Grundlagen des Schalls: Entstehung und Eigenschaften

Was ist Schall?

Schall entsteht durch die Schwingungen eines elastischen Mediums. Ein elastisches Medium hat die Fähigkeit, nach einer Verformung in seine ursprüngliche Form zurückzukehren.

Arten von Schall

Hörbarer Schall: Klänge, die für das menschliche Ohr wahrnehmbar sind, mit Frequenzen zwischen 20 Hz und 20.000 Hz.

Infraschall

Schall mit Frequenzen unterhalb von 20 Hz.

Ultraschall

Schall mit Frequenzen oberhalb von 20.000 Hz.

Eigenschaften von Schallwellen

Schall ist eine mechanische Longitudinalwelle, bei der das Medium durch Druckschwankungen schwingt.

• Kompression: Zone hohen Drucks.
• Verdünnung (Rarefizierung): Zone niedrigen Drucks.

Schallintensität (Lautstärke)

Die Schallintensität ist eine physikalische Größe, definiert als die Schallenergie, die eine Welle pro Zeiteinheit durch eine Flächeneinheit transportiert. Sie wird gemessen in W/m² (Watt pro Quadratmeter).

Die Schallintensität hängt mit der wahrgenommenen Lautstärke zusammen. Hinweis: Ein Schallpegel von 10 dB ist 10-mal intensiver als ein Schallpegel von 0 dB (bezogen auf die Schallintensität).

Tonhöhe (Frequenz)

Die Tonhöhe hängt von der Frequenz ab. Tiefe Frequenzen (langsame Schwingungen) erzeugen tiefe Töne (Bass), hohe Frequenzen (schnelle Schwingungen) erzeugen hohe Töne. Hinweis: Hochfrequente Töne hoher Intensität können schädlicher sein als tieffrequente Töne. Gefährlich laute Geräusche können das Innenohr schädigen.

Klangfarbe (Timbre)

Die Klangfarbe ermöglicht die Unterscheidung zwischen zwei Klängen gleicher Tonhöhe und Lautstärke, die von unterschiedlichen Schallquellen erzeugt werden. Das Timbre hängt von der Schallquelle ab.

Schallausbreitung

Die Geschwindigkeit der Schallausbreitung hängt von drei Faktoren ab:

• Dichte des Mediums
• Elastizität des Mediums
• Temperatur des Mediums

Schallausbreitung in einer Saite

Die Schallgeschwindigkeit in einer schwingenden Saite hängt ab von:

• Spannung der Saite (gemessen in Newton, N)
• Länge der Saite (gemessen in Metern, m)
• Masse pro Längeneinheit der Saite (lineare Dichte, z.B. in kg/m)

Schallreflexion

Ein Echo entsteht, wenn Schall an einem Hindernis reflektiert wird und das Ohr mit einer Zeitverzögerung von mehr als etwa 0,1 Sekunden gegenüber dem Direktschall erreicht.

Nachhall

Nachhall entsteht durch mehrfache Reflexionen von Schallwellen in einem Raum, was zu einem allmählichen Abklingen des Klangs führt.

Schallbrechung

Beim Übergang von einem Medium in ein anderes ändert sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalls, was zu einer Richtungsänderung (Brechung) der Schallwelle führt. Beispiel: Schall breitet sich in kalter Luft langsamer aus als in warmer Luft.

Schallbeugung

Schallwellen können Hindernisse umlaufen oder sich durch Öffnungen ausbreiten (Beugung). Schall hat die Fähigkeit, Hindernisse zu "umgehen".

Schallabsorption

Schallabsorption beschreibt den Vorgang, bei dem Schallenergie von einem Material aufgenommen (absorbiert) und nicht reflektiert wird.

Resonanz

Jeder Körper hat Eigenfrequenzen. Resonanz tritt auf, wenn die Frequenz einer äußeren Anregung mit einer Eigenfrequenz des Objekts übereinstimmt. Dies führt zu einem starken Anstieg der Schwingungsamplitude. Die Eigenfrequenz hängt von der Elastizität und der Form des Objekts ab.