Schall: Übertragung, Reflexion und Brechung

Medien, die von Audiodaten übertragen werden

Die Klänge, die wir hören, werden durch die Luft übertragen, aber jede elastische Substanz, ob fest, flüssig, gasförmig oder Plasma, kann Schall übertragen. Elastizität ist die Eigenschaft eines Materials, auf eine einwirkende Kraft mit einer Formänderung zu reagieren und in seine ursprüngliche Form zurückzukehren, wenn die verzerrende Kraft entfernt wird. Stahl ist eine elastische Substanz, Kitt ist unelastisch.

In Flüssigkeiten und elastischen Festkörpern liegen die Moleküle relativ nahe beieinander und reagieren schnell auf die Relativbewegungen und übertragen die Energie mit geringen Verlusten. Schall breitet sich in Wasser viermal schneller aus als in Luft und in Stahl etwa 15-mal schneller als in Luft. In Feststoffen und Flüssigkeiten breitet sich der Schall besser aus als in der Luft. Wenn Sie im Wasser einige Steine aneinander schlagen, können Sie das Klicken sehr gut hören. Flüssigkeiten und kristalline Festkörper sind ausgezeichnete Schallleiter, viel besser als Luft.

Die Schallgeschwindigkeit ist in Gasen höher als in Flüssigkeiten und in Festkörpern noch höher als in Flüssigkeiten. Schall kann sich nicht im Vakuum ausbreiten, da er ein Medium benötigt. Wenn es nichts gibt, das komprimiert und expandiert werden kann, kann es keinen Schall geben.

Schallgeschwindigkeit in der Luft

Der Donner ist zu hören, nachdem der Blitz gesehen wurde. Dies zeigt, dass der Schall eine beträchtliche Zeit benötigt, um sich von einem Ort zum anderen auszubreiten. Die Schallgeschwindigkeit hängt von den Bedingungen ab:

• Luft (Wind)
• Temperatur
• Luftfeuchtigkeit

Alle Klänge breiten sich gleich schnell aus. Die Schallgeschwindigkeit in trockener Luft bei 0 °C beträgt ca. 330 m/s, ca. 1200 km/h. Schall bewegt sich in warmer Luft schneller als in kalter Luft, weil die Moleküle der wärmeren Luft schneller sind, häufiger miteinander kollidieren und daher einen Impuls in kürzerer Zeit übertragen können. Für jedes Grad Temperaturerhöhung über 0 °C steigt die Schallgeschwindigkeit in der Luft um 0,6 m/s; bei 20 °C breitet sich der Schall mit ca. 340 m/s aus.

Schallreflexion

Echo ist die Reflexion des Schalls. Der Anteil der Energie, die von den reflektierten Schallwellen getragen wird, ist groß, wenn die Oberfläche starr und glatt ist, und geringer, wenn die Oberfläche weich und unregelmäßig ist. Die akustische Energie, die die Schallwelle nicht reflektiert, wird von der Oberfläche absorbiert.

Der Schall wird von einer glatten Oberfläche in der gleichen Weise reflektiert wie das Licht. Der Einfallswinkel des Schalls entspricht dem Reflexionswinkel. Manchmal, wenn der Schall von den Wänden, der Decke und dem Boden reflektiert wird, wird er mehrmals reflektiert. Diese mehrfachen Reflexionen werden als Hall bezeichnet. Wenn die reflektierenden Oberflächen sehr saugfähig sind, ist die Schallintensität gering und die Darbietung klingt dumpf und leblos. In einem Hörsaal oder Konzertsaal muss ein Gleichgewicht zwischen Reflexion und Absorption herrschen. Die Lehre von den Schalleigenschaften wird als Akustik bezeichnet.

Hochreflektierende Oberflächen hinter der Bühne sollten so platziert werden, dass sie den Schall direkt zum Publikum reflektieren. Schall und Licht folgen dem gleichen Reflexionsgesetz. Wenn also ein Reflektor so ausgerichtet ist, dass Sie ein bestimmtes Musikinstrument sehen können, können Sie es auch hören. Kunststoffplatten über dem Orchester reflektieren sowohl Licht als auch Schall. Es ist sehr einfach einzustellen: Was Sie sehen, ist das, was Sie hören.

Schallbrechung

Schallwellen werden abgelenkt, wenn Teile ihrer Fronten mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durchlaufen werden. Dies geschieht bei "unregelmäßigen Winden" oder wenn sich der Schall durch Luft mit unterschiedlichen Temperaturen ausbreitet. Diese Ablenkung des Schalls wird als Brechung bezeichnet. An einem heißen Tag kann die Luft in Bodennähe wärmer sein als der Rest, und die Schallgeschwindigkeit in Bodennähe erhöht sich. Die Schallwellen werden vom Boden weg abgelenkt, so dass der Schall sich nicht gut auszubreiten scheint. Unterschiedliche Geschwindigkeiten erzeugen die Brechung des Schalls.