Big Bang Physik 6, Schulbuch

Sprache und Gehör  21  RG 6.1, G 6.2 Wellen  69 Erstens bilden Hammer, Amboss und Steigbügel ein Hebel- system , das die Amplitude der Schwingungen vom Trom- melfell bis zum Steigbügel auf ein Drittel verringert Abb. 21.13:  Für das Hören wichtige Teile im Ohr: Der Steigbügel (ein Gehörknöchelchen; siehe auch Abb. 21.14a) setzt am ovalen Fenster an, das bereits ein Teil der Schnecke ist. Abb. 21.14:  a) Verringerung der Amplitude durch die Gehörknöchelchen b) Je tiefer der Ton, desto weiter läuft die Welle in die Schnecke hinein. Du hörst von etwa 15Hz bis 20.000Hz. (Abb. 21.14a). Dadurch steigt nach dem Hebelgesetz (siehe Kap. 17.3, S. 15) die Kraft am Steigbügel auf das 3fache. Zwei- tens verhalten sich die Flächen von Trommelfell und ovalem Fenster wie 20:1. Druck ist Kraft pro Fläche. Weil sich die Kraft verdreifacht und die Fläche auf 1/20 sinkt, wird somit der Schalldruck, der zunächst auf das Trommelfell wirkt, um den Faktor 60 verstärkt. Dieser verstärkte Druck wirkt auf das ova- le Fenster. Diese Druckerhöhung ist für den Übergang einer Schallwelle von Luft in Wasser optimal. Durch diesen Dop- pel-Trick im Ohr wird also erreicht, dass ein Minimum an Schallenergie reflektiert wird. Der Steigbügel setzt am ovalen Fenster an (Abb. 21.13a), das bereits ein Teil der Schnecke ist. In dieser wird analysiert, aus welchen Frequenzen sich der Schall zusammensetzt. Die Schnecke ist aufgerollt etwa 3 cm lang und wird der Länge nach von der Basilarmembran durchzogen. Durch den Druck des Steigbügels laufen Wellen der Membran entlang. Sie laufen umso weiter, je tiefer ihre Frequenz ist (siehe Abb. 21.13b und Abb. 21.14). Auf der Membran befin- den sich feinste Sinneshärchen, die messen, an welcher Stelle diese am stärksten schwingt. Diese Information wird über Nervenbahnen zum Gehirn geleitet – du hörst! Abb. 21.15:  Die entrollte Schnecke: Je tiefer der Ton, desto weiter läuft die Welle der Membran entlang. Sprache und Gehör Kannst du die Gleichung der Frequenz einer schwin- genden Saite qualitativ erklären? Warum hängt f zum Beispiel von l , ρ und A ab und warum sind sie diese Größen im Nenner? L Wie kann man die Gleichung für die Schwingungsfre- quenz einer Saite herleiten? Versuche mit Hilfe des Lösungsteils Schritt für Schritt nachzuvollziehen. L Was passiert beim Flüstern? Was passiert bei Heiser- keit? Haben Frauen höhere Formantenfrequenzen als Männer? Wie entstehen die Konsonanten? Und warum klingt die eigene Tonbandstimme so seltsam? L Was macht den Unterschied zwischen Sprechen und Singen aus? L Wenn du Helium einatmest und sprichst, klingt deine Stimme wie die von Mickey Maus. Kannst du dir vorstellen, warum? L Was könnte es für einen Grund haben, dass wir tiefe Frequenzen relativ schlecht hören? L Besorge dir eine Gitarre und miss die Länge der frei schwingenden Saiten ab. Miss dann mit einer Schublehre (Kap. 2.3, „Big Bang 5“) die Dicke der höchsten drei Saiten und besorge dir Informationen über deren Schwingungsfrequenzen. Die Dichte von Nylon liegt bei 1150 kg/m 3 . Berechne mit diesen Angaben die Spannung auf diesen Saiten. Verwende dazu die Gleichung aus Kap. 21.1, S. 66. L 21 F14 S2 F15 S2 F16 S2 F17 S2 F18 S2 F19 S2 F20 S2 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv