Was ist Schall?

Lärm, Geräusche, Klänge sind nichts als Schall, der unser Ohr erreicht.

Schall sind mechanische Schwingungen eines elastischen Stoffes, die sich wellenförmig ausbreiten.

Damit Schall entstehen und sich ausbreiten kann, bedarf es 

  • einer Schallquelle und
  • eines Stoffes, in dem sich der Schall ausbreiten kann.

Schallquelle kann alles sein, was Schwingungen erzeugen kann wie z.B. unsere Stimmbänder, Gitarrensaiten, Rollen von Reifen auf Asphalt und vieles mehr.

Breitet sich der Schall in der Luft aus, was ja meistens der Fall ist, sprechen wir von Luftschall. Im Alltag wird der Luftschall meist einfach Schall genannt. Jeder wird aus eigener Erfahrung wissen, dass Schall sich jedoch auch in anderen Stoffen wie Beton oder Wasser ausbreiten kann.

Luftschall sind kleinste Schwingungen der Luftteilchen, die sich wellenförmig ausbreiten.

Zur bildhaften Verdeutlichung stelle man sich eine Wasserwelle vor, die auf der Oberfläche eines stillen Sees läuft, nachdem wir einen Stein hineingeworfen haben. Die "Ruhe" des Sees ist gestört. Ringförmig breiten sich Wellen um die Eintauchstelle des Steines aus. Ähnlich wie die Wasserwellen breiten sich auch Schallwellen in der Luft aus, bis hin zu unseren Ohren, mit denen wir sie dann hören können.

Darstellung von Schallwellen, die auf einem Oszillographen dargestellt werden

Schall ist meßbar!

Schall kann durch verschiedene Eigenschaften näher beschrieben werden. Besonders wichtig für das Hören sind der Schallpegel, als Maß für Lautstärke, und die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde, die so genannte Frequenz, und die Schallgeschwindigkeit. Die Einheit der Frequenz ist das Hertz (Hz). Eine Gitarrenseite, die 440 Mal pro Sekunde schwingt, hat demnach eine Frequenz von 440 Hz. Unser Gehör kann Schwingungen mit Frequenzen von ca. 20 Hz bis 20.000 Hz wahrnehmen.

Die Einheit der Frequenz ist das Hertz (Hz). Eine Gitarrenseite, die 440 Mal pro Sekunde schwingt, hat demnach eine Frequenz von 440 Hz. Unser Gehör kann Schwingungen mit Frequenzen von ca. 20 Hz bis 20.000 Hz wahrnehmen.Die Frequenz bestimmt die Tonhöhe. Je schneller etwas schwingt, umso höher ist der Ton und umgekehrt, je langsamer etwas schwingt, umso tiefer ist der Ton.

Reale Töne sind allerdings nur in Ausnahmefällen so rein, dass sie aus Schall einer einzigen Frequenz bestehen. Alle natürlichen Klänge und Geräusche sind Überlagerungen von Schallwellen mit einer Vielzahl von Frequenzen.

Als Schallgeschwindigkeit bezeichnet man die Geschwindigkeit mit der sich die Schallwellen ausbreiten. Jeder weiß, dass der zeitliche Abstand zwischen Blitz und Donner dadurch zustande kommt, dass die Schallgeschwindigkeit viel kleiner ist als die Lichtgeschwindigkeit. Lichtwellen breiten sich mit rund 300.000 Kilometern pro Sekunde so schnell aus, dass wir Blitze quasi in dem Moment wahrnehmen, in dem sie vom Himmel zucken. Die durch die schlagartige Erhitzung der Luft ausgelöste Schallwelle breitet sich hingegen mit zirka 340 Metern pro Sekunde aus - der Schallgeschwindigkeit in Luft. Diese hängt zwar wiederum von der Temperatur und vom Feuchtigkeitsgehalt ab, doch um die Faustregel zum Ermitteln der Entfernung eines Gewitters anwenden zu können, muss man diese Nuancen nicht berücksichtigen. 340 Meter pro Sekunde sind in etwa ein Kilometer in drei Sekunden. Hören wir den Donner z. B. 3 Sekunden nach dem Blitz, ist das Gewitter folglich etwas mehr als 1 km entfernt (3 x 340 m = 1020 m) und bei 9 Sekunden etwa 3 km.

Die wahrgenommene Lautstärke lässt sich leider nicht mit einer einfachen Größe exakt beschreiben. Die Lautstärke bestimmt sich einerseits durch die Größe der Auslenkung  der schwingenden Luftteilchen, andrerseits aber auch durch die besonderen Eigenschaften unseres Gehörs.

Die Schallschwingungen der Luftteilchen bedingen kleine Luftdruckänderungen. Je stärker die Schwingung, umso größer sind die Luftdruckschwankungen und umso lauter nehmen wir das Geräusch wahr. Im Vergleich zum atmosphärischen Luftdruck sind allerdings selbst bei sehr hohen Lautstärken die Schalldruckschwankungen noch sehr klein.

Unser Gehör ist in der Lage von Schallwellen verursachte Druckschwankungen wahrzunehmen, die sich über einen sehr großen Bereich erstrecken. So ist die Druckschwankung an der oberen Grenze unseres normalen Hörbereiches, der sogenannten Schmerzgrenze, im Vergleich zur kleinsten wahrnehmbaren Druckschwankung, der so genannten Hörschwelle, eine Millionen mal größer.
Unser Ohr ist also in der Lage Schalldrücke zu verarbeiten, die sich über sechs Zehnerpotenzen erstrecken. Eine erstaunliche Leistung! 

Um zum einen die näherungsweise logarithmische Empfindlichkeit unseres Ohres zu berücksichtigen und um zum andern einfach handhabbare Zahlenwerte zu erhalten, wurde der logarithmische Schalldruckpegel L in Dezibel (dB) eingeführt. Der Hörbereich des Menschen lässt sich damit in dem überschaubaren Bereich von 0 bis 120 dB angeben. Die Pegelwerte sind deutlich anschaulicher als die eher unhandlichen Schalldruckwerte. Die Wahrnehmung von Lautstärke hängt allerdings nicht nur vom Schalldruck ab.

Auch die im Geräusch enthaltenen Frequenzen spielen eine wichtige Rolle, da das Gehör bei verschiedenen Frequenzen unterschiedlich empfindlich ist. Um dies zu berücksichtigen wurde eine dem menschlichen Gehör entsprechende Korrektur eingeführt. Dies ist die so genannte A-Bewertung. Die Anwendung der A-Bewertung führt insbesondere dazu, dass eine Abschwächung der Pegelwerte im Bereich tiefer und sehr hoher Frequenzen stattfindet. Dies entspricht der frequenzabhängigen Hörwahrnehmung des Menschen. Die A bewerteten Pegel werden in dB(A) angegeben. Sie erlauben eine recht gute Beurteilung der menschlichen Lautstärkeempfindung.