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Schall

Schall = mechanische Schwingungen und Wellen eines elastischen Mediums (Akustik = Lehre vom Schall)

Schallarten

Wenn sich die Schwingungen in der Luft fortpflanzen, spricht man von Luftschall. Bei Schwingungen in festen Körpern, z. B. im Mauerwerk eines Hauses, spricht man von Körperschall.

Frequenzbereich

Der menschliche Hörbereich umfasst einen maximalen Frequenzbereich von 16 bis 20.000 Hz.
Das Frequenzspektrum wird logarithmisch unterteilt:

Unser Ohr kann maximal zehn Oktaven hören. Eine Oktave entspricht einer Verdoppelung der Frequenz.
D. h. die höchste hörbare Frequenz schwingt über 1000 mal so schnell, wie die niedrigste hörbare Frequenz.
Die folgende Darstellung veranschaulicht das Frequenzspektrum anhand von Beispielen:

Tonhöhe

Die Tonhöhe ergibt sich aus:
f = c / L
f Schallfrequenz (Tonhöhe) [Hz=1/s]
c Schallgeschwindigkeit [m/s]
L Wellenlänge [m]

Schallgeschwindigkeit

Die Schallgeschwindigkeit in der Luft ist temperaturabhängig:
cLuft = 331,6 + 0,6 · T Luft
c_Luft Schallgeschwindigkeit [m/s]
T_Luft Temperatur [°C]
Daraus ergibt sich eine Schallgeswindikeit von 340 m/s bei einer Lufttemperatur von 14°C.

Wellenlängen

Somit ergeben sich folgende Tonhöhen bei Wellenlängen von:

Überschall

Eine Geschwindigkeit, die grösser als die Schallgeschwindigkeit in der Luft ist (340 [m/s]), bezeichnet man als Überschall.
Mach 1 = einfache Schallgeschwindigkeit
Mach 2 = doppelte Schallgeschwindigkeit
usw.

Schallinformationen

Der Mensch kann folgende Informationen in Form von Schall wahrnehmen:

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Klang

Bei identischen Grundtönen können Unterschiede anhand von sog. Oberschwingungen erkannt werden.
Man unterscheidet zwischen Tönen, Klängen und Geräuschen.

Ton

Beim Ton verläuft die Schwingung in Abhängigkeit von der Zeit sinusförmig, die in Hertz gemessen wird.
Ein Ton stellt sich im Frequenzspektrum als eine Linie bei einer bestimmten Frequenz dar.

Klang

Ein Klang entsteht durch das Zusammenklingen von mehreren Tönen. Dabei bestimmt der tiefste Teilton (Grundton) die subjektiv empfundene Klanghöhe. Die Frequenzen der höheren Teiltöne (harm. Töne, Obertöne) sind ganzzahlige Vielfache des Grundtones.

Geräusch

Ein Geräusche weist in der Regel ein kontinuierliches Frequenzspektrum auf. Es liegen meist sehr viele Teiltöne vor, deren Frequenzen in keinem einfachen Zahlenverhältnis zueinander stehen.

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dB

dB - Abk. Dezibel = Hilfsgröße zur Bestimmung eines Schallpegels

Um die auftretenden Schalldruckpegel über 7 bis 8 Größenordnungen (2·1^0-5 Pa bis 2·10² Pa) besser handhaben zu können, wurde eine logarithmische Maßeinheit für den Schalldruck, der Schalldruckpegel (engl. SPL) eingeführt. Willkürlich wurde ein "Nulldruck" festgelegt:
po = 2·10-5 Pa

Alle anderen Schalldruckpegel werden im Verhältnis zu diesem Nullpegel angegeben und zwar in db (Dezibel).
Schalldruckpegel (dB)=20·log(px/po) wobei p_x der tatsächliche Schalldruck ist.

Das bedeutet, dass eine Verzehnfachung des Schalldrucks einer Erhöhung des Schalldruckpegels um 20 dB (SPL) gleichkommt.

Der Schalldruck an der Schmerzschwelle (140 dB SPL) entspricht dem 10-Millionen-fachen Schalldruck an der Hörschwelle! Das entspricht anschaulich dem Verhältnis von 10 km zu 1 mm.

dB - Tabelle

Schallpegel-Addition

Zusammenhang zwischen Lautstärke, Schallpegel, gleichlauten Schallquellen und Schalldruck:

Beispiel:

Wenn ein Soundsystem bei einer gemessenen Leistung von 200W RMS-Leistung eine Lautstärke von 100dB erzeugt,
braucht man beim selben Sondsystem eine Leistung von 2000W RMS-Leistung für eine Lauststärke von 110db.

Einfluss der Entfernung

Beispiel:

In einer Entfernung von 10m ist der Schalldruckpegel um 20 dB geringer als in einem Meter. Mit einigen wenigen Werten kann man den Pegelabfall für verschiedene Entfernungen recht genau abschätzen. Eine Multiplikation von Werten die die Entfernung definierten, entspricht einer Addition der dB-Werte:

z.B. Entfernung 60m:
2 m  ·   3 m   ·   10 m = 60 m
also
6 dB + 10 dB + 20 dB= 36 dB

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Phon

Beschreibung des Schalldrucks über den Frequenzverlauf, so dass er vom Menschen stets als gleich laut empfunden wird.

Subjektiv haben Schallwellen mit gleichem Schalldruck bei unterschiedlicher Frequenz nicht die gleiche Lautstärke.
Nach subjektiven Angaben (Bewertungen A, B und C, deshalb wird oft von dB(A) gesprochen) wurden Kurven gleicher Lautstärke ermittelt.

Sie dienen zur Festlegung des Lautstärkepegels.
Seine Einheit ist Phon.

Bei 1 kHz ist die Phonskala zahlenmäßig gleich der Dezibelskala.
Am empfindlichsten ist das menschliche Ohr im Frequenzbereich von 2.000 bis 5.000 Hz.

 

Hörschwelle

Die Hörschwelle ist frequenzabhängig (vgl. Bild, unterste Kurve). Bei 1.000 Hz beträgt die Hörschwelle, d.h. der Schalldruck, der gerade noch eine Hörempfindung auslöst.
ca. 3·-5 Pa (4 Phon)
Mit zunehmendem Alter eines Menschen steigt die Hörschwelle vor allem bei höheren Frequenzen an.

Physiologische Akustik

Die Hörschwelle für einen Ton steigt ganz erheblich, wenn gleichzeitig andere Töne erklingen.
Das bedeutet, dass wir immer nur den lautesten Ton hören.
Diese Maskierung ist auch Grundlage für psychoakustische Kompressionsverfahren wie MP3.

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Hifi

HiFi - Abk. für high fidelity (engl. = hohe Klangtreue)

Genormte Mindestübertragungsqualität elektroakustischer Apparaturen mit hoher Übertragungstreue im menschlichen Hörbereich.

Damit sollen die Unterschiede zwischen Original und Reproduktion (Wiedergabe) nicht mehr hörbar, sondern nur noch meßbar sein.

Um die Mindestanforderungen an einer HiFi-Anlage zu definieren, existiert die seit den 70´ern bestehende, mittlerweile weltweit anerkannte, Norm DIN 45500. Erst durch sie wurden der HiFi-Gedanke auch bei den breiten Massen populär. Mittlerweile aber werden deren Anforderungen als zu niedrig kritisiert, da sie sich noch an den bezahlbaren technischen Möglichkeiten der Entstehungszeit orientiert.

Deshalb hat die Norm DIN 45500 heute nur noch eine geringe Bedeutung. Inzwischen erreichen fast alle Geräte diese Richtlinien ohne größeren Aufwand dank der Fortschritte in der Elektrotechnik.

Der für Heimkino bisher verwendete nationale sog. Hi-Fi-Standard (DIN 45500) ist nicht mehr gültig. Er wurde im Jahre 1989 durch den internationalen IEC-Standard 268 (DIN EN 60268) ersetzt. Dieser gibt Mindestanforderungen für eine höhere Qualifikationsklasse gegenüber handelsüblichen Massenerzeugnissen vor.

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High-End

High-End - (engl. = hochwertig, oberes Ende der Leistungsskala, das höhere Ziel)

Attribut für die jeweils leistungsfähigsten (und und damit zumeist auch teuersten) Mitglieder einer Produktklasse.
High-End ist die Bezeichnung für eine Technik der elektronischen Aufnahme und Wiedergabe von Schallereignissen (insbesondere Musik), die höchsten Qualitätsansprüchen genügt. "Original" und "Wiedergabe" sollen sich nicht vom menschlichen Gehör unterscheiden lassen.
Spätestens seit es die High End Messe gibt (1982), ist der Begriff "High End" einem grösseren Publikum bekannt. War es anfangs nur ein Versuch, sich von dem damals üblichen, aber eben doch schon etwas verwaschenen Begriff "Hifi" bzw. Hifi-Stereo" abzusetzen, so wurde daraus für die kommenden Jahre schon ein gewisses Qualitätsmerkmal.

Was ist HIGH-END ?

Wenn ein Gerät gut und livehaft klingt (was auch ein jeder darunter versteht)
+ mit hervorragenden Bauteilen bestückt ist
+ mit innovativer Technik entwickelt und erdacht ist
+ gute Messdaten hat
+ kein "Brummen" verursacht
+ auch leise mit allen Klangfarben gehört werden kann
+ langzeitstabil ist
+ ein stabiles Gehäuse hat
+ mit einem schönen und ansprechenden Design versehen ist,
dann handelt es sich im allgemeinen um ein High End Gerät.

Von einer High End Norm ist diese Definition natürlich noch weit entfernt. Die objektivierbaren Punkte könnten durchaus in eine Norm gefasst werden, aber bei den subjektiven Punkten ist es weitaus schwieriger, wenn nicht unmöglich, eine Norm zu definieren.
Es wäre allerdings sehr hilfreich, wenn es gelingen würde, objektivierbare Kriterien zur Beurteilung von guten und livehaften Klang zu finden, wenn man messen könnte was die Ohren erfassen. Dann würde zwar der emotionale Anteil des Musikhörens noch als subjektive Bewertung übrig bleiben, aber ein wesentlicher Teil der Bewertung wäre dann objektiv zu erfassen. Solange das nicht möglich ist, werden wir uns mit den oben aufgeführten Punkten begnügen müssen.

Quelle: © Siegbert Tessendorf, Entwicklung TE Audio Systeme