Dieses Quiz als Battle spielen: Deutsch, Klasse 7-8, G-Niveau

Tonhöhe und Lautstärke - Physik

Einleitung

Töne können hoch oder tief sowie laut oder leise sein. In der Physik werden diese Höreindrücke mit messbaren Größen verbunden: Die Tonhöhe hängt vor allem von der Frequenz ab. Die Stärke eines Schalls hängt unter anderem von der Amplitude beziehungsweise vom Schalldruck ab. Wie laut Du einen Ton tatsächlich empfindest, wird zusätzlich durch Dein Gehör und die Frequenz beeinflusst.

In diesem aiMOOC lernst Du, Schwingungsbilder zu lesen, einfache Zusammenhänge zu berechnen und sichere Experimente zur Akustik durchzuführen.

Lernziele

Nach der Bearbeitung kannst Du erklären, wie Schall entsteht, Frequenz und Periodendauer unterscheiden, Amplituden in Diagrammen vergleichen und Tonhöhe sowie Lautstärke fachlich richtig beschreiben. Du kannst außerdem begründen, warum zwei gleich gemessene Schallpegel nicht immer gleich laut wirken.

Schall entsteht durch Schwingungen

Eine Schallquelle schwingt. Das kann eine Saite, eine Lautsprechermembran, ein Lineal oder eine Stimmgabel sein. Die Schwingung versetzt die Teilchen eines Stoffes in Bewegung. In Luft entstehen abwechselnd Verdichtungen und Verdünnungen. Diese Druckänderungen breiten sich als Schallwelle aus.

Schall braucht ein Medium, zum Beispiel Luft, Wasser oder einen festen Körper. Im luftleeren Raum kann sich Schall nicht ausbreiten. Die Teilchen wandern dabei nicht mit der Schallwelle durch den Raum. Sie schwingen nur um ihre Ruhelage.

Tonhöhe und Frequenz

Die Frequenz gibt an, wie viele vollständige Schwingungen in einer Sekunde stattfinden. Ihre Einheit ist Hertz mit dem Einheitenzeichen Hz.

Eine Frequenz von 100 Hz bedeutet: Die Schallquelle führt 100 Schwingungen pro Sekunde aus.
Eine Frequenz von 1000 Hz bedeutet: Die Schallquelle führt 1000 Schwingungen pro Sekunde aus.
Je größer die Frequenz ist, desto höher wird ein reiner Ton normalerweise wahrgenommen.
Je kleiner die Frequenz ist, desto tiefer wird ein reiner Ton normalerweise wahrgenommen.

Die Periodendauer $T$ ist die Zeit für eine vollständige Schwingung. Frequenz und Periodendauer sind umgekehrt proportional:

$f = \frac{1}{T}$

und

$T = \frac{1}{f}$

Dabei wird $T$ in Sekunden und $f$ in Hertz angegeben. Hat eine Schwingung zum Beispiel die Periodendauer $T = 0,01 s$ , dann gilt:

$f = \frac{1}{0,01 s} = 100 H z$

Eine typische Stimmgabel für den Kammerton a schwingt mit ungefähr 440 Hz.

Lautstärke, Amplitude und Schalldruck

Die Amplitude ist die maximale Auslenkung einer Schwingung aus der Ruhelage. Bei einer Schallwelle kann sie mit der Stärke der Druckschwankungen verbunden werden. Vergleicht man zwei Töne gleicher Frequenz und ähnlicher Form, gilt vereinfacht:

Größere Amplitude führt meist zu einem stärkeren und lauter empfundenen Schall.
Kleinere Amplitude führt meist zu einem schwächeren und leiser empfundenen Schall.

Der Schalldruckpegel wird meist in Dezibel mit dem Einheitenzeichen dB angegeben. Die Dezibelskala ist logarithmisch. Gleiche Schritte auf der dB-Skala bedeuten deshalb keine gleichen Schritte der Schallamplitude.

Für den Schalldruckpegel kann in vereinfachter Form geschrieben werden:

$L_{p} = 20 \cdot \log_{10} (\frac{p}{p_{0}})$

Dabei ist $p$ der Effektivwert des Schalldrucks und $p_{0} = 20 μ P a$ der Bezugsschalldruck in Luft. Für den Einstieg reicht die wichtige Aussage: Mehr Dezibel bedeuten einen höheren Schallpegel, aber die Skala wächst nicht linear.

Tonhöhe und Lautstärke sind unabhängig

Tonhöhe und Lautstärke beschreiben verschiedene Eigenschaften eines Schalls. Ein Ton kann hoch und leise, hoch und laut, tief und leise oder tief und laut sein.

Tonhöhe	Lautstärke	Typisches Schwingungsbild
hoch	leise	viele Schwingungen, kleine Amplitude
hoch	laut	viele Schwingungen, große Amplitude
tief	leise	wenige Schwingungen, kleine Amplitude
tief	laut	wenige Schwingungen, große Amplitude

Wahrnehmung durch das Ohr

Physikalische Messwerte und Höreindruck sind nicht identisch. Die wahrgenommene Tonhöhe richtet sich bei einfachen Tönen vor allem nach der Frequenz. Bei Klängen mit mehreren Teiltönen spielt besonders die Grundfrequenz eine wichtige Rolle.

Auch die empfundene Lautstärke hängt nicht allein vom Schalldruckpegel ab. Das menschliche Ohr reagiert auf manche Frequenzbereiche empfindlicher als auf andere. Deshalb können zwei Töne mit gleichem Pegel unterschiedlich laut wirken. Kurven gleicher Lautstärkeempfindung heißen Isophone.

Der typische Hörbereich junger Menschen liegt ungefähr zwischen 20 Hz und 20 000 Hz. Er ist individuell verschieden und verändert sich unter anderem mit dem Alter. Frequenzen unterhalb des Hörbereichs heißen Infraschall, Frequenzen oberhalb des Hörbereichs Ultraschall.

Sehr lauter oder lang anhaltender Schall kann das Gehör schädigen. Deshalb sind Abstand, Pausen und geeigneter Gehörschutz wichtig.

Schall sichtbar machen und messen

Ein Mikrofon wandelt Druckschwankungen in ein elektrisches Signal um. Ein Oszilloskop oder eine geeignete Messsoftware kann dieses Signal als Kurve darstellen.

In einem Zeitdiagramm kannst Du erkennen:

Der Abstand zwischen zwei gleichen Stellen der Kurve zeigt die Periodendauer.
Viele Perioden in derselben Zeit bedeuten eine hohe Frequenz.
Eine große Auslenkung der Kurve bedeutet eine große Signalamplitude.
Die Form der Kurve hilft dabei, Ton, Klang und Geräusch zu unterscheiden.

Einfache Experimente

Sicherheit: Erzeuge keine sehr lauten Töne direkt am Ohr. Halte bei Lautsprechern Abstand und beginne immer mit niedriger Lautstärke.

Linealversuch: Lasse ein Lineal unterschiedlich weit über eine Tischkante ragen und zupfe es an. Eine kürzere freie Länge schwingt meist schneller und erzeugt einen höheren Ton.
Gummibandversuch: Spanne ein Gummiband unterschiedlich stark. Eine stärkere Spannung führt meist zu einer höheren Frequenz. Ein kräftigeres Anzupfen vergrößert vor allem die Amplitude.
Stimmgabelversuch: Schlage eine Stimmgabel vorsichtig an und halte sie über Wasser. Kleine Spritzer zeigen die Schwingung der Zinken.
Schall sichtbar machen: Spanne Folie über eine Schüssel und lege wenige Reiskörner darauf. Ein naher, nicht zu lauter Ton kann die Körner bewegen.
Oszilloskopvergleich: Nimm denselben Ton einmal leise und einmal lauter auf. Vergleiche die Amplitude, ohne die Frequenz zu verändern.

Merksätze

Frequenz bestimmt vor allem die Tonhöhe.
Amplitude und Schalldruck beeinflussen die Stärke des Schalls.
Dezibel beschreibt einen logarithmischen Pegel.
Der Höreindruck hängt auch vom menschlichen Ohr ab.
Tonhöhe und Lautstärke können unabhängig voneinander verändert werden.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Welche Bewegung erzeugt Schall? (Eine Schwingung) (!Eine gleichförmige Geradeausbewegung) (!Eine dauerhafte Ruhe) (!Eine reine Erwärmung)

Welche Größe bestimmt bei einem reinen Ton vor allem die Tonhöhe? (Die Frequenz) (!Die Masse des Zuhörers) (!Die Farbe der Schallquelle) (!Die Raumtemperatur allein)

In welcher Einheit wird die Frequenz angegeben? (Hertz) (!Dezibel) (!Pascal pro Meter) (!Newtonsekunde)

Wie hängen Frequenz und Periodendauer zusammen? (Sie sind umgekehrt proportional) (!Sie sind immer gleich groß) (!Sie sind unabhängig) (!Sie wachsen stets gemeinsam)

Was bewirkt bei gleicher Frequenz meist eine größere Amplitude? (Einen stärkeren Schall) (!Einen höheren Ton) (!Einen tieferen Ton) (!Eine längere Periodendauer)

Welche Aussage zur Dezibelskala ist richtig? (Sie ist logarithmisch) (!Sie ist eine Längenskala) (!Sie misst ausschließlich die Tonhöhe) (!Sie hat keine Einheit)

Was zeigt ein Oszilloskop im Akustikversuch? (Ein elektrisches Signal als Kurve) (!Die Farbe des Tons) (!Die Masse der Luft) (!Die Temperatur des Ohrs)

Kann ein hoher Ton leise sein? (Ja, Tonhöhe und Lautstärke sind verschieden) (!Nein, hohe Töne sind immer laut) (!Nein, nur tiefe Töne können leise sein) (!Ja, aber nur im Vakuum)

Warum können gleiche Schallpegel unterschiedlich laut wirken? (Das Ohr reagiert auf Frequenzen unterschiedlich empfindlich) (!Die Frequenz hat niemals Einfluss auf die Wahrnehmung) (!Dezibel misst nur die Tonhöhe) (!Jeder Mensch hört alle Frequenzen gleich)

Welche Maßnahme schützt das Gehör? (Abstand und Hörpausen) (!Lautsprecher direkt ans Ohr halten) (!Die Lautstärke schrittweise erhöhen) (!Gehörschutz bei Lärm abnehmen)

Memory

Frequenz	Anzahl der Schwingungen pro Sekunde
Amplitude	Maximale Auslenkung aus der Ruhelage
Hertz	Einheit für Schwingungen je Sekunde
Periodendauer	Zeit für einen vollständigen Ablauf
Dezibel	Einheit eines Schallpegels
Stimmgabel	Schallquelle mit nahezu reinem Ton
Oszilloskop	Gerät zur Darstellung elektrischer Signale
Isophone	Kurve gleicher Lautstärkeempfindung

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Hohe Frequenz	hoher Ton
Niedrige Frequenz	tiefer Ton
Große Amplitude	starker Schall
Kleine Amplitude	schwacher Schall
Kurze Periodendauer	schnelle Schwingung

...

Kreuzworträtsel

Frequenz	Welche Größe bestimmt bei einem reinen Ton vor allem die Tonhöhe?
Amplitude	Welche Größe beschreibt die maximale Auslenkung?
Hertz	Wie heißt die Einheit der Schwingungen pro Sekunde?
Dezibel	Wie heißt die Einheit des Schallpegels?
Stimmgabel	Welches Gerät erzeugt einen nahezu reinen Ton?
Schwingung	Wie heißt eine sich wiederholende Bewegung um eine Ruhelage?

LearningApps

Lückentext

Die

gibt die Zahl der Schwingungen pro Sekunde an. Ihre Einheit heißt

. Die Zeit für eine vollständige Schwingung nennt man

. Eine größere

bedeutet bei vergleichbaren Tönen meist einen stärkeren Schall. Ein Ton mit größerem Schalldruck wird im Allgemeinen

wahrgenommen. Der Schallpegel wird häufig in

angegeben. Ein

stellt ein elektrisches Signal als Kurve dar. Tonhöhe und Lautstärke können

voneinander verändert werden. Das menschliche Gehör arbeitet

. Bei starkem Lärm schützt geeigneter

.

Offene Aufgaben

Leicht

Schwingendes Lineal: Führe den Linealversuch mit zwei freien Längen durch und beschreibe, bei welcher Länge der Ton höher ist.
Wellenbilder zeichnen: Zeichne je ein Schwingungsbild für einen hohen leisen, einen hohen lauten, einen tiefen leisen und einen tiefen lauten Ton.
Geräuschetagebuch: Sammle fünf Alltagsgeräusche und ordne sie nach hoher oder tiefer Tonlage sowie leiser oder lauter Wirkung.
Merksatzplakat: Gestalte ein Plakat mit den Begriffen Frequenz, Periodendauer, Amplitude und Dezibel.

Standard

Gummiband-Untersuchung: Untersuche getrennt, wie Spannung und Stärke des Anzupfens den Ton verändern. Halte Deine Beobachtungen in einer Tabelle fest.
Audioanalyse: Nimm einen möglichst gleichbleibenden Ton leise und lauter auf und vergleiche die dargestellten Kurven. Beachte Datenschutz und Lautstärkeschutz.
Erklärvideo Akustik: Produziere ein kurzes Video, das mit zwei selbst gezeichneten Kurven den Unterschied zwischen Frequenz und Amplitude erklärt.
Instrumentenvergleich: Vergleiche zwei Musikinstrumente und erkläre, wie sie Tonhöhe und Lautstärke verändern.

Schwer

Abstandsversuch: Plane eine Untersuchung dazu, wie sich ein gemessener Schallpegel mit wachsendem Abstand von einer Quelle verändert. Begründe die nötigen Kontrollvariablen.
Isophone auswerten: Beschreibe anhand einer Kurve gleicher Lautstärkeempfindung, warum tiefe und sehr hohe Töne oft einen größeren Pegel benötigen.
Akustik-Interview: Befrage eine Fachperson aus Musik, Tontechnik, Medizin oder Arbeitsschutz zur Bedeutung von Frequenz, Pegel und Gehörschutz.
Eigener Akustik-MOOC: Entwickle eine kurze digitale Lerneinheit mit Experiment, Erklärung, Diagramm und Selbsttest.

Lernkontrolle

Diagrammanalyse: Zwei Schwingungsbilder besitzen unterschiedliche Frequenzen und Amplituden. Erkläre, welches Bild zu welchem Höreindruck passt und begründe Deine Entscheidung.
Variablen trennen: Beschreibe einen Versuch, bei dem nur die Frequenz verändert wird, während die Amplitude möglichst gleich bleibt.
Alltagstransfer: Erkläre, wie ein Lautsprecher denselben Ton einmal leise und einmal laut erzeugen kann.
Instrumentenphysik: Übertrage den Zusammenhang von Frequenz und Tonhöhe auf eine Saite oder Luftsäule und nenne zwei veränderbare Eigenschaften.
Messwert und Wahrnehmung: Begründe, warum ein Schallpegelmessgerät und das menschliche Ohr nicht immer zum gleichen Lautstärkeeindruck führen.
Gehörschutz-Konzept: Entwickle Regeln für eine Schulveranstaltung mit Musik und begründe jede Regel physikalisch.

Lernnachweis

Für einen Lernnachweis zu diesem Thema ist wichtig, dass Du:

die Entstehung und Ausbreitung von Schall verständlich erklärst,
Frequenz, Periodendauer und Amplitude unterscheidest,
die Beziehung $f = \frac{1}{T}$ anwendest,
Schwingungsdiagramme sicher liest und vergleicht,
Tonhöhe und Lautstärke als verschiedene Eigenschaften beschreibst,
die logarithmische Bedeutung der Dezibelskala grundlegend erklärst,
Messwert und subjektiven Höreindruck voneinander unterscheidest,
ein Experiment planst, auswertest und mögliche Fehler benennst,
Regeln zum Schutz des Gehörs begründest.

OERs zum Thema

Passende Vertiefungen sind Tonhöhe, Lautstärke, Frequenz, Amplitude, Schalldruckpegel, Schwingung und Akustik.

Verknüpfte Lernbereiche

Tonhöhe und Lautstärke - Physik

aiMOOC-Projekte

Schulfach+

Prüfungsliteratur 2026
Bundesland	Bücher	Kurzbeschreibung
Baden-Württemberg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Mittlere Reife Der Markisenmann - Jan Weiler oder Als die Welt uns gehörte - Liz Kessler Ein Schatten wie ein Leopard - Myron Levoy oder Pampa Blues - Rolf Lappert	Abitur Dorfrichter-Komödie über Wahrheit/Schuld; Roman über einen Ort und deutsche Geschichte. Mittlere Reife Wahllektüren (Roadtrip-Vater-Sohn / Jugendroman im NS-Kontext / Coming-of-age / Provinzroman).
Bayern	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Lustspiel über Machtmissbrauch und Recht; Roman als Zeitschnitt deutscher Geschichte an einem Haus/Grundstück.
Berlin/Brandenburg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Der Biberpelz - Gerhart Hauptmann Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Gerichtskomödie; soziales Drama um Ausbeutung/Armut; Komödie/Satire um Diebstahl und Obrigkeit; Roman über Erinnerungsräume und Umbrüche.
Bremen	Abitur Nach Mitternacht - Irmgard Keun Mario und der Zauberer - Thomas Mann Emilia Galotti - Gotthold Ephraim Lessing oder Miss Sara Sampson - Gotthold Ephraim Lessing	Abitur Roman in der NS-Zeit (Alltag, Anpassung, Angst); Novelle über Verführung/Massenpsychologie; bürgerliche Trauerspiele (Moral, Macht, Stand).
Hamburg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Das kunstseidene Mädchen - Irmgard Keun	Abitur Justiz-/Machtkritik als Komödie; Großstadtroman der Weimarer Zeit (Rollenbilder, Aufstiegsträume, soziale Realität).
Hessen	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Der Prozess - Franz Kafka	Abitur Gerichtskomödie; Fragmentdrama über Gewalt/Entmenschlichung; Erinnerungsroman über deutsche Brüche; moderner Roman über Schuld, Macht und Bürokratie.
Niedersachsen	Abitur Der zerbrochene Krug - Heinrich von Kleist Das kunstseidene Mädchen - Irmgard Keun Die Marquise von O. - Heinrich von Kleist Über das Marionettentheater - Heinrich von Kleist	Abitur Schwerpunkt auf Drama/Roman sowie Kleist-Prosatext und Essay (Ehre, Gewalt, Unschuld; Ästhetik/„Anmut“).
Nordrhein-Westfalen	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Komödie über Wahrheit und Autorität; Roman als literarische „Geschichtsschichtung“ an einem Ort.
Saarland	Abitur Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Furor - Lutz Hübner und Sarah Nemitz Bahnwärter Thiel - Gerhart Hauptmann	Abitur Erinnerungsroman an einem Ort; zeitgenössisches Drama über Eskalation/Populismus; naturalistische Novelle (Pflicht/Überforderung/Abgrund).
Sachsen (berufliches Gymnasium)	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Irrungen, Wirrungen - Theodor Fontane Der gute Mensch von Sezuan - Bertolt Brecht Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Der Trafikant - Robert Seethaler	Abitur Mischung aus Klassiker-Drama, sozialem Drama, realistischem Roman, epischem Theater und Gegenwarts-/Erinnerungsroman; zusätzlich Coming-of-age im historischen Kontext.
Sachsen-Anhalt	Abitur (keine fest benannte landesweite Pflichtlektüre veröffentlicht; Themenfelder)	Abitur Schwerpunktsetzung über Themenfelder (u. a. Literatur um 1900; Sprache in politisch-gesellschaftlichen Kontexten), ohne feste Einzeltitel.
Schleswig-Holstein	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Recht/Gerechtigkeit und historische Tiefenschichten eines Ortes – umgesetzt über Drama und Gegenwartsroman.
Thüringen	Abitur (keine fest benannte landesweite Pflichtlektüre veröffentlicht; Orientierung am gemeinsamen Aufgabenpool)	Abitur In der Praxis häufig Orientierung am gemeinsamen Aufgabenpool; landesweite Einzeltitel je nach Vorgabe/Handreichung nicht einheitlich ausgewiesen.
Mecklenburg-Vorpommern	Abitur (Quelle aktuell technisch nicht abrufbar; Beteiligung am gemeinsamen Aufgabenpool bekannt)	Abitur Land beteiligt sich am länderübergreifenden Aufgabenpool; konkrete, veröffentlichte Einzeltitel konnten hier nicht ausgelesen werden.
Rheinland-Pfalz	Abitur (keine landesweit einheitliche Pflichtlektüre; schulische Auswahl)	Abitur Keine landesweite Einheitsliste; Auswahl kann schul-/kursbezogen erfolgen.