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Akustik Schall

Die Grundlagen der Grundlagen

Schall ist die Bewegung von Schwingungen durch ein Medium. Dieses Medium ist meist Luft, obwohl wir Menschen natürlich auch unter Wasser hören können, wo das Wasser als Medium dient. Schall kann sich auch in anderen Materialien wie Glas, Stein oder Metall ausbreiten. Dieser Zusammenhang ist vor allem dann auffällig, wenn in einem Nebenraum laut Musik gemacht oder gehört wird und die Zwischenwand als Medium dient. Allerdings kann dort, wo kein Medium ist, auch kein Schall transportiert werden. Das Weltall ist luftleer, demnach gehört eine laut krachende Weltraumschlacht alleine aufgrund der missachteten physikalischen Grundlagen ins Reich der Märchen (mal ganz abgesehen von irgendwelchen merkwürdigen Typen mit schwarzen Umhängen, bunten Neonröhren in der Hand und einer "Ich-esse-nur-Toblerone"-Maske vor dem Gesicht ...).

Schall entsteht dadurch, dass eine Schwingung erzeugt wird, sei es durch eine Gitarrensaite, menschliche Stimmbänder oder eine Lautsprechermembran –  die dann wiederum die Moleküle des Mediums zum Schwingen anregt. Derartige Schwingungen sind immer Hin- und Herbewegungen, die in einem bestimmten "Geschwindigkeitsbereich" liegen müssen, damit wir sie wahrnehmen können: zwischen zwanzig und zwanzigtausend Bewegungen pro Sekunde. Je langsamer die Bewegung ist, desto "tiefer" wird der Schall von uns wahrgenommen, je schneller, desto "höher". Ist sie zu "langsam" (also zu tief) für unser Gehör, sprechen wir von "Infraschall", ist sie zu schnell, sprechen wir von "Ultraschall".  Diese Geschwindigkeit wird "Frequenz" genannt und in Formeln oder Abkürzungen mit "f" dargestellt. Die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde wird mit der Einheit "Hz" (steht für "Hertz") angegeben. "100 Hz" bedeutet also nichts weiter, als dass sich etwas einhundert Mal pro Sekunde hin- und herbewegt.

Die Fortbewegung der Schwingung in einem Medium funktioniert wie folgt: Wenn sich beispielsweise eine Lautsprechermembran aus dem Gehäuse herausbewegt, komprimiert sie dabei die Luft, die sich direkt davor befindet. Es entsteht ein Druck, der höher ist als der übliche Luftdruck. Zieht sich sich die Membran zurück, entsteht ein Unterdruck. Durch diese kontinuierlichen Bewegungen "schubsen" sich die Moleküle gleichsam an, Schall bewegt sich daher durch periodische Luftdruckänderungen, die um den Ruhedruck variieren, von Ort zu Ort. Diese Weiterleitung von Über- oder Unterdrücken passiert erstaunlich langsam: In Luft wandert der Schall mit einer Geschwindigkeit von etwa 340 Metern in der Sekunde. Um einen Kilometer zurückzulegen, benötigt er also ganze drei Sekunden. Wir erleben diese Langsamkeit ganz deutlich bei jedem Gewitter, wo sich die Auswirkungen von Blitz und Donner zu unterschiedlichen Zeiten bei uns bemerkbar machen, obwohl beide bekanntlich ihren Ursprung zur gleichen Zeit haben.

Das Wettrennen zwischen Schall und Licht gewinnt das Licht, weil es keine dreihundert, sondern dreihundertmillionen Meter in der Sekunde zurücklegen kann. Dies ist nicht zuletzt der Grund dafür, dass es bei großen Open-Air-Festivals vorne am schönsten ist: Weiter hinten sehen wir die Bewegungen der Gitarristenhand, des Schlagzeugerarms und des getroffenen Beckens, bevor sich der dazugehörige Schall zu uns bequemt hat. Der Unterschied zwischen dem, was unsere Augen und unsere Ohren wahrnehmen, trübt den Spaß deutlich.

Die tatsächliche Schallgeschwindigkeit hängt vor allem von der Temperatur ab (um ganz genau zu sein: von der Dichte, aber die ändert sich eben mit der Temperatur). Luftfeuchtigkeit und Stickstoffkonzentration haben dagegen einen nur sehr geringen Einfluss. In manchen Materialien wandert der Schall nur sehr langsam, in einigen äußerst schnell (je dichter das Material, desto schneller: z.B. in Diamant mit 18km/s).

Wichtig: Die Schallgeschwindigkeit (Bezeichnung: "c") gilt für alle Frequenzen gleichermaßen! Logisch: Sonst würden diejenigen, die bei Open-Air-Konzerten hinten stehen, nur noch unkenntlichen Müll hören - und das ist in der Regel nicht so (naja: je nach Band ...).