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Weitere Eigenschaften von Wellenformen

Neben der Frequenz sind weitere Eigenschaften ihre Amplitude, Wellenlänge, Periodendauer und Phase.

Abbildung. Wellenformeigenschaften mit Wellenlänge und Amplitude

  • Amplitude: Die Amplitude einer Wellenform kennzeichnet das Ausmaß der Luftdruckschwankung. Sie kann als Differenz zwischen mittlerem atmosphärischem Druck (der, wenn er konstant ist, Stille entspricht, was in der Grafik 0 dB ist) und der maximalen Druckänderung aufgefasst werden. Mit anderen Worten ist die Amplitude der Abstand zwischen der horizontalen Null-Volt-Achse und dem maximalen Ausschlag (wie weit sich die Lautsprechermembran hin- und herbewegt).

  • Wellenlänge: Die Wellenlänge ist die Länge der sich wiederholenden Wellenform einer Schallwelle im Raum. Je höher die Frequenz, desto kürzer die Wellenlänge.

  • Periodendauer: Die Periodendauer ist die Zeit, die es dauert, bis ein Wellenzyklus vollzogen ist. Je höher und schneller die Frequenz, desto kürzer die Periodendauer – sie ist ihr Kehrwert.

  • Phase: Die Phasenlage wird in Grad (0°–360°) angegeben und beschreibt, wo im Zyklus die Welle sich gerade befindet.

    Wenn zwei Wellenformen beispielsweise in ihrem Nulldurchgang zur selben Zeit beginnen, sind sie in Phase oder „phase-aligned“. Wenn zwei Wellen gleicher Frequenz zeitlich gegeneinander etwas verschoben sind, heißen sie phasenverschoben oder „out of phase“.

    Hinweis: Eine Phasenverschiebung über die gesamte Periodendauer nur nach Gehör zu erkennen, ist nicht leicht. Aber wenn die Phasenbeziehungen aufgrund minimaler Frequenzdifferenzen sich ganz langsam verschieben, kann man das als Schwebung hören. Diese Effekte treten auch in den typischen Audio-Effekten Flanger und Phaser auf.

    Wenn du zwei ansonsten identische Sounds phasenverschoben mischst, gehen manche Frequenzanteile (Harmonische) möglicherweise verloren. Dieses Phänomen ist als Phasenauslöschung bekannt. Es tritt auf, wenn zwei gleiche Frequenzen gleichen Pegels gegenphasig aufeinander treffen.

    Abbildung. Wellenform-Phasendiagramm mit Phasen von 0 Grad und 180 Grad

Fourier-Theorem und Obertöne

„Jede periodische Schwingung ist als Summe (Überlagerung) von Sinusschwingungen mit einer bestimmten Amplitude und Phasenlage aufzufassen, deren Frequenzen zueinander in kleinen ganzzahligen („harmonischen“) Frequenzverhältnissen stehen.“ Übersetzt in die Beschreibung der musikalischen Wahrnehmung heißt das: Jeder Ton (mit bestimmter Tonhöhe) ist eine Mischung aus Sinus-Tönen (dem Grundton und seinen Obertönen). Zum Beispiel ist die Grundschwingung - der Basiston oder die erste Harmonische - ein „A“ bei 220 Hz, die zweite Harmonische hat die doppelte Frequenz (440 Hz), die dritte Harmonische schwingt dreimal schneller (660 Hz), die nächste Harmonische vier- und fünfmal schneller und so weiter.

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