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Akustik einfach erklärt: Schall verstehen
Akustik ist die Lehre vom Schall. Schall entsteht, wenn ein Körper schwingt und diese Schwingung über ein Medium zu einem Empfänger gelangt. Die Frequenz beeinflusst die Tonhöhe; die Größe der Druckschwankungen beeinflusst die wahrgenommene Lautstärke.
Hake ab, was du schon kannst — und komm am Ende hierher zurück!
Wie entsteht und reist Schall?
Wenn du eine Gitarrensaite anzupfst, beginnt sie schnell zu schwingen. Die Saite ist eine Schallquelle, also ein Körper, der Schall erzeugt.
Die schwingende Saite drückt die benachbarte Luft abwechselnd zusammen und lässt sie sich wieder ausdehnen. Dadurch wandern Druckschwankungen durch die Luft. Diese mechanische Welle heißt Schallwelle.
Medium
Ein Medium ist ein Stoff, dessen Teilchen die Schwingung weitergeben. Schall kann sich zum Beispiel durch Luft, Wasser, Holz, Stein und Metall ausbreiten.
Schall braucht immer ein Medium. Im Vakuum fehlen die Teilchen, die eine Schwingung weitergeben könnten. Deshalb gibt es dort keine Schallausbreitung. Schall ist also keine elektromagnetische Welle.
Bei einem Schlag auf eine Tischplatte schwingt die Platte. Sie versetzt die umgebende Luft in Schwingung. Die Druckschwankungen breiten sich bis zu deinem Ohr aus und versetzen dort das Trommelfell in Bewegung.
Der vollständige Schallweg lautet:
Schallquelle → Medium → Schallempfänger
Was bestimmt Tonhöhe und Lautstärke?
Zwei Merkmale einer Schwingung sind besonders wichtig: Frequenz und Amplitude.
Frequenz
Die Frequenz gibt an, wie viele Schwingungen in einer Sekunde stattfinden. Ihre Einheit ist Hertz (Hz). Eine größere Frequenz wird als höherer Ton wahrgenommen.
Ein junger, gesunder Mensch hört ungefähr Frequenzen zwischen 16 Hz und 20.000 Hz. Frequenzen oberhalb dieses Bereichs heißen Ultraschall, darunter liegt Infraschall.
Amplitude
Die Amplitude beschreibt die Größe einer Schwingung. Bei einer Schallwelle zeigt sie, wie stark die Druckschwankungen sind. Unter sonst gleichen Bedingungen werden stärkere Druckschwankungen als lauter wahrgenommen.
Frequenz verändert die Tonhöhe. Die Größe der Druckschwankungen beeinflusst die Lautstärke. Ein höherer Ton muss daher nicht lauter sein.
Zwei Stimmgabeln können gleich laut, aber verschieden hoch klingen. Dann unterscheiden sich ihre Frequenzen, während die Stärke ihrer Druckschwankungen ähnlich sein kann.
Wird dieselbe Stimmgabel kräftiger angeschlagen, kann sie lauter klingen. Ihre Tonhöhe muss sich dadurch nicht ändern.
Wie werden Schallarten und Empfänger unterschieden?
Schwingungen können unterschiedlich aufgebaut sein. In einem einfachen schulischen Modell unterscheidet man vier Schallarten:
- Ein Ton besitzt eine bestimmbare Frequenz und wird idealisiert als regelmäßige sinusförmige Schwingung beschrieben.
- Ein Klang besteht aus einem Grundton und harmonischen Obertönen. Die Frequenzen der Obertöne sind Vielfache der Grundfrequenz.
- Ein Geräusch enthält viele voneinander unabhängige Frequenzen.
- Ein Knall ist ein kurzer, einzelner Impuls mit großer Amplitude und keine periodische Schwingung.
Ein Schallempfänger reagiert auf eintreffende Druckschwankungen. Im Ohr sammelt die Ohrmuschel den Schall. Das Trommelfell beginnt zu schwingen. Im Innenohr entstehen daraus Impulse, die zum Gehirn gelangen und dort verarbeitet werden.
Auch ein Mikrofon besitzt eine Membran. Sie wird durch die Schallwelle in Schwingung versetzt. Das Mikrofon wandelt das mechanische Schwingungssignal in ein elektrisches Signal um.
Wähle in jeder Lücke die passende Form und prüfe anschließend deine Antworten.
Eine schwingende Gitarrensaite ist eine . Die Luft wirkt als . Im Ohr beginnt das durch den eintreffenden Schall zu schwingen. Ein Mikrofon wandelt mechanische Schwingungen in um.
Wie lassen sich Schallpegel und Lärm verringern?
Der Schalldruckpegel beschreibt den Schalldruck an einem bestimmten Ort. Er wird in Dezibel angegeben. Häufig wird mit einem A-Filter gemessen, der die frequenzabhängige Empfindlichkeit des menschlichen Ohrs näherungsweise berücksichtigt; dann lautet die Angabe dB(A).
Dezibel bilden eine logarithmische Skala. Deshalb dürfen Pegel nicht wie gewöhnliche Zahlen addiert werden. Für die Auswahl einer Schutzmaßnahme reicht oft schon die Frage: Wo lässt sich die Übertragungskette unterbrechen oder abschwächen?
Lärm ist Hörschall, der die Stille stört und Menschen belästigen oder gesundheitlich beeinträchtigen kann. Ein Messwert und die Bewertung als Lärm sind daher nicht dasselbe: Der Pegel beschreibt eine physikalische Größe, während die Lärmbewertung auch die Wirkung des Schalls berücksichtigt.
Schallschutz kann an verschiedenen Stellen ansetzen:
- An der Quelle: Schwingungen und Geräusche möglichst schwach entstehen lassen.
- Auf dem Übertragungsweg: Schallschutzwände oder absorbierende Materialien einsetzen.
- Am Empfänger: Das Ohr durch geeigneten Gehörschutz abschirmen.
Raue und poröse Materialien wie Schaumstoff können einen großen Teil des Schalls absorbieren. Elastische Dichtungen können außerdem Bauteilschwingungen dämpfen. In beiden Fällen gelangt weniger Schall zum Empfänger.
Bei ungehinderter Ausbreitung nimmt der Pegel mit wachsender Entfernung ab. Wie stark er sinkt, hängt unter anderem von der Form der Quelle, vom Medium, von der Temperatur, von der Witterung und von Hindernissen ab.
Karteikasten
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
Alles auf einen Blick
- Akustik
- Entstehung: Eine Schallquelle schwingt
- Ausbreitung: Ein Medium überträgt Druckschwankungen
- Eigenschaften: Frequenz beeinflusst Tonhöhe, Amplitude die Lautstärke
- Empfang: Ohr oder Mikrofon reagiert auf die Schallwelle
- Schutz: Quelle, Übertragungsweg oder Empfänger abschirmen