Quelltext der Seite Schall

{{Begriffsklärungshinweis}}
{{Linkbox Schallgrößen}}
'''Schall''' (von [[althochdeutsch]] ''scal'') bezeichnet allgemein mechanische Schwingungen in einem [[Ausbreitungsmedium|elastischen Medium]] (Gas, Flüssigkeit, Festkörper).<ref name="spektrum">{{Internetquelle |url=https://www.spektrum.de/lexikon/physik/schall/12766 |titel=Schall |werk=Lexikon der Physik |hrsg=Spektrum |datum=1998 |abruf=2018-08-02}}</ref> Diese Schwingungen rufen Druck- und Dichteschwankungen hervor, die sich in dem Medium ausbreiten und so die '''Schallwellen''' bilden.

Umgangssprachlich bezeichnet '''Schall''' vor allem das [[Geräusch]], den [[Klang]], den [[Ton (Musik)|Ton]], den [[Knall]] (Schallarten), wie er von Menschen und Tieren mit dem Gehör, also dem Ohr-Gehirn-System [[Auditive Wahrnehmung|auditiv wahrgenommen]] werden kann. Man unterscheidet dabei den [[Nutzschall]], wie Musik oder die Stimme beim Gespräch, und den [[Störschall]], wie Baustellen- oder [[Straßenverkehrslärm|Verkehrslärm]].

„Schall“ ist ein [[Kollektivum]] und wird nur im [[Singular]] benutzt.

== Physikalische Definition ==
[[Physik]]alisch gesehen ist Schall eine als [[mechanische Welle]] fortschreitende Deformation in einem [[Ausbreitungsmedium|Medium]]. In ruhenden Gasen und Flüssigkeiten ist Schall immer eine [[Longitudinalwelle]], also näherungsweise auch in Luft. Die allgemeine [[Wellengleichung]] für dreidimensionale Schallfelder in fluiden Medien<ref>Heinrich Kuttruff: ''Akustik: Eine Einführung''. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 2004, ISBN 3-7776-1244-8, S. 40.</ref> lautet wie folgt:
:<math>
\Delta p = \frac{1}{c^2} \frac{\partial^2 p}{\partial t^2}
</math>

Darin ist <math>\Delta </math> der [[Laplace-Operator#Darstellung|Laplace-Operator]]. Schall breitet sich mit einer für das Medium und dessen Zustand ([[Temperatur]], [[Druck (Physik)|Druck]] usw.) charakteristischen und konstanten [[Schallgeschwindigkeit]] <math>c</math> aus. Bei einer Temperatur von 20&nbsp;°C beträgt diese in Luft 343&nbsp;m/s und in Wasser 1484&nbsp;m/s, siehe auch [[Schallgeschwindigkeit#Beispiele für Schallgeschwindigkeiten in verschiedenen Medien|Schallgeschwindigkeit in verschiedenen Medien]]. Die [[Wellenlänge]] <math>\lambda</math> der Schallwelle, die Frequenz <math>f</math> und die Schallgeschwindigkeit <math>c</math> sind über folgende Beziehung verknüpft:
:<math>
\lambda = \frac{c}{f}
</math>

In [[Gas]]en wie Luft kann Schall als eine dem statischen [[Luftdruck]] überlagerte Schall[[druckwelle]] beschrieben werden. Meistens sind bei Schallwellen die Schwankungen der [[Zustandsgröße]]n Druck und [[Dichte]] klein im Verhältnis zu ihren Ruhegrößen. Das wird anschaulich, wenn man [[Schalldruckpegel]] von 130 dB ([[Dezibel]]), das ist etwa die [[Schmerzschwelle]] des Menschen, mit dem normalen atmosphärischen Druck vergleicht: Der Ruhedruck der Atmosphäre beträgt 101325 [[Pascal (Einheit)|Pascal]] (= 1013,25 Hektopascal), während ein Schalldruckpegel von 130&nbsp;dB einem [[Effektivwert]] des [[Schalldruck]]s ''p'' von gerade einmal 63 Pascal entspricht.

Dagegen gibt es in Festkörpern auch [[Transversalwelle]]n und [[geführte Welle]]n. Im [[Vakuum]] gibt es keinen Schall, da er im Gegensatz zu [[Elektromagnetische Welle|elektromagnetischen Wellen]] immer ein Trägermedium braucht. Schallausbreitung findet auch im [[Weltraum#Schall im Weltraum|Weltraum]] statt,<ref>{{Literatur |Autor=Bryan Gaensler |Titel=Kosmos xxxtrem! |Verlag=Springer-Verlag |Ort=Heidelberg |Datum=2015 |ISBN=978-3-662-43391-1 |Kapitel=8 'Sphärenklänge: Extreme des Schalls'}}</ref> wegen der geringen Dichte sind die übertragenen Energien sehr gering, und die Schallgeschwindigkeit liegt im zweistelligen km/s-Bereich. Man beobachtet astronomische Überschallereignisse in Form von [[Bugstoßwelle]]n.

== Akustik ==
Die zugehörige Wissenschaft ist die [[Akustik]]. Die beiden Energieformen, die sich beim Schall ineinander umwandeln, sind die Kompressionsenergie und die Bewegungsenergie als [[Schallenergiegröße]], charakterisiert werden sie aber durch die [[Schallfeldgröße]]n:
* Schalldruck ''p'' in N/m<sup>2</sup> = Pa ([[Pascal (Einheit)|Pascal]])
* [[Schallschnelle]] ''v'' in m/s

Wellen sind zeitlich und örtlich periodische Veränderungen einer physikalischen Größe ''g(t,&nbsp;x)''. Der Schalldruck ''p'' ist die wichtigste Schallfeldgröße als [[Skalar (Physik)|Skalar]] überhaupt; siehe auch [[Druckwelle]]. Dieses hat verschiedene Gründe: Der Schalldruck ist eine anschauliche Größe, mit Mikrofonen relativ leicht messbar und auch vom Menschen [[physiologisch]] erfassbar. Der Schallwechseldruck ''p'' ist einfach zu messen. Bei einem Schalldruckpegel von 0 dB, also bei der [[Hörschwelle]], hat der [[Schalldruck]] als [[Effektivwert]] einen Wert von {{ZahlExp|2|-5|post=Pa}}. Dagegen ist die Schallfeldgröße Schallschnelle ''v'' ein [[Vektor]], wobei bei Einwirkung von Schall die ''Geschwindigkeit'' der Hin- und Herbewegung der [[Fluidelement]]e (Luftteilchen) gemeint ist. Der Begriff ''Geschwindigkeit'' wird hier zur deutlichen Abgrenzung zur Schallgeschwindigkeit ''c'' allerdings vermieden. Die Schnelle ist nicht so leicht bestimmbar. Man muss sich hierbei darüber im Klaren sein, dass die maximal auftretenden Geschwindigkeiten bei der [[Auslenkung]] der Fluidelemente im Vergleich zur Schallgeschwindigkeit klein sind: Bei einem Schalldruckpegel von 130&nbsp;dB, der Schmerzschwelle, beträgt die Schallschnelle in Luft gerade einmal 0,153&nbsp;m/s. Bei der Hörschwelle des Menschen hat der Effektivwert der Schallschnelle einen Wert von {{ZahlExp|5|-8|post=m/s}} entsprechend einem Schallschnellepegel von 0&nbsp;dB. Hierbei werden die Luftpartikel nur ganz gering ausgelenkt.

== Einteilung nach Frequenz ==
Entsprechend dem [[Frequenz]]bereich unterscheidet man:
* [[Infraschall]] < 16&nbsp;Hz ist für Menschen nicht hörbar, da die Frequenz zu niedrig ist
* [[Auditive Wahrnehmung|Hörschall]] von 16&nbsp;Hz bis 20&nbsp;kHz, ist für Menschen hörbarer Schall
* [[Ultraschall]] von 20&nbsp;kHz bis 1,6&nbsp;GHz ist für Menschen nicht hörbar, da zu hochfrequent
* [[Hyperschall]] > 1&nbsp;GHz wird durch Schallwellen gebildet, die nur noch bedingt ausbreitungsfähig sind

Die Hörschwelle, Empfindung einer bestimmten Lautstärke und die Grenze zur Schmerzempfindung des Menschen verlaufen im Bereich von 16–20.000&nbsp;Hz entlang einer Schar von Hörkurven, die im Bereich niedrigster und höchster Frequenzen tendenziell konvergieren. Das Hörvermögen insbesondere im Bereich hoher Töne nimmt mit zunehmendem Lebensalter aber auch durch Strapazierung des Gehörs durch laute Musik, Lärm oder Knall teilweise irreversibel ab.

Hunde und Fledermäuse können auch Töne über 20&nbsp;kHz hören. Infraschall kann vom Menschen unter Umständen mit der Bauchdecke, Fingerspitzen oder beim Stehen mit den Füßen haptisch gefühlt oder an Festkörpern mit dem Auge als Vibration gesehen werden. Wird ein Piezo-Ultraschallgeber zum Vernebeln von Wasser mit dem Finger berührt, wird darin eine Hitzeempfindung erzeugt. Mit Ultraschall werden insbesondere Plastikgehäuse von Netzteilen dauerhaft [[Ultraschallschweißen|verschweißt]].

== Einteilung nach der Wellenform ==
Man unterscheidet grob zwischen den beiden periodischen [[Wellenform]]en „Ton“ und „Klang“ und den nichtperiodischen „Geräusch“ und „Knall“. Ein Ton besteht aus einer reinen sinusförmigen Schwingung. Der Klang ist eine [[Tongemisch|Mischung mehrerer Töne]], z.&nbsp;B. den [[Oberton|Obertönen]]. Ein Knall besitzt einen „Peak“, die Amplitude nimmt dann schnell wieder ab.

<gallery>
Oszi Ton.svg|Schematisches Oszilloskopbild eines Tons,
Oszi Klang.svg|eines Klangs,
Oszi Geräusch.svg|eines Geräusches und
Oszi Knall.svg|eines Knalls.
</gallery>

== Unterschiedliche Geräusche ==
[[Datei:Schalldarstellung static.png|mini|hochkant|Abbildung 1: Zeitliche Verläufe des Schalldrucks von unterschiedlichen Geräuschen]]
In Abbildung 1 sind schematische zeitliche Verläufe des Schalldrucks von unterschiedlichen Geräuschen dargestellt:
* Die erste Wellenform zeigt einen Gewehrschuss.
* Die zweite eine [[Sinus]]schwingung mit sinkender [[Periodendauer]], bzw. steigender [[Frequenz]].
* Die dritte Wellenform zeigt das gesprochene Wort „Wikipedia“.

== Siehe auch ==
* [[Antischall]]
* [[Luftschall]]
* [[Schalldämmung]]
* [[Trittschall]]
* [[Wasserschall]]

== Literatur ==
* [[Hans Breuer (Physiker)|Hans Breuer]]: ''dtv-Atlas Physik, Band 1. Mechanik, Akustik, Thermodynamik, Optik.'' dtv-Verlag, München 1996, ISBN 3-423-03226-X.
* Heinrich Kuttruff: ''Akustik: Eine Einführung.'' S. Hirzel Verlag, Stuttgart 2004, ISBN 3-7776-1244-8.
* [[Clemens Kühn]]: ''Musiklehre. Grundlagen und Erscheinungsformen der abendländischen Musik.'' Laaber-Verlag, 1980, ISBN 3-921518-60-1, S. 43–50 (''Material: 1. Akustische Begründung'').

== Weblinks ==
{{Commonscat|Sound|Schall}}
{{Wiktionary}}
{{Wikiquote}}
* [http://www.sengpielaudio.com/Rechner-wellen.htm Akustik-Berechnung der Wellenlänge einer Schallwelle in Luft bei gegebener Frequenz und Temperatur]
* [http://www.uni-due.de/ibpm/BauPhy/Schall/indexschall.htm Grundlagen zum Schall und die schalltechnischen Begriffe]
<!-- *[http://web.archive.org/web/20070622164232/http://www.ias.et.tu-dresden.de/akustik/Publikationen/Stroemungsakustik/koe2004_4.pdf Ausgewählte Grundlagen der Technischen Akustik und Strömungsakustik] (PDF; 360&nbsp;kB) -->

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Navigationsleiste Schall-Spektrum}}
{{Normdaten|TYP=s|GND=4129541-9}}

[[Kategorie:Schall| ]]