Der schall

Als Schall bezeichnet man Schwingungen oder Wellen, die bei Mensch oder Tier über den Gehörsinn Geräuschempfindungen auslösen können. Das menschliche Ohr ist in der Lage, Schall mit Frequenzen zwischen 15 Hertz und 20 000 Hertz wahrzunehmen. Die Frequenz beschreibt in der Physik eine Größe, die angibt, wie oft eine Schallwelle in einer Sekunde schwingt. Sie wird in der Einheit Hertz, Abkürzung Hz angegeben.
Schallwellen sind geringfügige Luftdruckschwankungen oder Schwingungen, die sich in der Luft oder einem anderen Gas ausbreiten. In trockener Luft und bei einer Temperatur von 0*C beträgt die Schallgeschwindigkeit 331,6 Meter pro Sekunde. Schallwellen sind longitudinale Wellen (Längswellen). Während sich die Energie der Wellenbewegung von der Schallquelle nach außen ausbreitet, bewegen sich die einzelnen Moleküle der Luft parallel zur Ausbreitungsrichtung der Wellen, also longitudinal. Damit stellt eine Schallwelle eine bestimmte Folge von Drückänderungen dar. Jedes Molekül gibt beim Stoß etwas Energie an das Nachbarmolekül weiter und befindet sich danach praktisch wieder am gleichen Ort wie zuvor.
Jedes einfache Schallereignis, zum Beispiel ein auf einem Musikinstrument gespielter Ton, kann mit Hilfe von drei Eigenschaften vollständig beschrieben werden: Tonhöhe, Intensität und Klangfarbe. Diese Charakteristika entsprechen den physikalischen Größen Frequenz, Amplitude und Wellenform bzw. harmonische Zusammensetzung.

Amplitude:
Die Amplitude entspricht der Stärke der Luftdruckschwankungen. Je größer die Amplitude ist, desto stärker sind die Druckunterschiede am Trommelfell im Ohr, und desto lauter empfindet man den Ton oder das Geräusch.


Intensität:
Die Tonintensität gibt an, in welcher Entfernung von seiner Quelle ein Ton noch hörbar ist. Die Maßeinheit ist Dezibel, Abkürzung dB, mit der der Schalldruck als logarithmische Größe erfaßt wird. Das menschliche Ohr empfindet daher eine Zunahme der Lautstärke von etwa fünf Dezibel bereits als doppelt so laut. Beispielsweise haben Wellen am Strand eine Tonintensität von ungefähr 40 dB, ein Staubsauger läßt gut das Doppelte erklingen, während ein Düsentriebwerk das menschliche Ohr mit 110 dB belastet. Die Schmerzgrenze liegt bereits bei 120 dB.

Klangfarbe:
Erzeugt man den Kammerton a mit einer Frequenz von 440 Hz mit einer Geige, mit einem Klavier und einer Stimmgabel, und zwar jeweils in der gleichen Lautstärke, dann haben die drei Töne die gleiche Frequenz und die gleiche Amplitude. Dennoch unterscheiden sie sich deutlich in ihrer Klangfarbe voneinander. In diesem Beispiel wird der reinste Ton von der Stimmgabel abgegeben. Er besteht praktisch nur aus einer Schwingung mit der Frequenz 440 Hz. Im Gegensatz dazu enthält die Schwingung eines Klaviers oder einer Geige Anteile mit höheren Frequenzen, darunter das Vielfache der Frequenz des Kammertons a, das heißt von 440 Hz: 880 Hz, 1320 Hz und 1760 Hz. Man nennt diese höheren Töne, die ein musikalischer Ton neben seiner eigentlichen Frequenz, dem Grundton, enthält, Obertöne oder - häufiger - Harmonische des Grundtons. Die Intensitäten der Komponenten mit höheren Frequenzen, also die Intensitäten der Obertöne, bestimmen die Klangfarbe des jeweiligen Tones.

Sprache stellt ein komplexes Schallgemisch dar, bei dem viele, aber nicht alle, Frequenzen in harmonischer Beziehung zueinander stehen. In Geräuschen oder Lärm sind meist noch viel mehr Frequenzen enthalten.