Heinrich Hertz

Heinrich Hertz – würdiger Namenspate für die Frequenz-Einheit

Wer sich – so wie wir – mit Audiotechnik und Lautsprechern im Speziellen beschäftigt, kommt an der physikalischen Einheit für Frequenzen – Hertz (Hz) – nicht vorbei. Die Frequenz-Einheit taucht spätestens dann auf, wenn Lautsprecher aus technischer Sicht beschrieben werden. Sehen kannst du Frequenzen zwar nicht, dafür aber umso besser hören. Grund genug, diese Einheit und ihren Namengeber Heinrich Hertz einmal etwas näher zu betrachten.

Wer war Heinrich Hertz?

Dem auch zeitweise in Berlin tätigen Physiker Heinrich Hertz gelang als Erster der experimentelle Nachweis von elektromagnetischen Wellen. Damit legte er eine Grundlage für das spätere Kommunikationszeitalter, in dem wir uns auch heute noch befinden.

Porträt Heinrich Hertz
Heinrich Rudolf Hertz (1857–1894)

Im Januar 1894 starb Heinrich Hertz im Alter von nur 36 Jahren und wurde in Hamburg-Ohlsdorf bestattet. Mit der Namensgebung der Einheit Hertz bleibt er jedoch unsterblich – diese ist seit 1933 die international festgehaltene Einheit für die Frequenz von Schwingungen.

Die Frequenz-Einheit einfach erklärt

Bei einem Lautsprecherkauf spielen zwar viele Faktoren wie Design und Leistung des Geräts eine Rolle, aber dem eigentlichen Zweck des Produkts – nämlich bestmögliche Klangwiedergabe – sollte immer das Hauptohrenmerk gelten.

Lautsprecher sind Schallwandler, die in ihrem Innern durch Membranbewegungen Schallwellen erzeugen und diese an ihre Umgebung abgeben. Wie das genau funktioniert, erfährst du ebenfalls in unserem Blog. Mit den Schallwellen kommen auch die Frequenzen ins Spiel, denn Schall ist physikalisch gesehen eine sich als Welle ausbreitende Bewegung eines Mediums. Dieses Medium ist in der Regel die umgebende Luft. Je nach Länge der Schallwellen entstehen so wiederkehrende Muster, die als hohe oder tiefe Töne unsere Ohren erreichen.

Die Frequenz beschreibt nun, wie oft sich diese Schwingungsmuster innerhalb eines Zeitintervalls wiederholen. Daher wird sie auch als „Schwingungszahl“ bezeichnet. Die physikalische Einheit, mit der man unterschiedliche Frequenzen – und damit im Fall von Schallwellen auch die Tonhöhe – definiert, heißt Hertz. 1 Hertz (Hz) entspricht einer Welle pro Sekunde. In der Akustik spielen auch noch andere Faktoren wie die Amplitude (für die Lautstärke) und die Form der Schallwelle (Klangfarbe) eine Rolle.

Die Formel zur Berechnung der Frequenz

Das Zeichen für die Frequenz-Formel (nicht zu verwechseln mit der oben beschriebenen Einheit) ist das kleine f. Um die Formel zu verstehen, ist es wichtig zu wissen, was eine Periodendauer ist: Eine Schallwelle lässt sich auf einer horizontalen Achse darstellen, wobei die „Welle“ ein Auf und Ab ähnlich einer Sinuskurve beschreibt. Sobald die Schwingung von unten her wieder die x-Achse kreuzt, ist eine Periode abgeschlossen und es beginnt eine neue.

Periodendauer einer Frequenz
Eine Schwingungsperiode grafisch dargestellt

Je kürzer eine dieser Perioden dauert, je mehr Perioden eine Schwingung also in einem bestimmten Zeitraum durchläuft, desto höher ist ihre Frequenz. Diese Abhängigkeit bedeutet mathematisch gesehen, dass die Frequenz den Kehrwert der Periodendauer bildet. Das wird mit der folgenden Formel für die Frequenz ausgedrückt:

Formel der Frequenz

Welche Frequenzen hören wir?

Das menschliche Gehör kann Töne zwischen 20 und 20.000 Hz wahrnehmen – eine beachtliche Leistung. Schallwellen mit einer Frequenz oberhalb dieser Spanne nennt man Ultraschall, solche mit einer Frequenz unterhalb von 16 Hz Infraschall. Tatsächlich ist besonders die untere Grenze dieses Hörbereichs, die sogenannte Hörschwelle, fließend. Gute Lautsprecher erkennt man auch daran, dass sie die tiefen Basstöne deutlich hörbar wiedergeben. Ein guter Subwoofer beispielsweise erreicht eine Grenzfrequenz von etwa 30 Hz.

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Das Wichtigste zusammengefasst

  • Die Einheit Hertz bezeichnet die Frequenz, mit der Schallwellen schwingen.
  • Die Frequenz verhält sich umgekehrt proportional zur Dauer der Schwingungsperiode.
  • Die Frequenz einer Schallwelle entscheidet über die Höhe des Tons, den wir wahrnehmen – hohe Frequenzen bedeuten hohe Töne, niedrige Frequenzen tiefe Töne.

Bilder: Wikimedia Commons

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Autor

Teufel Blog Redaktion

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