Designing sounds
Alles, was Sie über schallabsorbierende Textilien wissen müssen.
Was sind die Vorteile, wie sind die Textilien konstruiert und wie testen wir sie, um sicherzustellen, dass sie wirklich funktionieren?
Grundkurs Schall
Schall entsteht durch kleine Druckschwankungen in Luft, Wasser oder einem anderen Stoff. Schallwellen sind somit kinetische Energie in Form von Schwingungen, die für uns Menschen in der Regel durch die Luft wahrgenommen werden. Und die Schallquelle selbst, die die Luft zum Schwingen bringt, ist oft eine schwingende Oberfläche. Zum Beispiel sind unsere Stimmen das Ergebnis von Stimmbändern, die dank der Luft aus den Lungen vibrieren. Ähnlich funktionieren Saiten einer Gitarre oder eine Membran in einem Lautsprecher. Schall kann auch durch eine schnelle Verbrennung, wie eine Explosion, entstehen. Wenn die Schallwellen unsere Ohren erreichen, werden sie in Signale umgewandelt, die an das Gehirn gesendet werden, und dann nehmen wir sie als Schall wahr.
Schallfrequenz
Die Frequenz gibt an, welche Tonhöhe ein Ton hat. Ein Hochfrequenzton ist quietschend oder scharf, während ein Niederfrequenzton dröhnend oder gedämpft ist. Die Frequenz wird in Hertz (Hz) gemessen und zeigt an, wie viele Schwingungen pro Sekunde eine Schallwelle hat. 1 Hz bedeutet eine Schwingung pro Sekunde. Das menschliche Ohr kann im besten Fall Töne im Bereich von 20 bis 20.000 Hz wahrnehmen. Oberhalb von 20.000 Hz spricht man von Ultraschall, unterhalb von 20 Hz von Infraschall. Viele Tiere können jedoch einen viel breiteren Frequenzbereich wahrnehmen. Zum Beispiel können Hunde Hochfrequenztöne bis zu 60.000 Hz wahrnehmen. Deshalb reagieren sie auf spezielle Pfeifen, die für uns vollkommen geräuschlos sind.
Es gibt Klangenthusiasten (Audiophile), die behaupten, dass Töne außerhalb des hörbaren Bereichs in Film- und Musikkontexten dennoch von Bedeutung sind. Sie glauben, dass Infraschall für die Basswiedergabe gut ist, weil er den Raum "atmen" lässt, während Ultraschall "räumliche Informationen" hinzufügt, wie z.B. den Gitarristen bei einer Live-Aufnahme, der hinter dem Sänger steht. Ziemlich fortschrittlich, mit anderen Worten.
Da wir beim Thema Musik und HiFi sind, können wir ebenso erwähnen, wie Schallfrequenzen in einem Lautsprecher gehandhabt werden. Die meisten teuren Lautsprecher sind in mindestens drei Komponenten unterteilt, die unterschiedliche Frequenzbereiche verwalten: Bass (etwa 20–200 Hz), Mittelton (etwa 200–2.000 Hz) und Hochton (etwa 2.000–20.000 Hz). Auf Englisch ist die Basskomponente nach dem Bellen eines Hundes benannt (woofer), und der Hochton nach dem Zwitschern von Vögeln (tweeter). Stimmen liegen im Mitteltonbereich, und es ist auch der Bereich, in dem unser Gehör am empfindlichsten ist, d.h. am besten in der Lage ist, Nuancen im Klang wahrzunehmen.
Frequenz
Weil Töne mit niedrigen Frequenzen längere Wellenlängen haben, durchdringen sie verschiedene Materialien einfacher als Töne mit hohen Frequenzen. Deshalb hört man den Bass aus den Lautsprechern des Nachbarn, aber nicht die Höhen. Aus demselben Grund wird ein Schallabsorber effektiver, je mehr der Klang hohe Frequenzen hat. Tiefe Töne sind auch mehr richtungsunabhängig als hohe Töne. Daher spielt es weniger eine Rolle, wo in einem Soundsystem ein Subwoofer platziert wird. Das Ohr kann sowieso nicht bestimmen, woher der Klang kommt.
Schallvolumen
Schallvolumen, Schallpegel oder Schallintensität beziehen sich darauf, wie laut oder wie viel es klingt. Die Höhe der Spitzen und die Tiefe der Täler in einer Schallwelle wird als Amplitude bezeichnet. Der Wert beschreibt die Tonhöhe, was dem Volumen entspricht. Dies wird in Dezibel (dB) gemessen, und 0 dB ist die Schwelle dessen, was ein menschliches Ohr wahrnehmen kann. Ab etwa 85 dB beginnt das Schallvolumen schädlich laut zu werden, die Schmerzgrenze liegt bei 130 dB und bei 180 dB platzt das Trommelfell.
So werden unterschiedliche Geräusche wahrgenommen
10 dB – Atmen
20 dB – Mücke
30 dB – Flüstern
40 dB - Kühlschrank
60 dB - Gespräch
70 dB - Staubsauger
80 dB - Lastwagen
90 dB - Rasenmäher
100 dB - Hubschrauber
110 dB - Rockkonzert
120 dB – Polizeisirene
130 dB - Düsenflugzeug
160 dB - Schuss
Die Geschwindigkeit des Schalls
Je dichter ein Material ist, desto schneller reist der Schall durch es. In der Luft bewegen sich Schallwellen mit etwa 340 m/s, was 1.224 km/h oder Mach 1 entspricht. Im Wasser sind es etwa 1.500 m/s und in Metall kann es je nach Metalltyp bis zu etwa 6.300 m/s erreichen. Wenn ein Flugzeug die Schallgeschwindigkeit überschreitet, durchbricht es die Schallmauer. Eine Druckwelle entsteht, und wenn sie den Boden erreicht, führt dies zu einem explosionartigen Überschallknall, der Fenster zerbrechen und ganze Gebäude beschädigen kann. Daher ist es seit langem verboten, in bebauten Gebieten die zivile Luftfahrt mit Überschallgeschwindigkeit zu betreiben.
Mit Klang als Werkzeug
Dank des Wissens über die Schallgeschwindigkeit können wir Entfernungen auf unterschiedliche Weise messen. Beispielsweise sendet ein Sonar Schallwellen aus und berechnet dann, wie lange es dauert, bis sie zurückprallen. Da wir wissen, wie schnell sich Schall im Wasser ausbreitet, kann das Sonar uns sagen, wie tief es ist.
Wir können die Schallgeschwindigkeit auch nutzen, um zu berechnen, wie weit ein Blitzschlag entfernt ist. Da es ungefähr 3 Sekunden dauert, bis der Schall 1 km zurückgelegt hat, und das Licht unglaublich viel schneller reist (etwa 300.000 km/s), können wir zählen, wie viele Sekunden es dauert, bis der Donner uns erreicht, nachdem wir den Blitz gesehen haben. Wenn es 3 Sekunden dauert, ist er daher 1 km entfernt.
Eine weitere etwas magische Technik, die auf fundiertem Wissen basiert, ist die aktive Geräuschunterdrückung, die in einigen Kopfhörern zu finden ist. Damit sie funktioniert, wird ein Mikrofon verwendet, um die Schallwellen von Hintergrundgeräuschen oder Störungen aufzufangen. Die exakt gleichen Schallwellen, jedoch komplett invertiert, werden dann durch die Kopfhörer ausgegeben. Das Ergebnis ist Stille, und Sie müssen den Lärm im Büro, im Bus oder wo auch immer nicht mehr hören. Diese Technologie wird auch in einigen Autos und Flugzeugen eingesetzt.
Wie das Ohr funktioniert
Unsere Ohren bestehen aus drei Teilen: dem Außenohr, dem Mittelohr und dem Innenohr. Der äußerste Teil beginnt mit der Ohrmuschel, die das ist, was wir als Ohr bezeichnen. Die Aufgabe der Ohrmuschel ist es, Schallwellen aufzufangen und in den Gehörgang zu leiten. Ein wenig weiter im Ohr erreichen sie das Trommelfell, das dann zu vibrieren beginnt. Das Trommelfell sendet die Wellenbewegungen über die drei Gehörknöchelchen im Mittelohr und weiter in die Cochlea im Innenohr. Die Haarzellen in der Cochlea senden dann Nervensignale an das Hörzentrum im Gehirn, und wir nehmen die Schallwellen als Klang wahr. Wenn der Druck auf das Trommelfell zu groß wird, kann es reißen. Dies kann durch ein lautes Geräusch oder einen Schlag auf das Ohr geschehen. Oder der Druck kann von innen in Form einer Ohrinfektion kommen. Aber unabhängig davon heilt das Trommelfell normalerweise schnell von selbst.Nachhall und Echo
Jeder Raum hat einen gewissen Grad an Nachhall. Das bedeutet, dass der Schall reflektiert wird und dadurch im Raum verweilt. Um herauszufinden, ob ein Raum einen langen oder kurzen Nachhall hat, können Sie ihn mit einem einfachen Händeklatschen testen. Je schneller der Schall verschwindet, desto kürzer ist die Nachhallzeit des Raumes, was gut ist.
Echo ist im Wesentlichen das gleiche Phänomen wie Nachhall. Es tritt ebenfalls auf, wenn Schall von einer Oberfläche reflektiert wird, wird jedoch mit einer solchen Verzögerung erneut wahrgenommen, dass es wie ein separates Geräusch erscheint. Normalerweise ist eine Verzögerung von einem Zehntel einer Sekunde erforderlich, damit es als Echo wahrgenommen wird, was bedeutet, dass die reflektierende Oberfläche in der Regel mindestens 17 Meter entfernt sein muss. Schnellere Echos können jedoch auftreten, wenn der Schall mehrmals zwischen zwei Oberflächen in kürzeren Abständen hin und her springt. Dies nennt man Flutter-Echo und kann in Fußgängertunneln und ähnlichen Orten erlebt werden. Das Echo wird auch stärker, wenn die reflektierende Oberfläche gekrümmt ist.
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Artikel über Schallumgebung
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