Schall einfach erklärt

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.

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.

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.

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 in etwa . Die folgende Tabelle zeigt einige Beispielwerte für die Geschwindigkeit von Schall in verschiedenen Medien.

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:

Dabei ist:

: die Wellenlänge
: die Frequenz

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

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.

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.

Die Stärke des Schalls wird in Form des Schalldruckpegels oder auch Schalldrucks angegeben. Die Einheit des Schalldruckpegels ist Dezibel (). 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.

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.

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.

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)