Tonhöhe und Lautstärke
Wenn wir sagen, dass ein Ton „tief“ oder „hoch“ ist, beziehen wir uns auf seine Tonhöhe. Die Tonhöhe unterscheidet sich grundlegend von der Lautstärke.
Die Tonhöhe hängt davon ab, wie oft eine Schallwelle pro Sekunde schwingt. Je höher die Frequenz ist, desto höher ist der Ton. Beim Klavier werden die Töne höher, je weiter man auf der Tastatur nach rechts geht. Bei Saiteninstrumenten gilt: Je dünner und stärker gespannt eine Saite ist, desto höher ist der erzeugte Ton.
Die Lautstärke hingegen hängt mit der Amplitude der Schallwelle zusammen. Wenn wir sagen, dass ein Ton „laut“ ist, bedeutet das, dass seine Amplitude groß ist. Die Lautstärke hängt nicht von der zuvor beschriebenen Frequenz ab.
Wenn man beispielsweise beide Enden eines Gummibands festhält, die Mitte auslenkt und dann loslässt, beginnt das Gummiband zu schwingen und erzeugt einen Ton. Je stärker man das Gummiband auslenkt, desto lauter wird der Ton. Durch stärkeres Auslenken entsteht jedoch kein höherer Ton. Ähnlich verhält es sich beim Schlagen einer Trommel: Je kräftiger man auf die Trommel schlägt, desto größer ist die Schwingungsamplitude und desto lauter wird der Klang. Die Tonhöhe verändert sich dabei jedoch kaum.
Hörbarer Frequenzbereich und Ultraschall
Der Frequenzbereich, den wir hören können, ist begrenzt. Normalerweise können Menschen Töne mit Frequenzen zwischen 20 Hz und 20 kHz wahrnehmen. Dieser Bereich wird als „hörbarer Frequenzbereich“ bezeichnet. Schallwellen mit Frequenzen außerhalb dieses Bereichs können wir nur schwer oder gar nicht hören.
Mit zunehmendem Alter nimmt unsere Fähigkeit ab, hohe Töne wahrzunehmen. Dies liegt hauptsächlich an der Alterung der Hörorgane und dem Verlust der Elastizität bestimmter Strukturen im Ohr.
Schallwellen mit Frequenzen über 20 kHz werden als „Ultraschall“ bezeichnet. Menschen können Ultraschall normalerweise nicht hören. Fledermäuse können Ultraschall sowohl erzeugen als auch wahrnehmen. Eine Fledermaus sendet Ultraschallwellen aus und empfängt die zurückkehrenden Echos, um beispielsweise den Abstand zu einer Höhlenwand zu bestimmen. Auch manche Autos besitzen Ultraschallsensoren an der hinteren Stoßstange. Diese messen beim Rückwärtsfahren den Abstand zu Hindernissen und geben ein Warnsignal ab, bevor es zu einem Zusammenstoß kommt.