Sprachliche Mensch-Maschine-Kommunikation

56 5. Akustische Grundlagen
normalen Luftdruck im Erdgeschoß und im Keller eines Gebäudes. Man
möchte meinen, daß der Abstieg in den Keller sehr laut und schmerzhaft sein
sollte. Das wäre er auch, wenn wir mehrere hundert mal pro Sekunde auf
und absteigen könnten. Denn alle Frequenzen, die unterhalb von ca. 10 bis
20 Hz liegen nehmen wir nicht mehr als Schall wahr, und deswegen bringen
sie unseren Gehörapparat nicht in Schwingungen.
Mit dem Schall wird Energie übertragen. Unter der Voraussetzung, daß
die Wellenfronten einer Schallwelle einen Kreisring bzw. eine Kugeloberfläche
bilden, und unter der Idealannahme, daß keine Schallenergie in thermische
Energie des Mediums umgewandelt wird, ist die Energiemenge, die durch
eine Fläche bestimmter Größe senkrecht zur Schallausbreitungsrichtung
gelangt, umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes der Fläche
von der Schallquelle. Die Energie steckt in der Bewegung der Moleküle des
Übertragungsmediums (Abb. 5.1).
Abb. 5.1. Energie eines Luftmoleküls bei der Schallübertragung
0
x
v
E = 1
2 mv2 + 1
2 kx2
Dabei wechselt die Form der Energie zwischen der rein kinetischen
Energie, 1
2 mv2 der Moleküle und der in einer ” virtuellen“ Rückholfeder mit
Federkonstante k gespeicherten Energie, 1
2 kx2 , die die Moleküle wieder in
ihre Ausgangslage zieht. Dabei bewegt sich die Molekülgeschwindigkeit v
zwischen −vmax und +vmax, und die Auslenkung x der Moleküle zwischen
−xmax und +xmax.
Der Druck eines Gases ist proportional zur durchschnittlichen Geschwindigkeit
seiner Moleküle, während die Energie proportional zur maximalen
Geschwindigkeit der Moleküle ist. Daraus ergibt sich, daß die Schallenergie
mit dem Quadrat des Abstandes zur Schallquelle abnimmt, während der
Druck linear abnimmt (s. Abb. 5.2).
Es gibt Mikrophone unterschiedlichster Art. Wir wollen an dieser Stelle
aber zunächst ein Kriterium genauer betrachten. Einige Mikrophone messen
eher die Energie, die durch den Schall auf sie übertragen wird, andere
Mikrophone hingegen messen die Luftdruckänderungen. Es gibt auch Zwischenformen
und verschiedene elektronische Schaltungen, die die eigentliche
Messung nachbearbeiten, so daß praktisch alle denkbaren Eigenschaften
des Schalls mehr oder weniger erfaßt und übertragen werden können.