Brummende Brücken, zerbrechendes Glas, schreiende Kinder, schwere Bässe – wer glaubt, diese Dinge hätten nichts miteinander zu tun, der irrt. Sie alle entstehen durch Schwingungen, und besonders starke Schwingungen werden durch Eigenfrequenzen erzeugt. Lesen Sie weiter, wir erklären die Wissenschaft hinter diesem Prinzip, was Resonanzkatastrophen sind und welche Rolle Resonanz bei Lautsprechern spielt.
Alles schwingt, aber wie?
Die Schwingung eines Kopfhörers ist immer die Reaktion auf einen Energieimpuls. Eine Hand kann ein Pendel zum Schwingen bringen, der Wind kann einen Wolkenkratzer erschüttern, und eine Spule kann mit Hilfe eines Magneten eine Lautsprechermembran bewegen. Wie stark etwas schwingt, hängt zum einen von der aufgebrachten Kraft der Schwingung ab, zum anderen vom Material, also auch von der Konstruktion des schwingenden Systems. Zum anderen ist die Frequenz, mit der die Energieimpulse wirken, von großer Bedeutung. Denn wenn die Frequenz der zugeführten Energie mit der Eigenfrequenz des Körpers übereinstimmt, schwingt der Körper mit einer besonders hohen Amplitude.
Wie das Phänomen der Resonanzfrequenz in der Praxis aussieht, lässt sich anhand eines Pendels nachvollziehen: Wird einem Federpendel periodisch, d.h. in regelmäßigen Abständen, Energie zugeführt, die der Eigenfrequenz des Pendels entspricht, ist die Auslenkung des Pendels am größten. Liegen die Energieimpulse auf einer niedrigeren oder höheren Frequenz als die Eigenfrequenz, ist die Auslenkung des Pendels kleiner.
An einer Schaukel können Sie selbst ausprobieren, wie die Resonanzfrequenz wirkt. Wenn Sie eine Schaukel an ihrem höchsten Punkt anschlagen, liegt die Energiezufuhr genau bei der Eigenfrequenz des Systems. Deshalb hat der Schwung ein so großes Schwingungsmoment. Schlägt man an, bevor oder nachdem die Schaukel ihren höchsten Punkt erreicht, wird die Kraft weniger effizient übertragen oder geht sogar ins Leere.
Von guten zu schlechten Schwingungen
Der Korpus einer Akustikgitarre, einer Schaukel, eines Glases oder eines Steges kann in seiner jeweiligen Resonanzfrequenz schwingen. Das ist aber nicht überall erwünscht und kann sogar großen Schaden anrichten. Denn Systeme können so heftig schwingen, dass die Konstruktion der Belastung nicht standhält.
Dieses Phänomen lässt sich beobachten, wenn ein Mensch aus kurzer Entfernung seine Stimme auf ein Weinglas richtet. Entspricht die Tonhöhe der Stimme genau der Eigenfrequenz des Glases, zerbricht es nach relativ kurzer Zeit – die sogenannte Resonanzkatastrophe tritt ein. Bringen die Stimmbänder die Luftmoleküle in einer höheren oder niedrigeren Frequenz zum Schwingen, bleibt das Glas unversehrt. Die Eigenfrequenz des Glases kann man hören, wenn man mit einem Gegenstand dagegen schlägt.
Eine der berühmtesten Resonanzkatastrophen ereignete sich 1940 in den USA, als der Wind die Tacoma Narrows Bridge so stark in Schwingung versetzte, dass sie einstürzte.
Um Resonanzkatastrophen zu vermeiden, verbietet die Straßenverkehrsordnung Menschengruppen wie Militäreinheiten, im Gleichschritt über Brücken zu marschieren.
Bei Musikinstrumenten hingegen ist Resonanz ein gewollter Effekt, um die Lautstärke von Tönen zu erhöhen. Bei einer akustischen Gitarre wirkt der Korpus als mechanischer Verstärker von Schallwellen, die durch die Saiten ausgelöst werden. Der Gitarrenkorpus ist so konstruiert, dass die Resonanzfrequenz auch bei unterschiedlichen Tonhöhen auftritt.
Lautsprecher von Teufel
ROCKSTER AIR
Jetzt kaufen
ULTIMA 40 STEREO
Jetzt kaufen
Resonanzeffekte in Lautsprechern unerwünscht – mit einer Ausnahme
Die Resonanzfrequenz ist in Lautsprechern nicht erwünscht. Die Lautsprecher sind so konstruiert, dass die verschiedenen Bauteile nicht in ihrer Resonanzfrequenz schwingen. Dies würde bedeuten, dass Töne, die im gleichen Frequenzbereich wie die einzelnen Komponenten liegen, viel lauter wiedergegeben werden als andere. Hier kommt die Frequenzweiche ins Spiel: Sie leitet bei Mehrkanalsystemen die Signale frequenzabhängig an die Lautsprecher weiter.
Auch im Lautsprechergehäuse sollten keine Resonanzeffekte auftreten. Diese können auftreten, wenn die Membran auf seiner Rückseite Schall in das Innere des Lautsprechers abstrahlt. Dieser Schall kann das Gehäuse in Schwingungen versetzen und damit das Klangbild negativ beeinflussen. Um dies zu verhindern, wird das Lautsprechergehäuse mit einem Dämpfer versehen, der die nach innen abgestrahlten Schallwellen absorbiert.
Die Ausnahme von dieser Regel sind Bassreflexboxen. Diese Gehäuse haben eine röhrenförmige Öffnung, durch die der nach innen abgestrahlte Schall – bei bestimmten tiefen Frequenzen – in den Raum entweichen kann. Das funktioniert nach dem Prinzip des Helmholtz-Resonators, das wir in unserem Text über Subwoofer erklärt haben.
Wir brauchen Bass: Teufel-Bass für tiefere Schwingungen
- ▶ Mono-Subwoofer US 2106/1 SW:Dieser einsteigerfreundliche Subwoofer bietet trotz seiner kompakten Größe einen kräftigen Bass ohne störende Strömungsgeräusche. Erreicht wird dies durch zwei Bassreflexrohre.
- ▶ Ultima 40/20 „2.0>5.1 Extension Set Surround“: Die Ultima 40/20 HiFi-Lautsprecher sind echte Teufel-Klassiker für zu Hause. Mit diesem Set können Sie Ihre Stereoanlage auf 5.1-Surround-Sound erweitern. Ein T 10 Subwoofer sorgt für reichlich Resonanz im Bassbereich.
Weitere Produkte von Teufel
CINEBAR 11
Jetzt kaufen
IMPAQ 8000
Jetzt kaufen
REAL PURE
Jetzt shoppen
Fazit: Die Resonanzfrequenz ist nützlich
- Bei der Resonanzfrequenz fällt die Eigenfrequenz eines schwingenden Systems mit der Frequenz der zugeführten Energie zusammen.
- Im Fall der Resonanz wird die Auslenkung der Schwingung größer.
- In der Akustik bedeutet eine höhere Amplitude der Schallwellen einen höheren Schalldruck und damit eine höhere Lautstärke.
- Resonante Frequenzen sind bei Lautsprechern generell unerwünscht.
- Eine Ausnahme bilden Bassreflex-Lautsprecher. Diese verstärken die tiefen Frequenzen nach dem Prinzip des Helmholtz-Resonators.
Zuletzt noch ein „Bugs Bunny“-Klassiker zu diesem Thema: