Schall: Eigenschaften und Phänomene

Grundlegende Konzepte

• Elongation: Abstand zwischen dem Gleichgewichtspunkt und der Position eines Teilchens zu einem bestimmten Zeitpunkt.
• Amplitude: Abstand zwischen dem höchsten Punkt und dem Gleichgewichtspunkt. Entspricht der Elongation. (Höhere Energie, größere Amplitude)
• Periode: Zeit, die ein Teilchen für eine Schwingung benötigt.
• Frequenz: Gibt an, wie oft sich ein Ereignis in einem bestimmten Zeitraum wiederholt. Anzahl der Schwingungen pro Sekunde.
• Wellenlänge: Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Punkten, die sich in der gleichen Schwingungsphase befinden.
• Ausbreitungsgeschwindigkeit: Geschwindigkeit, mit der sich eine Schallwelle ausbreitet. (In Luft ca. 340 m/s)
• Infraschall: Schall mit einer Frequenz unter 20 Hz.
• Ultraschall: Schall mit einer Frequenz über 20.000 Hz.

Phänomene der Schallausbreitung

• Reflexion: Schall wird von einer Oberfläche zurückgeworfen, besonders gut von kompakten Festkörpern.
• Einfallender Schall: Schall, der auf ein Hindernis trifft.
• Reflektierter Schall: Schall, der nach dem Auftreffen auf ein Hindernis zurückgeworfen wird.
• Normale: Imaginäre Linie, die senkrecht zum Hindernis verläuft und zur Messung von Winkeln dient.
• Absorption: Energie des Schalls wird vom Hindernis aufgenommen.
• Transmission: Schall durchdringt ein Hindernis.
• Brechung: Schall wird durch unterschiedliche Temperaturen in der Luft abgelenkt.
• Beugung: Tritt besonders bei tiefen Tönen auf, aufgrund ihrer großen Wellenlänge. Schall breitet sich aus, nachdem er durch eine Öffnung gelangt ist, die kleiner oder gleich der Wellenlänge ist.
• Echo: Entsteht durch die Reflexion von Schall.
• Nachhall: Entsteht durch die Reflexion von Schall in kleinen Räumen (unter 17 m). Die Reflexion erfolgt an den Wänden des Raumes.
• Kompressionszone: Bereich hoher Moleküldichte in Longitudinalwellen.
• Verdünnungszone: Bereich geringer Moleküldichte in Longitudinalwellen.
• Elastizitätsmodul: Fähigkeit eines Objekts, nach einer Verformung in seine ursprüngliche Form zurückzukehren. (Je höher die Dichte, desto geringer die Elastizität)
• Interferenz: Überlagerung von zwei oder mehr Wellen, die gleichzeitig an einem Punkt eintreffen. Die Wellen können sich verstärken oder auslöschen.
• Konstruktive Interferenz: Die resultierende Welle hat eine größere Amplitude als die ursprünglichen Wellen. Es entsteht ein Schall höherer Intensität.
• Destruktive Interferenz: Die resultierende Welle hat eine kleinere Amplitude als die ursprünglichen Wellen. Es kann zur Auslöschung des Schalls kommen.
• Zusammengesetzte Klänge: Klänge, die aus der Überlagerung vieler reiner Klänge entstehen.
• Reine Klänge: Klänge, die nicht zusammengesetzt sind, z. B. der Klang einer Stimmgabel.
• Klangfarbe: Die Gesamtheit aller Klänge eines Instruments oder die Summe reiner Töne.
• Weißes Rauschen: Ein Geräusch, das alle hörbaren Frequenzen enthält.
• Eigenfrequenz: Die Frequenz, mit der ein Objekt aufgrund seiner Masse und Form schwingt. (Je größer die Masse, desto tiefer die Frequenz)
• Erzwungene Schwingung: Ein schwingender Körper versetzt einen anderen Körper in Schwingung.
• Resonanz: Zwei Objekte mit gleicher Eigenfrequenz schwingen, wenn eines zum Schwingen angeregt wird. Die Amplitude des zweiten Objekts erhöht sich.
• Doppler-Effekt: Effekt, der auftritt, wenn sich die Schallquelle bewegt und die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schallquelle geringer ist als die Schallgeschwindigkeit (340 m/s). Die Wellenlänge ist in Bewegungsrichtung der Schallquelle kleiner und in der entgegengesetzten Richtung größer. Wenn sich die Schallquelle nähert, wird der Ton höher, da die Frequenz zunimmt.
• Bugwelle: Entsteht, wenn die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schallquelle größer ist als die Schallgeschwindigkeit (+340 m/s). Die Amplitude ist größer und es tritt konstruktive Interferenz auf.
• Überschallknall: Entsteht, wenn der Rand der Bugwelle das Ohr eines Beobachters erreicht. Es handelt sich um eine Welle mit sehr großer Amplitude.
• Stoßwelle: Eine Druckwelle, die von einem Objekt erzeugt wird, das sich mit Schallgeschwindigkeit bewegt. Sie erzeugt eine Druckzone vor und eine Verdünnungszone hinter sich. Diese Zonen breiten sich durch die Luft aus und erzeugen beim Beobachter einen sehr lauten Knall.
• Tiefer Ton: Ton mit niedriger Frequenz.
• Hoher Ton: Ton mit hoher Frequenz.