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Schall einfach erklärt: Entstehung und Eigenschaften
Schall entsteht, wenn eine Quelle schwingt und ihre Schwingung über ein Medium weitergibt. So gelangt eine mechanische Welle durch Luft, Wasser oder einen festen Stoff zu deinem Ohr oder einem Mikrofon.
Auf dieser Seite lernst du, wie Schall entsteht, woran du Tonhöhe, Lautheit und Klangfarbe unterscheidest und wie Instrumente sowie Materialien den Schall verändern.
Hake ab, was du schon kannst — und komm am Ende hierher zurück!
Wie wird aus einer Schwingung Schall?
Lege beim Summen vorsichtig eine Hand an deinen Hals. Du kannst eine Bewegung spüren: Ein Teil deines Stimmapparats schwingt. Eine solche schwingende Schallquelle kann auch eine Gitarrensaite, eine Trommelmembran, eine Luftsäule oder eine Lautsprechermembran sein.
Schall
Schall besteht aus mechanischen Schwingungen, die sich als Druckschwankungen in einem Medium ausbreiten. Ein Medium kann zum Beispiel Luft, Wasser oder ein fester Stoff sein.
In Luft läuft die Ausbreitung so ab:
- Die Schallquelle bewegt sich und drückt die benachbarte Luft zusammen.
- In diesem Bereich steigt der Druck.
- Die elastische Luft dehnt sich wieder aus und verdichtet den nächsten Bereich.
- Die Druckschwankung wandert weiter, obwohl die Luftteilchen nur um ihre jeweilige Position schwingen.
Die Teilchen werden also nicht von der Quelle bis zu deinem Ohr transportiert. Die Schallwelle überträgt Energie, aber keine Materie.
Schall braucht eine schwingende Quelle, ein Medium zur Übertragung und einen Empfänger, wenn er wahrgenommen oder aufgezeichnet werden soll.
Was unterscheidet Tonhöhe, Lautheit und Klangfarbe?
Drei Eigenschaften helfen dir, Höreindrücke genauer zu beschreiben: Frequenz, Amplitude und Zusammensetzung der Schwingung.
Frequenz und Tonhöhe
Die Frequenz gibt an, wie viele vollständige Schwingungen in einer Sekunde stattfinden. Ihre Einheit ist Hertz, kurz Hz.
Unter sonst gleichen Bedingungen gilt:
- höhere Frequenz → höherer Ton;
- niedrigere Frequenz → tieferer Ton.
Amplitude und Lautheit
Die Amplitude beschreibt die größte Auslenkung einer Schwingung beziehungsweise die Stärke einer Druckschwankung.
Unter sonst gleichen Bedingungen gilt:
- größere Amplitude → der Ton erscheint lauter;
- kleinere Amplitude → der Ton erscheint leiser.
Diese Zuordnungen sind Modelle. Tonhöhe und Lautheit sind Wahrnehmungen, während Frequenz und Amplitude physikalische Eigenschaften der Schwingung beschreiben.
Grundschwingung, Obertöne und Klangfarbe
Ein Instrument erzeugt meist nicht nur eine einzelne Schwingung. Die Grundschwingung bestimmt vor allem die Tonhöhe. Zusätzliche Obertöne überlagern sie.
Die Anzahl und Stärke der Obertöne prägen die Klangfarbe. Deshalb können Gitarre und Violine denselben Ton spielen und trotzdem verschieden klingen.
Eine Saite wird zweimal bei gleicher Länge und Spannung angeschlagen. Beim zweiten Mal schwingt sie stärker aus.
Die Tonhöhe bleibt im vereinfachten Modell gleich, weil sich die Grundfrequenz nicht ändert. Die größere Amplitude lässt den zweiten Ton jedoch lauter erscheinen. Form und Stärke der beteiligten Obertöne beeinflussen zusätzlich seine Klangfarbe.
Welche Arten von Schall gibt es?
Nicht jede Schwingung hat dasselbe Muster. Vier Begriffe helfen bei der Unterscheidung:
| Schallart | Kennzeichen | Beispiel |
|---|---|---|
| Ton | regelmäßige, sinusförmige Schwingung | angeschlagene Stimmgabel |
| Klang | periodische Überlagerung mehrerer Töne | gespielter Ton eines Instruments |
| Geräusch | unregelmäßiges Schwingungsmuster | laufende Maschine |
| Knall | starke, kurze und schnell abklingende Schwingung | explodierender Feuerwerkskörper |
Im Alltag wird das Wort „Ton“ oft weiter verwendet. In der physikalischen Einteilung meint es jedoch die besonders einfache, regelmäßige Schwingung.
Wie formen Instrumente ihren Schall?
Instrumente nutzen unterschiedliche schwingende Systeme:
- Bei Gitarre, Violine und Klavier schwingen Saiten.
- Bei Trommel und Pauke schwingen Membranen.
- Bei Flöte, Trompete und Orgel schwingen Luftsäulen.
Eine schwingende Saite allein strahlt Schall oft nur schwach ab. Bei einer Violine oder Gitarre überträgt der Steg ihre Bewegung auf den Klangkörper. Der Körper und die eingeschlossene Luft schwingen mit und geben den Schall stärker an die Umgebung ab.
Resonanz
Resonanz bedeutet hier, dass ein schwingendes System ein anderes zum Mitschwingen anregt. Passt die Anregung gut zu einer Eigenschwingung des zweiten Systems, kann dieses besonders stark mitschwingen.
Auch die Tonhöhe lässt sich am Instrument verändern. Eine kürzere wirksame Luftsäule erzeugt zum Beispiel einen höheren Ton als eine längere. Bei einer Posaune verändert der Auszug die Länge der Luftsäule; bei Holzblasinstrumenten geschieht dies durch das Öffnen und Schließen von Löchern.
Bei einer Violine versetzt der Bogen die Saite in Schwingung. Die Saite bewegt über den Steg den hölzernen Klangkörper. Körper und eingeschlossene Luft schwingen mit. Dadurch wird mehr Schall an die Umgebung abgegeben, als es die Saite allein könnte.
Was geschieht am Empfänger und an Hindernissen?
Am Ende des Übertragungswegs trifft die Schallwelle auf einen Empfänger.
Beim Ohr sammelt die Ohrmuschel den Schall. Durch den Gehörgang erreicht er das Trommelfell und versetzt es in Schwingung. Weitere Teile des Ohrs wandeln diese Bewegung schließlich in Signale um, die zum Gehirn gelangen und dort verarbeitet werden.
Beim Mikrofon bewegt der Schall eine Membran. Der technische Aufbau wandelt diese mechanische Schwingung in ein elektrisches Signal um.
Trifft Schall unterwegs auf eine Fläche, sind verschiedene Vorgänge möglich:
- Reflexion: Die Fläche wirft einen Teil des Schalls zurück. Ein Echo ist reflektierter Schall.
- Absorption: Ein Material nimmt einen Teil der Schallenergie auf und wirft weniger Schall zurück.
- Brechung: Beim Übergang zwischen unterschiedlichen Stoffen kann sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit und damit die Richtung ändern.
Glatte, harte Flächen reflektieren meist stärker. Weiche oder poröse Materialien wie Vorhänge und Schaumstoff können mehr Schall aufnehmen und dadurch den Nachhall vermindern.
In einem leeren Raum mit glatten Wänden hörst du oft langen Nachhall. Vorhänge und andere weiche Materialien nehmen einen größeren Teil des Schalls auf. Weniger Schall wird mehrfach in den Raum zurückgeworfen, daher wird der Nachhall kürzer.
Schallbeobachtungen selbst erklären
Nutze bei einer Beobachtung diese Denkkette:
- Bestimme die Schallquelle und das schwingende System.
- Nenne das Medium, das die Schwingung weitergibt.
- Ordne eine Veränderung der Frequenz, Amplitude oder Obertöne zu.
- Prüfe, ob Resonanz, Reflexion oder Absorption beteiligt ist.
- Beschreibe, was am Empfänger geschieht.
Aufgabe: Du zupfst dieselbe Gitarrensaite zuerst sanft und danach kräftig. Erkläre die wichtigsten Unterschiede.
Lösung: In beiden Fällen ist die Saite die Schallquelle. Sie versetzt die Luft über ihre eigene Bewegung und den mitschwingenden Instrumentenkörper in Schwingung. Beim kräftigen Zupfen ist die Amplitude zunächst größer, deshalb erscheint der Ton unter sonst gleichen Bedingungen lauter. Bleiben Saitenlänge und Spannung gleich, bleibt die Grundfrequenz im vereinfachten Modell weitgehend gleich. Die Art des Anschlags kann jedoch die Obertöne und damit die Klangfarbe mitprägen.
Karteikasten
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
Alles auf einen Blick
- Schall
- entsteht durch eine schwingende Quelle
- breitet sich als mechanische Welle in einem Medium aus
- wird durch Frequenz, Amplitude und Obertöne beschrieben
- wird an Flächen reflektiert, absorbiert oder gebrochen
- bringt Ohr oder Mikrofonmembran zum Schwingen
- wird bei Instrumenten durch schwingende Systeme und Resonanz geformt
Abschluss-Check
Du kannst Schall nun als vollständigen Weg beschreiben: Eine Quelle schwingt, ein Medium überträgt die Druckschwankungen, Materialien und Resonanz verändern die Ausbreitung, und ein Empfänger wandelt die ankommende Schwingung weiter um.