FACHthema: Geburtsstunde der Akustik

epidauros

Die Geburtsstunde der Akustik

Die Lehre vom Schall
Wie „entstand“ Akustik? Wie wirkt sie auf uns? Davon handelt dieser Exkurs. Die Akustik (gr.: ακουειν „akuein“ = hören) betrachtet wissenschaftlich „die Lehre vom Schall und seiner Ausbreitung“. Bereits in der Antike weckte sie reges Interesse und Experimentierfreude. So analysierte bereits Pythagoras (~ 570–510 v. Chr.) Musikinstrumente mathematisch. Er entdeckte die Gesetzmäßigkeit bei Klängen, die Harmonie (dt.: „Ebenmaß“) war geboren. Pythagoras definierte die für Tonalität zentralen Intervalle als ganzzahlige Frequenzproportionen, die da sind: 2:1 (Oktave), 3:2 (Quinte), 4:3 (Quarte) und 9:8 (Ganzton). Harmonische Signale werden stets angenehm, musikalisch wahrgenommen. Geräusche hingegen enthalten keine Harmonien und werden eher störend empfunden. Beides liegt schlicht betrachtet an der Art und Weise der elektrischen Umsetzung von solchen Signalen in unserem Innenohr.

Die Lehre der Akustik umfaßt heutzutage etliche Teilbereiche mehr, mehr als man allgemein denken mag. So gehört neben der – wohl am bekanntesten – Raumakustik, zum Beispiel die Bauakustik, Elektroakustik, Fahrzeugakustik, Hörakustik, musikalische Akustik, physikalische Akustik, Psychoakustik, Sprachakustik, Hydroakustik oder Strömungsakustik dazu. Jeder Bereich bedarf seiner vollen Aufmerksamkeit. Und häufig kann man sie auch nicht getrennt, alleine für sich betrachten.

Epidauros, die Wiege der guten Akustik
Das Amphitheater von Epidauros gilt im Allgemeinen als Synonym für „gute Akustik“. Es ist an einem Hang auf der griechischen Halbinsel Peloponnes in die Berglandschaft eingebetet und wurde wahrscheinlich um 330 v. Chr. erbaut. Die halbkreisförmige Tribüne (gr.: koilon) faßte einst über 6.000, nach einem Umbau sogar weit über 12.000 Besucher.

PersonaWie machten so große Open-Air Theater Sinn? Lautsprecher gab es damals noch nicht, dennoch versteht man einen Sprecher an jedem Platz klar und deutlich. So hört man selbst noch auf dem obersten Rang das Geräusch einer, auf die Steinplatte im Zentrum des Bühnenrings, fallenden Münze problemlos.

Erzielt wurde dies durch geschickte Schallführung und Verstärkung. Aber auch fehlender Störschall, wie z.B. durch Umwelt- bzw. Verkehrslärm, dürfte seinen positiven Beitrag dazu geliefert haben. Ferner benutzten die Schauspieler in antiken griechischen Theatern typisierte Masken, um einerseits die Gefühle ihrer Rollen besser zum Ausdruck zu bringen und andererseits mittels der Ausbildung des Mundstückes als Schalltrichter den Schall zu verstärken. Diese Art der Maske wird als persona bezeichnet und steht noch heute symbolisch für das Theater an sich.

Vater und Söhne der Akustik
Als Vater der (Raum)Akustik dürfte aber wohl Marcus Vitruvius Pollio, meist nur Vitruv genannt, gelten. Er war Architekturtheoretiker, Architekt und Ingenieur in Rom und lebte ca. 80-10 v. Chr. Er analysierte die Ausbreitung des Schalls, verglich deren Ausbreitung mit der von Wellen in Wasser und vermutete deren Ausbreitung als Kugelwelle. In seinen „Zehn Büchern über Architektur“ (lat.: De architectura libri decem) sind Details zum Bau von Amphitheatern unter akustischen Gesichtspunkten beschrieben.

vitruvErinnern wir uns nur an das seitliche Anblasen einer Flaschenöffnung als Kind – der Effekt dessen ist wohl Jedem bekannt. So wurde dieses „Akustikelement“, heute als Helmholtz-Resonator bekannt, bereits von Vitruv beschrieben und eingesetzt. Mit seinen nach ihm benannten Klanggefäßen, aus Ton oder Bronze, verbesserte er die Verständlichkeit der Sprache in Amphitheatern. Diese vases acoustiques wurden in unterschiedlichen Größen in die Sitzreihen eingebaut. Sie wirken im Allgemeinen schallverstärkend – man könnte sie als Vorgänger der heutigen PA Anlage ansehen.

Interessant ist dabei, dass diese vitruvschen Vasen, open-air eingesetzt, den Sprachbereich durch Produktion von Resonanzen verstärken, hingegen aber in Räumen – wie z.B. im Mittelalter deshalb in manchen Kirchen eingesetzt – den tieffrequenten Nachhall reduzieren. Durch Absorption tieferer Frequenzen wird der Verdeckungseffekt, den halliger Tiefton auf den höheren Sprach(frequenz)bereich ausübt, verständlichkeitsförderlich vermindert.

Größere Erkenntnisse zur Akustik folgten dann wieder erst hunderte Jahre später. So erkannte Leonardo da Vinci (1452–1519), dass Schall Luft als Transportmedium benötigt und sich darin mit endlicher Geschwindigkeit ausbreitet. Die dazu gehörige Schallgeschwindigkeit wurde erst lange Zeit danach, zunächst experimentell durch Marin Mersenne (1588-1648), später durch Leonhard Euler (1707-1783) in der heutigen Form verwendeten Wellengleichung, festgelegt.

Ein Hoch auf die Akustik
Akustik, das Hören, hat uns Menschen demnach wohl schon immer fasziniert. Und selbst, wenn man keine Affinität für Sie im Detail entwickeln mag, nutzen hörende Mensche diese täglich in ihrer vollen Leistungsfähigkeit, Tag und Nacht, und das bereits weit vor ihrer Geburt. Sie ermöglicht Musik zu hören, besinnliche Gespräche zu führen oder einfach nur um einer schönen Stimme oder einem betörendem Geräusch, wie dem Rauschen des Meeres oder Windes, zu lauschen. Ein Hoch auf die Akustik!

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