Tonhöhe und Lautstärke – zwei Töne am Oszilloskop vergleichen
NaturwissenschaftenLicht und SchallAlter 12–13
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Als Nächstes in Licht und Schall
Eine Stimmgabel oder eine Saite schwingt mit einer Frequenz f und einer Amplitude A, die die Lernenden wählen; ein Oszilloskop zeigt den Schwingungsverlauf, Skalen zeigen Lautstärke (dB) und Tonhöhe. Je größer die Frequenz, desto höher der Ton; je größer die Amplitude, desto lauter der Ton; im Vergleichsmodus erscheinen zwei Töne auf demselben Bildschirm. Eine Anhören-Schaltfläche spielt den echten Ton ab, und der Hörbereich des Menschen von 20 Hz bis 20.000 Hz ist markiert. Zwei weitere Ansichten: Klangfarbe vergleicht Schwingungsbilder und Obertonspektren von Instrumenten, die denselben Ton spielen (mit einem unbekannten Instrument zum Bestimmen), und Schallpegel stellt ein Messgerät in wählbarem Abstand von einer oder zwei Quellen auf, mit Dämpfung, L = 10·lg(I/I₀), dem 1/r²-Gesetz und täglichen Lärmgrenzen.
Lektion: Lautstärke und Tonhöhe
Was sie zeigt
Die Tonhöhe hängt von der Frequenz ab, die Lautstärke von der Amplitude: Eine Stimmgabel oder Saite schwingt, während ein Oszilloskop die Schwingung zeichnet, mit T = 1/f und λ = v/f. Instrumente, die denselben Ton spielen, wiederholen sich mit derselben Grundfrequenz f₁, mischen aber die Harmonischen 2f₁, 3f₁… in anderen Anteilen – das ergibt ihre Klangfarbe. Der Schallpegel in Dezibel ist L = 10·lg(I/I₀) mit I₀ = 10⁻¹² W/m²; bei einer Punktquelle gilt I ∝ 1/r², also sinkt L um 6 dB, wenn sich der Abstand verdoppelt, und zwei gleiche Quellen ergeben 3 dB mehr. Über 85 dB halbiert sich die empfohlene tägliche Hördauer je 3 dB.
So funktioniert es
In Tonhöhe und Lautstärke drücken Sie Tonhöhe vergleichen oder Lautstärke vergleichen und ziehen über das Oszilloskop, um Schwingungen zu zählen. In Klangfarbe stellen Sie die Grundfrequenz f₁ ein, wählen Klang A und Klang B, vergleichen Schwingungsbilder und Spektren und drücken A anhören oder B anhören; wählen Sie Unbekanntes Instrument für Klang B und bestimmen Sie es. In Schallpegel (dB) stellen Sie Quellenpegel, Quellen und Dämpfung ein, ziehen das Messgerät, drücken Messung notieren und lösen die Aufgaben.
Einstellbare Parameter
- Frequenz von Ton 1 10–30000 Hz
- Schwingungsamplitude von Ton 1 0,05–5 mm
- Schallquelle Stimmgabel, Saite
- Mit einem zweiten Ton vergleichen
- Ansicht Tonhöhe und Lautstärke, Klangfarbe, Schallpegel (dB)
Fragen zum Erkunden
- Wie unterscheidet sich die Oszilloskopkurve eines 880-Hz-Tons von der eines 440-Hz-Tons gleicher Amplitude?
- Warum klingen Flöte und Geige beim selben Ton verschieden, und was haben sie gemeinsam?
- Um wie viele Dezibel sinkt der Schallpegel, wenn man von 2 m auf 8 m Abstand zu einem Lautsprecher geht?
