Akustik
Die Akustik ist die Lehre vom Schall und seiner Ausbreitung. Als Wissenschaftsgebiet umfasst sie sämtliche damit zusammenhängenden Gesichtspunkte, so die Entstehung und Erzeugung, die Ausbreitung, die Beeinflussung und die Analyse von Schall, seine Wahrnehmung durch das Gehör und Wirkung auf Menschen und Tiere. Die Akustik ist ein interdisziplinäres Fachgebiet, das auf Erkenntnissen aus zahlreichen anderen Fachgebieten aufbaut, unter anderem der Physik, der Psychologie, der Nachrichtentechnik und der Materialwissenschaft.
Zu den wichtigsten Anwendungen der Akustik gehört neben der Erforschung und Minderung von Lärm auch das Bemühen, einen Wohlklang hervorzurufen oder eine akustische Information zu übertragen. Außerdem ist der Einsatz von Schall zur Diagnose oder zu technischen Zwecken eine wichtige Anwendung der Akustik.
Arbeitsgebiete der Akustik
Innerhalb der Akustik werden eine Vielzahl unterschiedlicher Arbeitsgebiete behandelt:
- In der Physikalischen Akustik werden die physikalischen Grundlagen der Akustik behandelt.
- Die Aeroakustik beschäftigt sich mit der Entstehung und Ausbreitung aerodynamisch erzeugter Geräusche und deren Minderung.
- Die Hydroakustik beschäftigt sich mit Wasserschall
- Die Elektroakustik beschäftigt sich mit der Aufnahme, Verarbeitung und Wiedergabe von Schall.
- Die Technische Akustik behandelt Geräusche von Maschinen und Anlagen.
- Die Thermoakustik behandelt die Kopplung von Wärmefreisetzung und Schalldruck.
- Die Lärmforschung beschäftigt sich mit allen Aspekten der Lärmerzeugung, -minderung und -wahrnehmung.
- In der Raumakustik und Bauakustik werden die Fragestellungen der Schallübertragung in Gebäuden und der Beschallung von Zuhörerräumen behandelt.
- In der Fahrzeugakustik werden alle Fragestellungen zum Thema Innen- und Außengeräusch von Fahrzeugen behandelt.
- Die Musikalische Akustik befasst sich mit der Erzeugung und Wahrnehmung von Musik.
- Die Psychoakustik behandelt Themen zur Schallwahrnehmung und zur subjektiven Beurteilung von Schall und zur Objektivierung der subjektiven Wahrnehmung, in der Musikwissenschaft auch mit Hilfe der Musikpsychologie
- Die Phonetik beschäftigt sich mit der Sprachverarbeitung und -kommunikation.
- In der Medizin dient die Audiometrie zur Vermessung von Parametern des Gehörs.
Akustische Analysemethoden
Frequenzanalyse
Neben der Betrachtung zeitgemittelter Schallfeld- und Schallenergiegrößen wird oft die zeitliche Auslenkung gemessen, z.B. das Drucksignal, und einer Frequenzanalyse unterzogen. Für den Zusammenhang des so erhaltenen Frequenzspektrums mit dem Klang siehe Klangspektrum. Die zeitliche Veränderung innerhalb eines Schallereignisses wird durch Kurzzeit-Fourier-Transformation zugänglich. Die Veränderungen des Spektrums beim Prozess der Schallabstrahlung, -ausbreitung und Messung bzw. Wahrnehmung werden durch den jeweiligen Frequenzgang beschrieben. Den Frequenzgang des Gehörs berücksichtigen Frequenzbewertungskurven.
Resonanzanalyse
Die akustische Resonanzanalyse wertet die entstehenden Resonanzfrequenzen aus, wenn ein Körper durch eine impulshafte Anregung wie etwa einen Schlag in Schwingung versetzt wird. Ist der Körper ein schwingungsfähiges System, so bilden sich über einen gewissen Zeitraum bestimmte charakteristischen Frequenzen aus, der Körper schwingt in den so genannten natürlichen Eigen- oder Resonanzfrequenzen – kurz Resonanzen.
Ordnungsanalyse
Bei der Ordnungsanalyse werden Geräusche oder Schwingungen von rotierenden Maschinen analysiert, wobei im Gegensatz zur Frequenzanalyse hierbei der Energiegehalt des Geräusches nicht über der Frequenz sondern über der Ordnung aufgetragen wird. Die Ordnung entspricht dabei einem Vielfachen der Drehzahl.
Laborräume
Reflexionsarmer Raum
Ein reflexionsarmer Raum, manchmal physikalisch unrichtig auch „schalltoter“ Raum genannt, besitzt Absorptionsmaterial an Decke und Wänden, so dass nur minimale Reflexionen auftreten und Bedingungen wie in einem Direktfeld D (Freifeld oder freiem Schallfeld) herrschen, wobei der Schalldruck mit 1/r nach dem Abstandsgesetz von einer Punktschallquelle abnimmt. Solche Räume eignen sich für Sprachaufzeichnungen und für die Lokalisation von Schallquellen. Wird auf einer gedachten Hüllfläche um die Schallquelle die senkrecht durch diese Fläche tretende Schallintensität gemessen, so kann die Schallleistung der Quelle bestimmt werden.
Freifeldraum
Ein Freifeldraum ist die spezielle Ausführung eines reflexionsarmen Raumes. Hier ist jedoch zusätzlich auch der Boden mit absorbierendem Material bedeckt. Da der Boden durch diese Maßnahme nicht mehr begehbar ist, wird meistens ein schalldurchlässiges Gitter darüber angeordnet, das den Zugang zum Messobjekt ermöglicht. Derartige Räume werden in der akustischen Messtechnik eingesetzt, um gezielte Schallquellenanalysen – auch unter dem Messobjekt – durchführen zu können.
Hallraum
Ein Hallraum dagegen wird so konstruiert, dass an jedem beliebigen Punkt im Schallfeld Reflexionen gleicher Größe aus allen Richtungen zusammentreffen. In einem idealen Hallraum herrscht daher mit Ausnahme des Bereiches direkt um die Schallquelle (siehe Hallradius) an jedem Ort derselbe Schalldruck. Ein solches Schallfeld wird Diffusfeld genannt. Da die Schallstrahlen aus allen Richtungen gleichzeitig einfallen, ist in einem Diffusfeld keine Schallintensität vorhanden. Um Resonanzen in einem Hallraum zu vermeiden wird er im Allgemeinen ohne parallel zueinander stehende Wände und Decken gebaut. Über Nachhallzeit-Messungen oder durch Referenzschallquellen kann der Raum kalibriert werden. Hierbei wird die Differenz zwischen dem an einem beliebigen Ort im Raum, weit genug außerhalb des Hallradius gemessenen Schalldruckpegel und dem Schallleistungspegel einer Schallquelle bestimmt. Diese Differenz ist frequenzabhängig und bleibt unverändert, solange sich der Aufbau des Raumes und der Absorptionsgrad der Wände nicht ändern. In einem Hallraum kann daher die Schallleistung einer Quelle theoretisch mit einer einzigen Schalldruckmessung bestimmt werden. Dieses ist z. B. für Fragestellungen im Bereich des Schallschutzes sehr nützlich.