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Schall einfach erklärt: Entstehung und Ausbreitung
Schall entsteht, wenn eine Quelle ein Medium zum Schwingen bringt. Die Störung breitet sich als mechanische Welle aus und kann einen Empfänger wie dein Ohr oder ein Mikrofon erreichen.
Auf dieser Seite lernst du, die Übertragung von Schall zu erklären, Tonhöhe und Lautstärke zu unterscheiden und passende Maßnahmen gegen störenden Schall zu begründen.
Hake ab, was du schon kannst — und komm am Ende hierher zurück!
Vom Schwingen zum Hören
Eine Gitarrensaite wird angezupft, eine Stimmgabel angeschlagen oder eine Lautsprechermembran bewegt. In jedem Fall schwingt ein Körper und regt seine Umgebung an.
Schall
Schall ist eine mechanische Schwingung oder Störung, die sich in einem Medium als Welle ausbreitet. Ein Medium kann ein Gas, eine Flüssigkeit oder ein Festkörper sein.
Die Übertragung lässt sich als Kette darstellen:
- Die Schallquelle erzeugt die Schwingung.
- Das Medium überträgt die Störung.
- Der Schallempfänger nimmt sie auf.
Beim Sprechen ist der schwingende Bereich im Kehlkopf die Quelle, die Luft das Medium und das Ohr der Empfänger. Bei einem Hammerschlag auf eine Metallstange ist der Hammer nicht allein die Schallquelle: Der Schlag regt die Stange zum Schwingen an, und die Stange überträgt die Störung.
Schallquelle, Medium und Empfänger haben verschiedene Aufgaben: erzeugen, übertragen und aufnehmen.
Wie Schall durch Luft wandert
Bewegt sich eine Schallquelle nach vorn, drängt sie benachbarte Luftteilchen zusammen. Es entsteht eine Verdichtung mit erhöhtem Druck und erhöhter Dichte. Bewegt sich die Quelle zurück, entsteht eine Verdünnung.
Die Luftteilchen stoßen ihre Nachbarteilchen an. So wandern Verdichtungen und Verdünnungen durch den Raum. Die einzelnen Teilchen schwingen dabei nur um ihre jeweilige Lage: Die Luft wird nicht als Ganzes von der Quelle bis zum Ohr transportiert.
In Gasen und Flüssigkeiten schwingen die Teilchen in Ausbreitungsrichtung. Eine solche Welle heißt Longitudinalwelle. In Festkörpern können außerdem Transversalwellen auftreten, bei denen die Schwingung quer zur Ausbreitungsrichtung verläuft.
Bei einer schwingenden Gitarrensaite entstehen abwechselnd verdichtete und verdünnte Bereiche in der Luft. Diese Druckänderungen erreichen dein Trommelfell und versetzen es ebenfalls in Schwingung. Nicht die Gitarrensaite selbst und auch nicht dieselben Luftteilchen wandern bis zu deinem Ohr – weitergegeben wird die Störung.
Warum hört man im Vakuum nichts?
Im Vakuum fehlen die Teilchen, die einander anstoßen und die Schwingung übertragen könnten. Deshalb kann sich Schall dort nicht durch den leeren Raum ausbreiten. Schall ist also keine elektromagnetische Welle wie Licht.
Tonhöhe und Lautstärke richtig unterscheiden
Zwei Eigenschaften einer Schwingung werden häufig verwechselt: Frequenz und Amplitude.
Frequenz
Die Frequenz gibt an, wie viele vollständige Schwingungen in einer Sekunde stattfinden. Ihre Einheit ist Hertz (Hz). Eine größere Frequenz wird als höherer Ton wahrgenommen.
Amplitude
Die Amplitude ist der größte Ausschlag einer Schwingung aus ihrer Ruhelage. Eine größere Amplitude wird bei sonst gleichen Bedingungen als lauter wahrgenommen.
Ein hoher Ton muss daher nicht laut sein. Eine Saite kann schnell mit kleiner Amplitude oder langsamer mit großer Amplitude schwingen.
| Veränderung | Physikalische Größe | Wahrnehmung |
|---|---|---|
| mehr Schwingungen pro Sekunde | größere Frequenz | höherer Ton |
| weniger Schwingungen pro Sekunde | kleinere Frequenz | tieferer Ton |
| größerer Ausschlag | größere Amplitude | meist lauter |
| kleinerer Ausschlag | kleinere Amplitude | meist leiser |
Der Schallpegel ist eine messbare Größe und wird in Dezibel (dB) angegeben. Die empfundene Lautstärke und die Bewertung als angenehm oder störend sind davon zu unterscheiden.
Schall empfangen, reflektieren und dämpfen
Trifft eine Schallwelle auf einen beweglichen Gegenstand, kann sie ihn zum Schwingen bringen. Im Ohr sammelt die Ohrmuschel den Schall. Über den Gehörgang erreicht er das Trommelfell und versetzt es in Schwingung. Weitere Vorgänge im Ohr führen zu Impulsen, die das Gehirn verarbeitet.
Bei einem Mikrofon versetzt der Schall eine Membran in Schwingung. Das Mikrofon wandelt dieses mechanische Schwingungssignal in ein elektrisches Signal um.
Schall kann an Materialien unterschiedlich reagieren:
- Reflexion: Schall wird zurückgeworfen. Eine Bergwand kann so ein Echo erzeugen.
- Absorption: Ein Material nimmt einen Teil der Schallenergie auf und schwächt die Weiterleitung.
- Brechung: Beim Übergang zwischen Bereichen mit unterschiedlichen Ausbreitungsbedingungen kann sich die Ausbreitungsrichtung ändern.
Glatte Oberflächen reflektieren Schall meist stärker. Raue und poröse Materialien wie Schaumstoff absorbieren einen größeren Anteil und eignen sich deshalb zur Schalldämpfung. Auch das Dämpfen schwingender Bauteile und ein größerer Abstand zur Quelle können den Schall am Empfänger vermindern.
Soll störender Schall aus einem Raum abgeschwächt werden, kann poröses Material einen Teil des Schalls absorbieren. Das ist sinnvoller als eine glatte, harte Fläche, die einen größeren Anteil zurück in den Raum reflektiert.
Vertiefung: Ton, Klang, Geräusch und Knall
In der Physik werden Schallsignale nach ihrem zeitlichen Verlauf und ihrer Frequenzzusammensetzung unterschieden.
| Schallart | Kennzeichen | Beispiel |
|---|---|---|
| Ton | sinusförmig und nur eine Frequenz | gute Stimmgabel |
| Klang | periodisch, aber nicht sinusförmig; Grundfrequenz und Obertöne | Gitarre oder Klavier |
| Geräusch | nicht periodisch; viele ungeordnet überlagerte Frequenzen | Rauschen oder Zischen |
| Knall | kurzer, meist starker Ausschlag mit ungeordnetem Frequenzgemisch | Feuerwerksknall |
Ein Klang wiederholt sich regelmäßig, obwohl seine Kurve keine reine Sinusform hat. Seine zusätzlichen Frequenzanteile heißen Obertöne. Unterschiedliche Obertonanteile tragen dazu bei, dass Instrumente bei gleicher Grundfrequenz verschieden klingen.
Die vier Kategorien sind Idealformen. Ein langer Knall kann beispielsweise in ein Geräusch übergehen.
Karteikasten
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
Alles auf einen Blick
- Schall
- entsteht durch eine schwingende Quelle
- braucht ein Medium zur Übertragung
- breitet sich in Luft als Verdichtung und Verdünnung aus
- erreicht Empfänger wie Ohr oder Mikrofon
- hat eine Frequenz für die Tonhöhe
- hat eine Amplitude für die Schwingungsstärke
- kann reflektiert, absorbiert oder gebrochen werden
- erscheint als Ton, Klang, Geräusch oder Knall
Abschluss-Check
Du hast das Grundmodell verstanden, wenn du bei einem neuen Beispiel die Quelle, das Medium und den Empfänger findest und zusätzlich erklärst, welche Eigenschaft oder Maßnahme den beobachteten Schall verändert.