Schall, was ist das?

Heute wollen wir uns mal dem Thema Schall zuwenden.  Klar, das ist alles, was wir hören können. Aber was genau ist das? Simpel gesprochen ist Schall ein Ereignis, das Luftmoleküle zum Schwingen bringt. Luft verhält sich da ein bisschen wie Wasser, daher ein einfaches Beispiel: Du stehst an einen Teich und die Wasseroberfläche ist ganz ruhig und glatt. Wirf einen Stein in den Teich und beobachte, wie die Wellen sich kreisförmig von der Stelle ausbreiten, wo der Stein ins Wasser fiel. Ganz ähnlich verbreitet sich der Schall von seiner Quelle aus, nämlich wellenförmig. Nur wird er grundsätzlich erst einmal kugelförmig abgestrahlt und nicht nur horizontal, wie die Wellen auf dem Wasser. „Halt!“ werden jetzt einige schreien, „das stimmt so nicht!“ Ja, ja natürlich ist dieses Bild zu grob, aber dazu kommen wir noch.

Also kugelförmige Ausbreitung von Schwingungen der Luftmoleküle. In Fachbüchern wird jetzt meist von periodischen Luftdruckänderungen gesprochen, stimmt ja auch. Nur, wie hat man sich das vorzustellen? Schauen wir uns mal einen Lautsprecher an: da haben wir eine Membran, die sich, sagen wir durch Musik angeregt, vor und zurück bewegt. Hat bestimmt jeder schon mal gesehen. Und welches Kind konnte schon widerstehen, mal seine Finger vorsichtig auf so eine Membran zu legen und ihr Vibrieren zu spühren, wenn die Musik spielt. Ich jedenfalls nicht.

Egal, zurück zu unserem Beispiel. Wir schalten mal auf Zeitlupe: schiebt sich diese Membran vor, schubst sie quasi die Luftmoleküle vor sich nach vorne. Was nun passiert, ist wie beim Winterschlussverkauf vor dem Kaufhaus: Tausende stehen vor der Tür und einer schiebt hinten. Vorne wird´s eng. So geht´s nun auch den Luftmolekülen. Hinten schubst einer (die Lautsprechermembran) und vorne gibt´s Gedränge. Da, wo die Luftmoleküle sich drängeln, haben wir erhöhten Luftdruck. Und so, wie bei der sich öffnenden Kaufhaustür die Massen in den Laden platzen, so drängen jetzt die Luftmoleküle vom Lautsprecher weg. Die Schallwelle bewegt sich.

Und nun bewegt sich die Membran zurück. Es entsteht viel Platz da, wo eben noch Gedränge herrschte. Jetzt sind da weniger Luftmoleküle und damit sinkt der Luftdruck. Ganz einfach, nicht? Das Ganze passiert natürlich sehr schnell. So haben Schallwellen also was mit periodischer Luftdruckänderung zu tun.

Unser menschliches Ohr hat ja auch eine Membran, das Trommelfell, das nun durch die heran rasenden Schallwellen ebenfalls in Schwingungen versetzt wird. Die Bewegungen des Trommelfells werden in Nervenimpulse umgesetzt und zum Gehirn gefeuert. Zack, wir können was hören.

So weit zum Grundprinzip. Werden wir nun etwas technischer. Ich erwähnte es oben, Schallwellen sind schneller, als die Wellen auf dem Wasser des Teiches. Viel schneller im Normalfall (ein Zunami kann auch sauschnell sein)! In der Luft nämlich rund 331,5 Meter / Sek., bei 0 C° Lufttemperatur. Die Schallgeschwindigkeit ist von mehreren Dingen abhängig:

  1. dem Medium: Luft, oder andere Gase, Wasser,  feste Körper, etc. In jedem Medium ändert sich die Schallgeschwindigkeit.
  2. die Temperatur des Mediums. Daher die Angabe „bei 0 C°“ oben.
  3. in dispersiven Medien, wie z.B. Gummi: auch von der Frequenz. (Wikipedia)

In nichtdispersiven Medien wie der Luft ist somit die Schallgeschwindigkeit nur von der Temperatur abhängig und über ein weiten Frequezbereich stabil. Bei z.B. +20 C° beträgt sie schon 343,4 m/s und bei +35 C° gar 352,1 m/s. Also: je wärmer desto schneller.

Hier eine kleine interessante Liste mit Geschwindigkeiten in verschiednen Materialien bei +20C°. Die Angaben sind Näherungswerte.

  •  Luft:         343 m/s
  • Wasser:   1500 m/s
  • Beton:     3100 m/s
  • Stahl:       5800 m/s

Noch ein Wort zur Schallgeschwindigkeit in der Luft: manchmal liest man was von einer Abhängigkeit vom Luftdruck. Das ist FALSCH! Nur die Temperatur (und in geringem Maß die Feuchtigkeit) sind für die Schallgeschwindigkeit entscheidend. Wer ganz genau wissen will, warum das so ist schaue mal hier nach. Da gibt´s auch alle wichtigen Formeln, die ich mir hier spare.

Zum Schluß gibt es noch ein paar Begriffe zu klären:

Das gesunde menschliche Gehör kann Schall mit Frequenzen von 16 Hz bis 20 kHz hören (wenn man mal das Alter außer Acht lässt). Alles darunter nennt man Infraschall. Alles darüber: Ultraschall. Gelegentlich liest man auch was von Hyperschall. Das ist dann alles über 10 GHz.

So, das war´s mal wieder für heute. Die Daten zur Schallgeschwindigkeit stammen von Sengpielaudio und von Wikipedia. Es lohnt sich auch da mal nachzulesen, wenn´s genauer sein soll. Und wie immer: über Kommentare, Anregungen und Hinweise würde ich mich freuen. Alle Texte in diesem Blog sind nur für private Zwecke gedacht. Keine Veröffentlichungen ohne meine Genehmigung. Danke.


Kommentare

Schall, was ist das? — 2 Kommentare

  1. Hallo Markus!
    Tolle Seite und bisher die beste Erklärung von Schall , die ich bei meiner Recherche im Internet finden konnte!Eine Frage hätte ich trotzdem noch an Dich…ich versuche gerade immer noch, den genauen Unterschied von Schall und Wind zu verstehen…jemand anderes schrieb, dass es sich bei Wind um sich bewegende, ihren Platz verlassen Luftmoleküle handelt, bei Schall jedoch nicht, sondern nur um sich ausbreitende Energie…Deine Veranschaulichung des sich an einer Stelle ändernden Luftdrucks habe ich aber doch wieder so verstanden, dass die Luftmoleküle sich von ihrem Platz wegbewegen(die Kaufhaustür wird geöffnet..die Menschen/Moleküle strömen ins (leerere) Kaufhaus)—-oder hinkt der Vergleich dann insofern doch, weil die Teilchen eben doch nicht irgendwo hinströmen, sondern nur das Luftteilchen neben sich antippen, und sich dann wieder an ihren Platz zurückbewegen, also nur hin und herschwingen?
    …..wieso dann aus so etwas ein TON/KLANG wird, ist mir allerdings, auch wenn ich die Erklärung mit dem Trommelfell kenne und dem Hörzentrum, schleierhaft…
    und warum kann ich dann zum beispiel meine Hand, wenn ich sie schnell hin und herbewege, nicht als Klang hören?Weil ich das viel zu langsam tue?Also wenn ich es mindestens 16x pro Sekunde schaffen würde, würde man dann einen tiefen ton hören?
    Falls Du denn überhaupt Zeit und Lust haben solltest, würde ich mich sehr über eine Antwort noch bis Sonntag abend(16.6.) freuen, da ich Montag drüber eine Klausur schreiben muß und ich kann es einfach besser erkären, wenn ich es einmal richtig verstanden habe..
    Vielen Dank und schönen Gruß!
    Annika

  2. Hi Anika, schön, dass dir mein Blog gefällt. Zu deiner Frage: es ist tatsächlich so, dass Schall schwingende Luftmoleküle sind, die sich eher hin und herbewegen. Bei Wellen im Wasser ist es übrigens genauso: es wird die Bewegungsenergie weitertransportiert. Die Moleküle bleiben relativ an ihrem Ort. Test: Badewanne volllaufen lassen, mit der Handein paar Wellen erzeugen und nun was schimmendes (z.B. 1 Korken) reinwerfen. Er tanzt auf und ab, bewegt sich aber kaum vom Platz.
    Wind sind dagegen sich wirklich bewegende/ wandernde Luft /Luftmoleküle.

    Zu deiner Hand: 16 Hertz (16x / Sek.) liegen unter der Hörbarkeitsschwelle. Denk aber mal an die Hummel. Wenn sie an dir vorbeifliegt hörst du ihre Flügleschläge als tiefes Brummen. Die Mücke ist viel schneller mit den Flügeln, daher das fiese Fiepen, bei dem man sofort zuschlagen will.

    Ich hoffe das hilft dir weiter. Viel Glück bei deiner Klausur.

Schreibe einen Kommentar