Die Schwebung ist ein Phänomen aus der Akustik, einem Teilgebiet der Physik. Sie entsteht durch die Überlagerung von Schallwellen und den daraus folgenden Interferenzen, also Auslöschungen und Verstärkung der Wellen. Wie das genau funktioniert und klingt, erfahren Sie hier. Schwebungen können auch bei elektromagnetischen Wellen auftreten.
Schwebung in der Akustik – Wie klingt es?
Eine Schwebung klingt wie ein regelmäßiges lauter und leiser werden eines Schallsignals, obwohl niemand aktiv die Lautstärke ändert. Für die Lautstärken-Modulation gibt es eine physikalische Erklärung. Eine Schwebung entsteht bei der Überlagerung von zwei Schallwellen, dessen Frequenz (physikalische Tonhöhe) sich nur sehr gering voneinander unterscheiden. Hierbei ist es fast unmöglich, den Unterschied zwischen den einzelnen Signalen zu hören. Hier hintereinander abgespielt das erste Signal mit einer Frequenz von 220 Hz, dann das zweite Signal mit 221 Hz und beide Signale übereinander gelegt.
Physik – Wie funktioniert eine Schwebung?
Durch die Überlagerung der zwei Wellen entsteht sogenannte Interferenz. Bei Interferenz entsteht entweder eine Verstärkung der resultierenden Welle (konstruktive Interferenz) oder eine Auslöschung (destruktive Interferenz). Die Amplituden der beiden ursprünglichen Signale addieren sich. Dadurch entsteht aus zwei Wellenbergen mit einer Amplitude von jeweils 0,4 + 0,4 = 0,8 (beispielhafte Amplitude ohne Einheit). In der Abb. 1 können Sie dies sehen. Hier ist im rot markierten Bereich die perfekte Überlagerung er unteren zwei Wellen zu erkennen. Die oberste Welle ist die daraus resultierende.
Abb. 1 Konstruktive Interferenz: Der rote Balken markiert die Überlagerung der Wellenberge
Wenn nun ein Wellental mit -0,4 gleichzeitig mit einem Wellenberg mit einer Amplitude von 0,4 abgespielt wird, dann ergibt sich eine resultierende Amplitude von 0 und man kann nichts mehr hören. Dieses Phänomen ist in Abbildung 2 dargestellt, wobei zu erkennen ist, dass im rot markierten Bereich die Welle sich exakt auslöscht.
Abb.2 destruktive Interferenz: Im rot markierten Bereich löschen sich Wellenberg und Wellental aus
Neben der kompletten Verstärkung und kompletten Auslöschung entsteht auch alles dazwischen, wie leichte Verstärkungen oder leichte Verminderungen der Amplitude. Dadurch entsteht ein periodisches lauter und wieder leiser werden, wie in Abb. 3 über größeren Zeitraum dargestellt. Es wird deutlich, dass jede Sekunde es einmal laut und wieder leise geworden ist. Dies wird in der Abbildung durch die roten Markierungen verdeutlicht. Dass der Abstand genau eine Sekunde beträgt, liegt daran, dass unsere beiden Anfangsfrequenzen (f = 220 Hz und f = 221 Hz) genau 1 Hz auseinander liegen. Bei einem Abstand von 2 Hz würde dementsprechend die Schwebung zweimal die Sekunde auftreten.
Abb. 3 Schwebung: Eine Schwebung aus zwei Sinussignalen mit f = 220 Hz und f = 221 Hz. In rot markiert die konstruktiven Interferenzen jede Sekunde.
Wenn Sie Schwebung in der Akustik interessiert und Sie noch mehr zu Themen der Systematischen Musikwissenschaft wissen wollen, dann schauen Sie sich den Artikel zu unserem schalltoten Raum oder der Nachhallzeit im Tonstudio an.