1. Grundlagen der Akustik
1.1 Schallwellen
Am Anfang war die Welle.
Wie in vielen anderen Abhandlungen auch, gibt es hier eine kurze Abhandlung zur Schallwellenphysik.
Wer das alles schon kennt, kann auch gleich zum nächsten Thema springen.
Ansonsten: Los geht's mit der Welle!
Schall ist per Definition eine Schwingung in einen elastischen Medium.
In der Luft stellt Schall annähernd eine Longitudinalwelle dar, deren Druck-und Dichteschwankungen sich Wellenförmig über die Zeit ausbreiten.
Auf dem Bild ist eine Schallquelle dargestellt, die einen Ton mit einer konstanten Frequenz wiedergibt.
Dadurch entstehen in der Luft um die Schallquelle herum konzentrische Wellen, die aus Druckmaxima und Druckminima bestehen.
... Ähnlich wie um einen Stein, den man ins Wasser wirft; nur nicht sichtbar, dafür hörbar.
Entlang der Schnittachse ergibt sich also für einen bestimmten Zeitpunkt folgende Sinuswelle des Luftdruck bzw. des Schalldrucks über die Strecke:
Eine Sinus-Schwingung steht in der Regel jedoch nicht still, sonder sie bewegt sich mit der Schallgeschwindigkeit c .
Damit ergibt sich für jeden beliebigen Punkt der Strecke über die Zeit betrachtet wieder eine Kosinusschwingung (der Kosinus ist die zeitliche Ableitung des Sinus):
Die zeitliche Länge einer Sinusschwingung entspricht einer Periode. Perioden werden in Hertz [Hz], also Schwingungen je Sekunde gemessen. Ein Ton mit einer Frequenz von f = 440 Hz entspricht also 440 kompletten Sinusschwingungen je Sekunde.
Die Schallgeschwindigkeit ist abhängig von Lufttemperatur und Luftdruck. Bei Raumtemperatur (20° Celsius) und Normaldruck kann man von einer Schallgeschwindigekt von c = 343,2 m/s ausgehen.
Wer alles über die Berechnung der Schallgeschwindigeit wissen will, kann gerne die sehr gute Seite von Sengpiel-Audio besuchen.
Da die Schallgeschwindigkeit c unter gleichbleibenden Bedingungen als konstant angenommen werden kann, ergibt sich zwischen der Wellenlänge 
Wellenlänge = Schallgeschwindigkeit / Frequenz
Damit liegen die Wellenlängen im wahrnehmbaren Frequenzbereich zwischen ~17,2 Meter für einen 20Hz Ton und 1,7 cm für einen 20.000 Hz Ton.
Es ist gut nachzuvollziehen, dass eine 20Hz-Welle mit einer Wellenlänge von 17,2 m wesentlich mehr Energie besitzt (und benötigt um erzeugt zu werden) als eine 20 kHz Welle mit einer Wellenlänge von 1,7cm.
Auch ist einfach nachzuvollziehen, dass sich eine Welle mit 17 Metern Wellenlänge, nicht unbedingt von einer 19mm dicken Holzplatte oder 40mm Schaumstoff beeindrucken lässt.
Dazu mehr im Kapitel "Home Acoustics".
Vom Ton zum Klang
Musik besteht zum Glück nicht nur aus einfachen Sinuswellen. Sonst würde Musik nur wie ein alter C64 klingen.
Musik besteht viel mehr aus einer gleichzeitigen Überlagerung von vielen Wellen unterschiedlichster Wellenlängen und Amplituden.
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