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Experimente sind die Grundlage aller Forschung. Experimente können verblüffen und überraschen, sie können überzeugen aber auch enttäuschen. Leonardo-Experimentator Sascha Ott wird einmal im Monat das Radio-Studio zum Labor machen und erstaunliche Phänomene hörbar machen. Warum funktioniert die Welt so und nicht anders? Und wird das Experiment gelingen?

Eine spannende Reportage führt nach jedem Experiment raus aus dem Studio-Labor an die Orte, wo das Phänomen im Alltag genutzt wird. Wissenschaft hautnah, spannend und informativ!

In diesem Teil wird gezeigt, wie wir Lärm mit noch mehr Lärm bekämpfen: Rasenmäher gegen Presslufthammer – und Ruhe ist? Man muss es nur mit dem richtigen Lärm probieren. Und schon verschwindet ein Ton wie von Geisterhand.

Folge 5: Laut plus laut gleich leise oder Schöner Wohnen in der Einflugschneise

Ein knatternder Rasenmäher in der Nachbarschaft kann den entspannten Nachmittag im Garten glatt verderben. Da ist es nur ein schwacher Trost, wenn man den Mäher plötzlich nicht mehr hört, weil ein Bautrupp mit dem Presslufthammer die Straße aufreißt. Lärm mit noch mehr Lärm bekämpfen - das kann nicht funktionieren. Oder vielleicht doch? Man muss es nur mit dem richtigen Lärm probieren. Und schon verschwindet ein Ton wie von Geisterhand. Anti- oder Gegenschall nennt man dieses verblüffende Prinzip. Man kann es recht leicht selbst ausprobieren.

Erstaunliches Phänomen

Im Internet oder auch als Teil gängiger Tonbearbeitungsprogramme (z.B. im Gratis-Schnittprogramm Audacity) findet man leicht einen Generator für Sinustöne. Das sind reine regelmäßige Schwingungen, perfekte technische Töne, die für dieses Experiment optimal geeignet sind. Wir produzieren damit einen Ton relativ hoher Frequenz, zum Beispiel 2000 Hertz. Das ist ein Bereich, den das menschliche Ohr besonders intensiv wahrnimmt, daher pfeift der Klang recht schrill in den Ohren. Mit einem angenehm tiefen Brummton funktioniert unser Experiment aber leider nicht. Wir werden später sehen, warum.

Wir schließen nun ein paar Lautsprecher an den Computer an, stellen diese in etwa zwei Meter Abstand ein wenig einander zugewandt auf. Die Boxen sollten in etwa so stehen, dass sich die Schallwellen in einem imaginären Punkt etwa zwei Meter vor den Lautsprechern treffen. Dann können wir einen erstaunlichen Effekt erleben: Wenn wir uns zwischen die Lautsprecher stellen und langsam entfernen, dann hören wir den Sinuston wellenartig mal lauter und mal leiser. Das heißt; Auch wenn wir uns weiter von den Boxen entfernen, wird der Ton lauter. Insbesondere, wenn man sich etwas schneller auf die Boxen zu bewegt, ist deutlich ein waberndes An- und Abschwellen des Tons zu hören. Es gibt zwischen den Lautsprechern Punkte, an denen der Ton besonders laut ist, an anderen ist er kaum noch zu hören, obwohl sie näher am Punkt der Schallerzeugung liegen. Wie kann das sein?

Lärm + Lärm = Stille

Schall pflanzt sich eigentlich durch Dichteschwankungen in der Luft fort. Aber um dieses Phänomen zu verstehen, hilft es, wenn man sich die Schallwellen wie Wellen auf dem Wasser vorstellt. Die Wellen laufen in unserem Experiment schräg aufeinander zu und kreuzen sich. Dann kommt es bisweilen vor, dass genau ein Wellental aus dem einen Lautsprecher auf einen Wellenberg des anderen trifft. Diese Wellen gleichen einander aus, der Schall wird ausgelöscht, an dieser Stelle ist der Ton leiser zu hören. Dass er überhaupt immer noch zu hören ist liegt daran, dass wir mit unserem simplen Versuchsaufbau keine perfekte Auslöschung hinbekommen. An anderen Stellen überlagern sich Wellenberge mit anderen Wellenbergen, sie verstärken sich und lassen den Ton an dieser Stelle im Raum lauter erklingen. Man kann Schall einem passenden Gegenschall zum Verschwinden bringen. Es gilt sozusagen die akustische Rechenformel: Lärm + Lärm = Stille.

Nur mit schrillen Tönen klappt´s

Nun kann man allerdings nicht davon ausgehen, dass man die nächtliche Musikbelästigung der Nachbarn zum Schweigen bringt, in dem man das gleiche Musikstück abspielt und die Boxen zur Wand hin dreht. Denn der Antischall-Effekt ist genau genommen recht knifflig. In unserem Experiment haben wir einen Sinuston abgespielt, das heißt einen Ton, dessen Wellen sich gleichförmig wiederholen, so dass Wellenberge und -täler über eine längere Zeitdauer hinweg genau zusammenpassen. Normale Musik hingegen besteht aus einem Gemisch unterschiedlichster Schallfrequenzen, das sich zudem noch alle Sekundenbruchteile verändert. Diese zur Auslöschung zu überlagern, ist im heimischen Wohnzimmer unmöglich. Auch die schrille Höhe des Tons im Experiment ist aus ähnlichen Gründen unabdingbar für das Gelingen: Die Schallwelle eines angenehm tiefen Tons von etwa 300 Hertz schwingt 300 mal in der Sekunde auf und ab. Schall breitet sich aber in Luft mit mehr als 300 Metern pro Sekunde aus (genau mit 343 m/s bei 20°C). Das heißt, in den Meter vor den Boxen passt nicht einmal eine vollständige Welle. Dann ist es kaum möglich, dass sich ein Wellenberg und ein Tal aus dem anderen Lautsprecher dort geeignet überlagern.

Kniffliger praktischer Einsatz

Mit diesen Problemen haben auch die praktischen technischen Anwendungen des Antischall-Prinzips zu kämpfen. Zum Beispiel bemühen sich Forscher, auf diese Weise den Lärm von Flugzeugtriebwerken zu verringern. Sie bauen in das Triebwerk Mikrofone ein, deren Aufnahmen von einem Computer so verändert werden, dass die Töne „phasenverschoben“ sind, das heißt, das Wellenberge und -täler vertauscht sind. Dann wird der Ton über Lautsprecher wieder in das Triebwerk hineingespielt, wo sich die ursprüngliche mit der veränderten Schallwelle überlagern und auslöschen soll. Dabei müssen sie sich allerdings auf die sogenannten „tonalen Anteile“ beschränken, also auf die regelmäßigen Töne, die im Flugzeuglärm enthalten sind. Nur diese sind über eine so lange Zeit gleichmäßig, dass schnell genug eine passende Antischallwelle erzeugt werden kann. Während die Lärmbekämpfung in der Luftfahrt noch im Laborstadium ist, kann man eine andere Anwendung der Technik schon im Handel kaufen: Antischall-Kopfhörer. Hier wird der Umgebungslärm durch Mikrofone außen an der Kopfhörermuschel aufgezeichnet und dann ein Antischallsignal unter die vom Kopfhörer abgespielten Signale gemischt. So können sich beispielsweise Piloten trotz des Lärms im Flugzeug-Cockpit entspannter mit ihren Copiloten und dem Tower unterhalten.

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Manuskript