Schwingung und Natur

Schall und Licht sind Schwingungen.

Schall

Beim Schall schwingt die Luft. Genauer gesagt schwingt die Druckverteilung innerhalb der Luft. Vor der Schallquelle breiten sich kugelförmige Wellen aus. Das Trommelfell des Ohres empfängt sie und leitet sie zum Gehirn weiter wo der Höreindruck entsteht.

Licht

Bei Licht schwingen die Photonen. Licht ist der sichtbare Teil des Elektron Magnetischen Spektrums.
Elektro Magnetisches Spektrum Bild: Das Elektro Magnetische Spektrum - Sichtbarer Bereich [Quelle:WikiPedia]
Der Frequenzbereich des sichtbaren Lichts beträgt ca. eine Oktave.

Schwingungen

Jede Schwingung hat eine Frequenz. Bei Schall bestimmt sie die Tonhöhe, bei Licht die Farbe.
Jede Frequenz entspricht einer Wellenlänge. Das ist die räumliche Länge die eine Einzelschwingung braucht.
f = c / λ
mit:
  • f die Frequenz der Schwingung. Anzahl der Schwingungen pro Sekunde pro Sekunde in Hz.
  • c die Ausbreitungsgeschwindigkeit, bei Schall ca 360m/s bei Licht die Lichtgeschwindigkeit
  • λ die Wellenlänge
Harmonische Schwinung Bild: Harmonische Schwinung [Quelle:WikiMedia]
Für den Ton A mit 440Hz ist die Länge 81.8cm auf der X-Achse. Dem Luftdruck entspricht die Y-Achse.

Töne in Farbe, Länge und Tempo umrechnen


Die Frequenz des Lichtes kann in den hörbaren Bereich gebracht werden. Dazu wird die Frequenz so lange halbiert, also runter okatviert, bis sie im hörbaren Bereich liegt. So kann jedem Ton eine Farbe zugeordnet werden. Analog werden Töne in Längen und Tempi gewandelt. In dieser Tabelle werden Töne und weiter Eigenschaften angezeigt.

Der Kammerton A hat eine Frequenz von 440Hz. Das entspricht der Länge von 81,81cm, einem Tempo von 103bpm und dieser Farbe:

Menschen hören Töne der Frequenzen von 16 Hz bis 20 kHz.Also rund 10 Oktaven.
Menschen können Licht der Wellenlängen von 380 nm bis 750 nm wahrnehmen. Das ist ca. eine Oktave.

Akustische Schwingungen

Reale akustische Schwingungen setzten sich meist auf aus mehreren Tönen zusammen. Zu dem Grundton erklingen je nach Klangkörper weitere Obertöne in unterschiedlichen Intensitäten. Darum Klingt ein Ton auf einer Bratsche gespielt anders als auf einer Querflöte. Jeder Körper hat seine Resonanzfrequenz Sie wird durch das Material und der Geometrie bestimmt. Sie hängt von der Länge ab.

Quellen