Schall einfach erklärt

Erfahre, wie Schall entsteht, sich ausbreitet und verschiedene Arten von Schallwellen beeinflusst. Von der Schallentstehung bis zum Schalldruckpegel – alles Wichtige verständlich erklärt. Dies und vieles mehr findest du im folgenden Text!

Inhaltsverzeichnis zum Thema Schall

Das Quiz zum Thema: Schall

Was ist Schall physikalisch gesehen?

Frage 1 von 5

Wie entsteht Schall?

Frage 2 von 5

Welche Schallarten gibt es?

Frage 3 von 5

Was versteht man unter einer Schallwelle?

Frage 4 von 5

Wie breitet sich Schall aus?

Frage 5 von 5

Schall im Überblick

  • Bei Schall handelt es sich um die Ausbreitung einer einmaligen Störung oder mechanischen Schwingung durch ein Medium im Raum. Eine solche Ausbreitung im Raum nennt man mechanische Welle.
  • Für die Entstehung der Schallwelle ist eine Schallquelle nötig, die das Medium in Schwingung versetzt.

  • Die Geschwindigkeit des Schalls hängt stark mit dem Medium und dessen Temperatur zusammen.
  • Neben dem für den Menschen hörbaren Hörschall gibt es noch den Infraschall, den Ultraschall und den Hyperschall.
Schall: Lernvideo

Quelle sofatutor.com

Schall – Erklärung

Physikalisch gesehen ist der Schall eine Schwingung, die sich als mechanische Welle oder auch akustische Welle in einem Medium ausbreitet. Diese Wellen nennen wir Schallwellen. In der Luft treten diese Schallwellen als Schwankungen im Druck und der Dichte auf. Damit Schall entsteht, muss das Medium angeregt werden.

Schall Definition:

  • Bei Schall handelt es sich um eine mechanische Welle. Diese breitet sich im Raum durch Veränderungen des Luftdrucks und der Luftdichte aus.

In der Physik wird die Lehre vom Schall als Akustik bezeichnet.

Schallentstehung und Schallübertragung

Zur Schallerzeugung benötigt es eine Schallquelle, die das Medium anregt. Bei einer Schallquelle kann es sich um alles handeln, was das Medium in Vibration versetzen kann. Die Saite einer Gitarre schwingt hin und her, wenn sie in Bewegung versetzt wurde. So werden auch die Luftmoleküle um die Saite herum in Bewegung versetzt. Bewegt sich die Saite nach links, werden die Luftmoleküle links von der Saite zusammengeschoben. Dieser Prozess wird auch Verdichtung genannt. Wie eine zusammengedrückte Feder dehnt sich auch die Luft wieder aus. So werden weitere benachbarte Luftmoleküle angeschoben, wodurch weitere Verdichtungen entstehen. Diese Druckschwankung wird immer weiter getragen. Bewegt sich die Saite nun nach rechts, fehlt es auf der linken Seiten an Molekülen. Es kommt zu einer Verdünnung. Diese breitet sich ebenso wie die Verdichtung weiter aus. Schwingt die Saite nun hin und her, kommt es zu einem periodischen Wechsel zwischen Verdichtung und Verdünnung. Die Druckschwankungen breiten sich dann in Form von Schallwellen in der Luft aus.

Beschreibung von Schallwellen

Im Vakuum ist die Übertragung von Schall jedoch nicht möglich. Da es dort keine Moleküle gibt, kann die Schallschwingung nicht weitergetragen werden.

Da die Ausbreitung von Schall parallel zur Schwingungsrichtung der Moleküle ist, können Schallwellen als Longitudinalwellen bezeichnet werden. Das gilt für Gase und Flüssigkeiten. In Feststoffen entstehen auch transversale Wellen. Das bedeutet, die Schwingung und die Ausbreitungsrichtung stehen senkrecht zueinander.
Zudem breitet sich der Schall nicht nur in eine Richtung aus. Den Klang einer Gitarre hört man nicht nur vor der Gitarre, sondern im gesamten Raum. Da der Schall sich von der Schallwelle kugelförmig in alle Richtungen ausbreitet, kann die Schallwelle, die von der Schallquelle ausgeht, auch als Kugelwelle bezeichnet werden.

Schallgeschwindigkeit

Wie schnell sich die Schallwellen ausbreiten, hängt maßgeblich vom Medium, dessen Temperatur und Druck ab. Die Schallgeschwindigkeit in trockener Luft beträgt bei einer Temperatur von 20\,^\circ \text{C} in etwa 343\,\frac{\text{m}}{\text{s}}. Die folgende Tabelle zeigt einige Beispielwerte für die Geschwindigkeit von Schall in verschiedenen Medien.

Medium Schallgeschwindigkeit in \frac{\text{m}}{\text{s}}
Luft (20\,^\circ\text{C}) 343
Wasser (20\,^\circ\text{C}) 1 484
Wasser (0\,^\circ\text{C}) 1 407
Helium (20\,^\circ\text{C}) 981

Mehr über die Geschwindigkeit von Schall lernst du im Text über die Schallgeschwindigkeit.

Für die Ausbreitung von Schall gilt wie für andere mechanische Wellen die Formel:

v = \Lambda \cdot f

Dabei ist:

\Lambda: die Wellenlänge
f: die Frequenz

Allgemein gilt, dass die Schallgeschwindigkeit in Gasen am kleinsten und in Feststoffen am größten ist.

Schallwellen – Eigenschaften

Bei Schallwellen handelt es sich um mechanische Wellen, die Eigenschaften wie Intensität und Frequenz besitzen. Aber auch das Medium hat Einfluss auf die Eigenschaften des Schalls. Diese verschiedenen Eigenschaften sind an der Wellenform erkennbar. 

  • Der Ausschlag der Schallwelle, die sogenannte Amplitude, gibt die Lautstärke an. Je größer die Amplitude, desto lauter das Geräusch. 
  • Die Frequenz der Schallwelle gibt die Höhe des entstehenden Tons an. Schrille Töne entstehen bei einer hohen Frequenz, da die Wellenberge der Schallwelle dicht beieinander liegen. Große Abstände der benachbarten Wellenberge entstehen durch eine niedrige Frequenz und erzeugen tiefe Töne.
Eigenschaften von Schallwellen und deren Einfluss auf den entstehenden Ton

Wie andere mechanische Wellen können auch Schallwellen reflektiert, absorbiert oder gebrochen werden. Die Reflexion von Schall kann im Gebirge beobachtet werden. Ruft man etwas, wird die entstehende Schallwelle von einer Bergwand reflektiert und kehrt als hörbares Echo zu uns zurück. Je glatter die Oberfläche ist, desto stärker wird der Schall reflektiert.
An rauen und porösen Oberflächen wird nur eine geringe Menge des Schalls reflektiert und ein großer Teil absorbiert. Diese Eigenschaft wird zur Schalldämmung und Schalldämpfung genutzt.

Schalldruckpegel

Die Stärke des Schalls wird in Form des Schalldruckpegels oder auch Schalldrucks angegeben. Die Einheit des Schalldruckpegels ist Dezibel (\text{dB}). Der Pegel des Lärms hängt unter anderem von der Entfernung zwischen Schallquelle und Empfänger ab. Berechnet wird der Schallpegel als logarithmisches Verhältnis von Schalldruck und Empfindungsschwelle des menschlichen Ohrs.
Die Definition für den Schalldruck lautet:

  • Die Kraft, die durch den Schall verursacht wird und auf eine Fläche wirkt, wird als Schalldruck bezeichnet. Der Schalldruck bezeichnet die Druckschwankungen, die bei der Ausbreitung von Schall entstehen.

Schallspektrum

Über die Frequenz werden Schallwellen zudem in verschiedene Kategorien des Schallspektrums eingeteilt. Wir unterscheiden in Infraschall, Hörschall, Ultraschall und Hyperschall. Von diesen Schallarten können wir nur den sogenannten Hörschall wahrnehmen. Allerdings treten auch die anderen Kategorien in unserem täglichen Leben auf. Die folgende Tabelle zeigt Beispiele zu allen vier Kategorien.

Kategorie Frequenzbereich Eigenschaft Beispiele
Infraschall < 16\,\text{Hz} (Hertz) niedrige Frequenz, für das menschliche Ohr nicht wahrnehmbar Kommunikation von Blauwalen
Hörschall 16\,\text{Hz}20\,\text{kHz} (Kilohertz) vom Menschen wahrnehmbarer Schall Kommunikation von Menschen
Ultraschall 20\,\text{kHz}1,6\,\text{GHz} (Gigahertz) hohe Frequenz, für das menschliche Ohr nicht wahrnehmbar Kommunikation von Fledermäusen
Hyperschall > 1\,\text{GHz} bedingt ausbreitungsfähige Schallwellen

Da die Hörfähigkeit mit dem Alter abnimmt, kommt es vor, dass Kinder und Jugendliche hohes Piepen wahrnehmen, das Erwachsene nicht mehr hören. Kinder und Jugendliche können einen größeren Frequenzbereich wahrnehmen als Erwachsene.

Arten von Schall

Man unterscheidet den Schall in Nutz- und Störschall. Bei Nutzschall handelt es sich um Stimmen oder auch um Musik. Der Störschall ist unter anderem Baustellen- oder Verkehrslärm. Zudem unterteilen wir den Schall in die Arten Ton, Klang, Geräusch und Knall.

  • Ton: sinusförmiges Signal (Sinusschwingung), einzelner harmonischer Ton (Anstimmen einer Stimmgabel)
  • Klang: periodisches, aber nicht sinusförmiges Signal (Gitarre)
  • Geräusch: nicht periodisches, nicht sinusförmiges Signal (Geräusch von Maschinen und Fahrzeugen)
  • Knall: starkes Amplitudenmaximum mit schnellem Abfall (Feuerwerkskörper)

Häufig gestellte Fragen zum Thema Schall

Physikalisch gesehen ist der Schall eine Vibration, die sich als mechanische Welle in einem Medium ausbreitet.

Schall wird durch eine Schallquelle erzeugt. Diese sorgt dafür, dass das Medium angeregt und in Vibration versetzt wird.

Schall breitet sich als mechanische Welle im Medium aus. Diese Wellen bezeichnen wir als Schallwellen. Es handelt sich dabei um Druckschwankungen.

Schall breitet sich in Form von Druckschwankungen aus. 

Schall bewegt sich als sogenannte Schallwelle.

Schall wird durch Reflexion, Absorption und Brechung beeinflusst. Ebenso spielt das Medium, in dem sich der Schall bewegt, eine Rolle bei der Ausbreitung des Schalls. Für die Schallgeschwindigkeit ist zudem die Temperatur ein wichtiger Einflussfaktor.

Flüssigkeiten und Feststoffe leiten den Schall meist besser als Gase. So ist in Gasen die Schallgeschwindigkeit im Allgemeinen am geringsten.

Raue und dumpfe Oberflächen dämpfen den Schall gut, da sie einen Großteil des Schalls absorbieren und nur einen geringen Teil reflektieren.

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