledermäuse, können noch Töne im Ultraschallbereich wahrnehmen (Abb. 49.3). Sind hohe Töne lauter? 49.1 Lautsprecher und Styropor-Flocken 49.2 Oszilloskopbild zweier Töne 49.3 Eine Fledermaus orientiert sich mit Hilfe von Ultraschall. 49.1 Welche Tonhöhe (in Hertz) erhält man, wenn sich eine Scheibe mit 48 Löchern in 10 Sekunden 20-mal dreht? Du bist dran – zeige deine Kompetenz: 49.4 Franziska Seidl (1892–1983), österreichische Physikerin. Sie führte als eine der ersten Physikerinnen Ultraschallexperimente durch. Die Höhe eines Tones steigt mit der Frequenz der Schwingung. Der Kammerton a’ hat eine Frequenz von 440Hz. 1 frequens (lat.) … häufig 2 Heinrich Hertz, (1857–1894), deutscher Physiker 3 ultra (lat.) … jenseits Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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