Akustik, die Lehre vom Schall

Jeder Schall hat eine gewisse Dauer (lang, kurz) und eine gewisse Stärke (laut, leise). Bei den Tönen unterscheiden wir außerdem noch eine Tonhöhe (hoch, tief) und eine Klangfarbe (Ein Klavier und eine Gitarre klingen bei gleicher Tonhöhe unterschiedlich)

Schall entsteht durch Schwingungen (= regelmäßig hin- und hergehende Bewegungen) von elastischen Körpern. die durch Schlagen oder Klopfen ausgelösten Schwingungen von Gegenständen (= Schallquellen) werden durch feste, flüssige und gasförmige Stoffe (z.b. Mauern, Wasser oder Luft) an unser Ohr geleitet. Im luftleeren Raum gibt es keinen Schall!

Eine vollständige Schwingung besteht aus einem Hin- und Hergang. Die Anzahl der Schwingungen in einer Sekunde bezeichnet man als Schwingungszahl oder Frequenz. Die Einheit der Frequenz ist 1 Schwingung pro Sekunde. Sie wird nach dem deutschen Physiker Heinrich Hertz (1857-1894) als 1 Hertz (Hz) bezeichnet.

Schallwellen sind Verdichtungen und Verdünnungen der Luft, die sich kugelförmig nach allen Seiten ausbreiten. Trifft eine Schallwelle auf das Trommelfell unseres Ohres, so gerät auch dieses in Schwingungen, die durch das Gehörorgan bis zu den Enden der vom Gehirn kommenden Gehörnerven weitergeleitet werden. Das menschliche Ohr kann nur Töne hören, deren Frequenz zwischen 20 Hz und 20 000 Hz liegen.

Die Schallgeschwindigkeit wird dadurch bestimmt, dass man die für eine bestimmte Strecke benötigte Zeit misst. Die Schallgeschwindigkeit ist stark vom Medium abhängig. sie ist zum Beispiel im Wasser höher als in der Luft.

Die erste genauere Messung führten der Deutsche Alexander von Humboldt und der Franzose Aragon in der Nacht von 21. zum 22. Juni 1822 aus:
Auf zwei Hügeln in der Nähe von Paris, die 18,5 km voneinander entfernt sind, waren Kanonen aufgestellt, welche abwechselnd abgefeuert wurden, um den Einfluss des Windes auszuschalten. Für die Zeit zwischen dem Aufblitzen des Mündungsfeuers und dem Eintreffen der Schallwelle wurde ein durchschnittlicher Wert von 55 Sekunden ermittelt. Die Schallwelle hat daher in einer Sekunde eine Strecke von 18500 m : 55 = 336 m zurückgelegt.

Die Schallgeschwindigkeit ist unabhängig vom Barometerstand, wächst aber etwas mit steigender Temperatur (0° c ... 332 m/s, 15°c....340 m/s) und steigendem Feuchtigkeitsgehalt.

Faustregel: zum Zurücklegen einer Strecke von 1 km braucht der Schall in der Luft ca. 3 Sekunden!

Die Lautstärke wird in Dezibel gemessen (Genauer Dezibel A oder "db(A)"). 0 db ist die Hörschwelle, 20 db ist etwa so laut wie Flüstern oder Blätterrascheln, 40 db so laut wie eine normale Unterhaltung, 60 - 80 db entspricht dem Straßenlärm.

Alles über 70 db schädigt das Nervensystem und macht krank!

Je heftiger ein Schallerreger schwingt, desto weiter schwingen auch die Luftteilchen aus. An unser Trommelfell kommen daher stärkere Druckschwankungen. Dieser Schalldruck wird in Mikropascal gemessen.
Meßgeräte wandeln Druckschwankungen durch ein Mikrofon in Stromschwankungen um. Sie geben den Schallpegel in Dezibel (db) an. Nullpunkt ist der Druck des gerade noch hörbaren Schalles. Jede Erhöhung um 20 db bedeutet eine Verzehnfachung des Schalldruckes. Der schalldruck bei schmerzhaftem Schall (140 db) ist zehn Millionen mal so groß wie beim gerade hörbaren Schall.