Biologisches Hören und Sounds in der Gestaltung
Schall entsteht durch in Schwingung versetzte Materialteilchen (z.B. Luftmoleküle) die sich als Schallwellen ausbreiten.
Das menschliche Ohr fungiert als Schallempfänger. So gelangt die Schallwelle zunächst über den äußeren Gehörgang zum Trommelfell. Das Trommelfell ist eine sehr dünne und empfindliche Membran, die durch den Schalldruck in Schwingung versetzt wird. Weitergeleitet wird diese Schwingung im Mittelohr über die drei Gehörknöchel: Hammer, Amboss und Steigbügel. Da das Trommelfell ca. 16-mal größer ist als der Steigbügel und die Gehörknöchel eine Hebelwirkung erzielen, führt die Übertragung des Schalls vom Außen- zum Innenohr zur Verstärkung des Schalldruckes um etwa Faktor 60. Jetzt kommt der Schall in der Schnecke an, welches das eigentliche Organ der Hörempfindung ist. Dort befinden sich härchenförmige Sinneszellen, die sich durch den Schalldruck verbiegen und diese Information über den Schneckennerv an das Gehirn weiterleiten. Das Gehirn kann nun die Lautstärke, die Tonhöhe und die Schallrichtung ermitteln.
- Bei der Lautstärke gilt, je mehr Sinneszellen sich bewegen, desto lauter empfinden wir den Schall. Somit wird die Lautstärke über die Anzahl an erregten Sinneszellen bestimmt.
- Die Ermittlung der Tonhöhe geschieht über die Bestimmung des Ortes der Sinneszellen. Die tiefen Frequenzen registriert das Hirn aus dem äußeren Teil der Schnecke, hohe Frequenzen aus dem inneren.
- Die Richtung, aus der der Schall kommt, kann man aus der zeitlichen Verzögerung zwischen dem linken und rechten Ohr ermittelt. So bildet sich das räumliches Hörempfinden.
Grund- und Obertöne sind die Bausteine des Sounds. In der Physik wird der Ton als eine rein sinusförmige Schwingung dargestellt. Um einen Ton besser definieren zu können gibt es folgende Kennwerte, die ihn charakterisieren:
- Eine vollständige Schwingung nennt man Periodendauer T und die zugehörige Einheit ist die Sekunde [s].
- Die Anzahl an Schwingungen pro Sekunde ist die Frequenz f mit der Einheit Hertz [Hz]. Außerdem ist die Frequenz das Maß für die Tonhöhe: je höher die Frequenz ist, umso höher empfinden wir einen Ton. Ein junger gesunder Mensch hört Töne zwischen etwa 20 Hz bis 20.000 Hz (20 kHz). Bei älteren Menschen sinkt die obere Hörgrenze. Sie können evtl. schon einen Ton von 10 kHz nicht mehr hören. Frequenzen unter 20 Hz nennt man Infraschall; Frequenzen über von 20 kHz Ultraschall.
- Die Amplitude û ist die maximale Höhe einer Schwingung und zeigt, wie laut ein Ton ist (je größer die Amplitude eines Tones ist, desto lauter wird er gehört). Zu beachten ist, dass zwischen der Amplitude und der wahrgenommenen Lautstärke kein linearer Zusammenhang besteht, sondern unser Ohr funktioniert logarithmisch. Mehr dazu erfährst du im nächsten Teil, der "Pegel".
Das Weber-Fechner-Gesetz beschreibt: Unser Ohr kann eine Schallleistung über einen sehr großen Amplitudenbereich wahrnehmen, weshalb unser Ohr logarithmisch funktioniert. Der Vorteil an einer logarithmischen Funktionsweise ist, dass man ein viel größerer Zahlenbereich darstellen kann. So kann man extrem leise oder laute Töne nur an einer logarithmischen Skala darstellen und nicht an einer linearen Skala.
In der Audiotechnik verwendet man diese Skalierung, die als Pegel a bezeichnet wird. Die Einheit für Pegel ist Dezibel [dB]. Berechnen kann man den Pegel mit der Formel:
Ein positives Ergebnis (bzw. positiver Pegel) steht für eine Erhöhung der Lautstärke und somit ein negativer Pegel für eine Reduzierung. Audiosoftware, Verstärker und Mischpulten zeigen allerdings nur negative Werte an. Dort ist deshalb 0dB die Aussteuergrenze.
Allerdings stimmt der Pegel nicht exakt mit der objektiven Lautstärkewahrnehmung des Menschen überein: Diese wird in der Einheit Phon angegeben und wird ebenfalls logarithmisch skaliert.
Ein Ton, ein Klang oder ein Geräusch haben unterschiedliche Entstehungseigenschaften:
- Wie oben schon erwähnt ist ein Ton eine reine Sinusschwingung. Da er nicht natürlich vorkommt, muss die Herstellung künstlich erfolgen. Ein Beispiel ist das Freizeichen bzw. der Wählton bei einem Telefon oder Handy.
- Ein Klang entsteht, wenn eine Frequenz f den Grundton des Klangs mit einer sinusförmigen Schwingung überlagert. Der harmonische Klang entsteht erst, wenn die Frequenz des Obertones ein ganzzahliger Vielfach (2f, 3f, 4*f, …) von der Frequenz des Grundtones ist. Umso höher die Frequenz ist, umso mehr nimmt die Amplitude des Obertones ab. Eine menschliche Stimme, aber auch ein Instrument, haben natürliche Klänge und eine komplexe Obertonreihe. Diese Obertöne geben unserer Stimme eine eigene und individuelle Klangfarbe. So können wir trotz z.B. schlechter Klangqualität eines Telefons, die Stimme unseres Gesprächspartners erkennen.
- Und zu guter Letzt das Geräusch: Hier handelt es sich um eine Überlagerung nichtperiodischer Druckschwankungen unterschiedlicher Frequenzen. Dadurch entsteht ein Frequenzgemisch ohne richtige Ordnung. Im Alltag begegnen wir immer Geräuschen, wie z.B. das Knallen einer Tür, Schritte, usw. Ein weiteres Beispiel ist das “Weiße Rauschen”. Das entsteht durch mehrere Tonfrequenzen, die zur selben Zeit gleich laut abgespielt werden und somit andere Geräusche maskieren, deren Frequenz sich irgendwo im selben Bereich befindet. Es klingt ähnlich statisch wie das Geräusch einer Fernsehstörung bzw. des Radios. Verwendet wird das “Weiße Rauschen” in der Audiotechnik.
Der Musikwissenschaftler Helmut Rösing beschrieb welche Eigenschaften ein von den Basisemotionen Freude, Trauer, Machtgefühl und Zärtlichkeit getragenes Musikstück haben müsste. Z.B. stellt man in der Musik eine betonte Aktivität, die hell und lebendig klingen soll, mit großen Intervallen (Tonraum zwischen zwei Tönen), abwechslungsreicher Rhythmik und schnellem Tempo dar. Mit dieser Fähigkeit kann man einem Werbespot einen bestimmten Charakter verleihen und die Emotionen des Kunden leiten. In dem Werbespot für das neue iPhone 12 wird uns der neue Mobilfunkstandart 5G präsentiert:
Ab ca. Sekunde 11 entsteht eine mit künstlich hergestellten Tönen entstehende Spannung. Der Sound wird immer lauter und wirkt in die Länge gezogen. Ab dem Moment, als alle Lieder auf das iPhone heruntergeladen worden sind, fängt der Beat wieder an. So erreicht man eine Spannung beim Kunden, der von dem Clip gefesselt ist. Er möchte mehr über das iPhone erfahren. Danach zieht uns die lebendige Rhythmik in den Bann.
Auch in Filmen und Serien werden Geräusche, Klänge und Töne verwendet, um bestimmte Atmosphären zu erzeugen.
In vielen alltäglichen Gegenständen spielen Geräusche und Klänge ebenso eine wichtige Rolle, z. B. bei einem Auto. Das Zuknallen einer Autotür darf nicht scharf klingen und muss für den Kunden angenehm sein. Außerdem kann man bei neuen, modernen, geräuscharmen und gleichmäßig laufenden Motoren durch spezielle Auspufftöpfe das Geräusch eines Fahrenden Autos verändert. In der Tuning-Szene wird damit oft übertrieben und legale Pegelgrenzen nicht selten überschritten.
Man merkt, Sounds spielen eine wichtige Rolle in der Gestaltung und in der Wirkung auf unser soziales Umfeld.
Text: Agnes| Bild: Mikias| Quiz: Fabienne