Wie schafft es ein einziger Lautsprecher mehrere Frequenzen gleichzeitig (zur exakt selben Zeit) wiederzugeben?
Wenn man mal einen Spektrumanalysator auf ein Tonsignal legt wird sehr schnell klar wie viele unterschiedliche Frequenzen in einem Musikstück gleichzeitig stattfinden.
Wenn man jetzt ein Lied auf Spotify über sein Stereo Lautsprechersystem abspielt, wie kann es sein dass solch eine komplexe Komposition von unglaublich vielen Frequenzen aus verschiedenen Frequenzbereichen, welche exakt zur selben Zeit stattfinden (sich zeitlich überlappen), von der Lautsprechertechnik der Lautsprecher wiedergegeben werden?
Wie können rein aus dem Zusammenspiel von Hochtöner und Basslautsprecher so viele Frequenzen gleichzeitig erzeugt und an unser Ohr geschickt werden?
Ich als Nicht-Tontechniker sehe nur die Membranen vibrieren und frage mich jedes mal wie durch solch pulsierende, konisch geformte Pappe solch viele Informationen innerhalb eines solch kurzen Zeitraums an mein Ohr gesendet werden können.
Kann man das für einen Laien irgendwie zusammengefasst und simpel verpackt erklären?
Ich dachte immer dass jeder Lautsprecher zeitlich gesehen nur eine Frequenz "gleichzeitig" abspielen kann (oder vielleicht auch zwei, da es meistens Hoch- und Tieftöner gibt) und durch die kleinen Zeiteinheiten innerhalb eines Musikstücks dann erst die Illusion eines Gesamtbildes entsteht. Ist dieser Gedanke völliger Quatsch? Höchstwahrscheinlich schon.
5 Antworten
Fouriersynthese macht aus der Summe mehrerer Frequenzen Wellenformen, die von Sinuswellen abweichen, und Lautsprecher übertragen dann diese Wellenform. Das Frequenzspektrum und die Wellenform sind mathematisch äquivalent. Erst das Innenohr macht daraus wieder per Fourieranalyse ein Frequenzspektrum.
Das ist ein kompliziertes Thema, ich versuch's mal so: Wenn ein Lautsprecher mit einem reinen 1000Hz-Signal gesteuert wird, bewegt sich die Membrane auch sinusförmig im Takt der Frequenz. Füge ich nun eine zweite Frequenz mit sagen wir 900Hz dazu, dann ist die resultierende Kurve nicht mehr sinusförmig sondern die jeweilige Summe beider Signale, also eine nicht mehr so schön regelmäßige Kurve.
Die Lautsprechermembrane macht das genauso mit. Die Bewegung der Membrane ist also auch die Summe beider Frequenzen. Trifft diese Mischung auf unser Ohr, trifft sie darin auf das Innenohr, was, simpel formuliert, aus lauter "Saiten" mit je anderer Resonansfrequenz besteht.
Dieses Mischsignal lässt also im Ohr die "Saiten" mitschwingen, aus dessen Frequenzen der Schall vom Lautsprecher besteht.
Kurz gesagt, ein Lautsprecher kann viele Frequenzen wiedergeben, weil unser Ohr imstande ist, komplexe Schwingungen zu zerlegen, obwohl die Membran nur eine einzige Bewegung, aber eben mit komplexer Form, wiedergibt.
Hab's hier ganz trivial, unwissenschaftlich beschrieben, wenn Du mehr brauchst, musst Du es sagen.
Hier ein vielleicht anschauliches Bild dazu:
http://web.fbe.uni-wuppertal.de/fbe0014/ars_auditus/akustik/akustik3.gif
So kann man es sehen, sagen, ja. Nur die Zerlegung der Frequenzen im Ohr und die weitere Interpretation, Verarbeitung im Hirn "macht die Musike", ja. Dabei spielen eine Reihe mathematischer Aspekte auch eine große Rolle, Stichworte Oberwellen, Oktave, Quinte, ...
Vielen Dank. Sehr veranschaulicht beschrieben! Hat mir auf jeden Fall weitergeholfen.
Die Lautsprechermembran schwingt ja nicht nur auf einer Frequenz, sondern folgt einer Bewegung, die durch die Überlagerung vieler, zum jeweiligen Zeitpunkt wiederzugebende Frequenzen entsteht und regt damit die umgebende Luft zur genau dieser Bewegung an.
Zwischen dem Lautsprecher und deinem Ohr gibt es ja auch nur noch einen einzigen "Kanal": den Luftdruck bzw. in dem Fall den Schalldruck.
Du kannst es dir bei einem Orchester vorstellen. Jedes Instrument verursacht seine eigene(n) Schwingung(en), die sich dann in der Luft alle überlagern und eine komplexe Wellenform ergeben. Der Lautsprecher schwingt entsprechend dieser komplexen Wellenform und gibt dadurch den Sound des Orchesters als Ganzes wieder.
Deutlich wird es auch bei einer Schallplatte, auf der die Rille exakt die Schwingung abbildet, die der Lautsprecher machen soll. OK, es gibt 2 Schwingungen (horizontal und vertikal) um links und rechts abbilden zu können, aber das Prinzip ist das gleiche. Jede Rille "codiert" sämtliche vom jeweiligen Lautsprecher abzuspielenden Frequenzen gleichzeitig.
Super. "Komplexe Wellenform" ist also das Stichwort. Diese beinhaltet dann also die Informationen fürs komplette Frequenzspektrum und wohl dann auch die für die Lokalisation der einzelnen Instrumente/Geräusche im 3D Raum, sofern man mit Stereo Lautsprechern (und Stereo Kanal) hört.
Das räumliche Hören ist dann noch etwas komplizierter, denn hier entstehen tatsächlich direkt an unserem Kopf wieder 2 getrennte "Kanäle", da zwischen linkem und rechtem Ohr sowohl winzige richtungsabhängige Schalldruckunterschiede als auch minimale Laufzeitunterschiede (Phasenverschiebungen) und richtungsabhängige Frequenzabschwächungen der Signale durch die Ohrmuscheln wahrgenommen werden können.
Wir können sogar unterscheiden, ob sich eine Schallquelle über oder unter uns befindet.
Interessanterweise sind die richtungsabhängigen Lautstärkeunterscheide für unser räumliches Hören deutlich weniger entscheidend als die Laufzeitunterschiede.
Der Lautsprecher vibriert zwar "nur", aber er setzt auf diese Bewegung noch weitere Bewegungen drauf.
Stell dir vor, du würdest einen endlosen Papierstreifen neben ihm vorbei ziehen.
Am Lautsprecher wäre ein Stift montiert.
Bei tiefen Tönen ergibt sich eine große Berg und Talfahrt.
Bei hohen Tönen ergibt sich eine kleine Auf und Ab Bewegung, ähnlich wie Wasserwellen.
Spielst du beide Töne gleichzeitig ab, dann ist die große Berg und Talfahrt zusätzlich gezackt mit den Wasserwellen.
Jede weitere Frequenz kommt auf diese Wellen noch mit darauf und zackt diese Zacken zusätzlich.
Das selbe macht dann dein Trommelfell im Ohr.
Erst bei den Nerven im Ohr wird das zu einzelnen Frequenzen auseinander geteilt.
Stelle Dir vor, Du zeichnest mit einem feinen Stift eine Vielzahl von Tonschwingungen verschiedener Wellenlänge aufeinander auf ein Papier. Danach zeichnest Du mit einem kräftigen Filzstift sauber die obere Begrenzung des grafischen Gebildes nach. Das ist das Diagramm der Membranenbewegung. Unser einigermaßen geübtes Gehirn erkennt darin die jeweiligen Dur- und Moll-Dreiklänge.
Danach zeichnest Du mit einem kräftigen Filzstift sauber die obere Begrenzung des grafischen Gebildes nach. Das ist das Diagramm der Membranenbewegung.
Das stimmt so definitiv nicht, sorry. Vielmehr müssen die jeweiligen Einzelamplituden jeder Frequenz zu jedem Zeitpunkt addiert werden. Das ist dann nicht die Hüllkurve, wie Du sie beschreibst.
Also passiert die Musik mehr im Kopf des Menschen als im Lautsprecher selbst, könnte man sagen? Der Lautsprecher ist nur ein Transmitter welcher eine synthetisierte und komprimierte Form der Klanginformation nach außen sendet, welche auf den korrekten Empfang (für korrekte Interpretation) dieser für den Menschen (und auch andere Tiere?) zurechtgeschnitten wurde.
Korrigiere mich gerne wenn ich damit falsch liege.