Unter Schall versteht man die Ausbreitung von kleinsten Druck- und Dichteschwankungen in einem elastischen Medium (Gase, Flüssigkeiten, Festkörper) und gehört zum Fachgebiet der klassischen Mechanik. Im Allgemeinen meint man mit Schall Wellen mit Frequenzen, die vom menschlichen Ohr wahrgenommen werden, dies sind Frequenzen im Bereich von 16 Hz bis 20 kHz. In der Physik unterscheiden wir noch den Infraschall (Wellen mit Frequenzen unter 16 Hz) und den Ultraschall (Wellen mit Frequenzen von über 20 khz).
Die Schallwellen werden durch (erzeugte) Wellen eines Körpers durch z.B. ein mechanisches Gerät erzeugt. Dieses Gerät, bewirkt durch seine Schwingung in der (näheren) Umgebung eine Druckschwankung bzw. Dichteschwankung (in Flüssigkeiten). Hierbei wird ein bestimmter Schalldruck P erzeugt und durch das Medium (in der Regel Luft) weitertransportiert.
In Gasen und Flüssigkeiten breiten sich die Schallwellen als Longitudinalwellen aus, während Schallwellen sich in Festkörpern auch als Longitudinalwellen ausbreiten, aber zusätzlich sind in Festkörpern noch transversale Schallwellen vorhanden. Die Ausbreitung der Schallwellen hängt im Wesentlichen von der Kopplung der sogenannten Oszillatoren ab. Je stärker die Kopplung der Oszillatoren mit dem Medium, desto so schneller breitet sich der Schall aus. Daher ist beispielsweise die Schallgeschwindigkeit in Gasen auch kleiner als in Festkörpern.
Da die Kopplung der Oszillatoren mit der Materie von den Stößen mit den Atomen bzw. Teilchen des Mediums abhängt, erklärt uns dies, warum sich Schall bei höheren Temperaturen schneller ausbreitet. Denn je höher die Temperatur T des Mediums, umso mehr schwingen die Teilchen des Mediums und umso größer ist die Stoßwahrscheinlichkeit (“Kopplung”) der Oszillatoren mit dem Medium (hauptsächlich bei Gasen und Flüssigkeiten bemerkbar)
In Gasen ist die Schallgeschwindigkeit auch von der Masse bzw. der “Trägheit” der Teilchen abhängig. Daher gilt in Gasen, dass die Schallgeschwindigkeit umso größer ist, je kleiner die Masse M der Gasteilchen ist: v ~ Wurzel (T : M)
Schallwellen breiten sich mit einer bestimmten Intensität aus. Rein physikalisch betrachtet, breitet sich der Schal von einer punktförmigen Schallquelle kreisförmig aus und die Intensität nimmt von der Schallquelle mit dem Quadrat der Entfernung zur Quelle ab: I ~ 1 : r²
In der Realität tritt dieser Fall (quadratische Abstandsabhängigkeit) nie ein, da es immer zu Reflexionen der Schallwallen an Hindernisse kommt.
Wie eingangs erwähnt kann der Mensch nicht alle Schallwellen wahrnehmen. Einerseits kann das menschliche Gehör nur Schallwellen mit einer bestimmten Frequenz wahrnehmen (16 Hz bis 20 kHz), andererseits kann das menschliche Gehör Schallwellen nur mit einer bestimmten Intensität wahrnehmen.
Im Allgemeinen kann das menschliche Gehör Schallwellen mit einer Intensität von I = 10-12 W/m² bis 1 W/m² wahrnehmen. Die Intensität von 10-12 W/m² wird als Hörschwelle bezeichnet. Die Intensität von I = 10 W/m² stellt die Schmerzgrenze wahr.
Schall ist eine Welle, die sich durch die Ausbreitung von Druckänderungen in einem Medium (wie Luft, Wasser oder Festkörper) fortbewegt.
Die Einheit der Schallgeschwindigkeit ist Meter pro Sekunde (m/s). Sie wird gemessen, indem die Zeit, die benötigt wird, um eine bestimmte Distanz zu durchlaufen, aufgezeichnet wird.
Der Hauptunterschied besteht darin, dass Schallwellen mechanische Wellen sind, die ein Medium für ihre Ausbreitung benötigen, während elektromagnetische Wellen sich auch im Vakuum ausbreiten können.
Die Schallgeschwindigkeit ändert sich je nach Medium. In Festkörpern ist sie am schnellsten, in Flüssigkeiten schneller als in Gasen und in Gasen am langsamsten.
Wir können Schall nicht im Weltraum hören, da es sich um ein Vakuum handelt, das kein Medium für die Schallübertragung bietet.
Der Dopplereffekt bezieht sich auf eine Veränderung der Wellenlänge und daher der Frequenz eines Schalls, der durch eine sich relativ zum Beobachter bewegende Schallquelle erzeugt wird.
Wir hören Schall durch unsere Ohren, die die Schallwellen auffangen und in Röhren in unserem Ohr leiten, die diese Schallwellen in elektrische Impulse umwandeln, die das Gehirn dann als Schall interpretiert.
Die Lautstärke des Schalls nimmt ab, wenn wir uns von der Schallquelle entfernen, weil die Energie der Schallwellen über eine größere Fläche verbreitet wird.
Die Frequenz einer Schallwelle ist die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde. Die Amplitude einer Welle ist deren Stärke oder Lautstärke.
Die Schallgeschwindigkeit steigt mit Erhöhung der Temperatur, da die Moleküle bei höheren Temperaturen schneller schwingen und somit Schallwellen effizienter übertragen können.