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Was ist Schall?

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Team Realfilm
Was ist Schall?
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Beschreibung Was ist Schall?

Was ist Schall?

Bestimmt hast du schon einmal das Wort Schall gehört oder sogar verwendet. Dann ist dir klar, dass es etwas mit Geräuschen zu tun hat. Doch was genau ist Schall eigentlich? Erst einmal muss man sich verdeutlichen, dass Schall dann entsteht, wenn etwas schwingt. Das kann zum Beispiel die Saite einer Gitarre sein oder die Membran einer Trommel. Im Alltagsgebrauch würdest du das Wort „Schall“ vermutlich mit dem Klang des Musikinstruments gleichsetzen – in der Physik bezieht sich der Begriff „Schall“ aber vielmehr auf die Schwingungen, die sich vom Instrument ausgehend ausbreiten.

Schall – Definition

In der Physik ist Schall als mechanische Welle, die durch Druckschwankungen in einem Medium hervorgerufen wird, definiert. Das kannst du dir so vorstellen: Wenn eine Schallquelle, zum Beispiel die Saite der Gitarre, schwingt, dann bewegt sie sich hin und her. Auch die Luftmoleküle, die die Saite umgeben, bewegen sich dabei. Nehmen wir nun an, dass sich die Saite nach rechts bewegt: Die Luftmoleküle, die sich rechts von ihr befinden, werden zusammengeschoben. Man spricht hier von einer Verdichtung der Luft. Ähnlich wie eine Feder, die zusammengedrückt wird, dehnt sich auch die verdichtete Luft wieder aus. Dabei werden weitere Luftmoleküle angeschoben und an einer benachbarten Stelle entsteht eine neue Verdichtung – die Schwankung wird weitergetragen. Wenn die Gitarrensaite nun nicht nach rechts, sondern nach links schwingt, verdichten sich die Moleküle links der Saite. Auf der rechten Seite fehlen nun Moleküle, daher gibt es hier eine Verdünnung. Diese breitet sich ebenso aus, wie die Verdichtung. Schwingt die Saite immer wieder hin und her, ergibt sich daraus eine periodische Abfolge von Verdichtungen und Verdünnungen. Diese Druckschwankungen breiten sich in Form einer Schallwelle in der Luft aus.

Schall als longitudinale Welle in der Luft

Wie du siehst, werden die Schwingungen der Gitarrensaite über Moleküle in der Luft weitergetragen. Die Ausbreitung von Schall ist nur in einem Medium möglich. Das muss nicht zwangsläufig Luft sein: Zum Beispiel können auch im Wasser Töne übertragen werden. Oder auch in einem festen Gegenstand, zum Beispiel in einem Tisch: Hast du schon einmal auf den Tisch geklopft und dabei dein Ohr auf die Tischplatte gelegt? Du nimmst das Klopfen sehr laut wahr. Obwohl man es bei einem Tisch nicht zwangsläufig erwartet, können sich auch hier die Moleküle leicht aus ihrer Ruheposition herausbewegen und so die Schwingungen weitertragen. Im Vakuum hingegen kann sich Schall nicht ausbreiten: Hier gibt es keine Moleküle, die die Schwingungen aufnehmen können.

Im Allgemeinen kann eine Schallwelle als Longitudinalwelle betrachtet werden. Das bedeutet, dass die Ausbreitungsrichtung der Welle parallel zu der Schwingungsrichtung der Moleküle ist. Zudem findet die Ausbreitung eines Tons nicht nur in eine einzige Richtung statt. Wenn zum Beispiel jemand Gitarre in einem Raum spielt, dann hörst du überall in dem Raum die Musik, egal ob vor oder hinter der Gitarre. Das liegt daran, dass sich Schall in alle Richtungen ausbreitet: Ausgehend von der Schallquelle kann die Schallwelle daher als Kugelwelle betrachtet werden.

Wie nehmen wir Geräusche wahr?

Unser Ohr ist dazu in der Lage, Schallwellen wahrzunehmen. Die Druckschwankungen der Luft bringen das Trommelfell zum Schwingen. Diese Schwingungen werden über die Gehörknöchelchen ins Innenohr übertragen und mithilfe von Sinneszellen in elektrische Signale umgewandelt. Diese Signale werden an das Gehirn geleitet. Dort kann der Schall verarbeitet werden und wir können erkennen, um was für ein Geräusch es sich handelt.

Schall – Eigenschaften

Schall hat verschiedene Eigenschaften, die sich über seine Wellenform erklären lassen. Die Lautstärke, die wir wahrnehmen, ist durch den Ausschlag der Schallwelle vorgegeben. Die Stärke des Ausschlags wird auch als Amplitude bezeichnet. Je größer die Amplitude, desto lauter ist auch der Ton, den wir hören. Die Höhe des Tons ist durch die Frequenz der Schallwelle bestimmt. Bei einer hohen Frequenz sind benachbarte Wellenberge der Schallwelle nah beieinander und wir nehmen einen hohen, vielleicht sogar schrillen Ton wahr. Bei einer niedrigen Frequenz, also einem großen Abstand benachbarter Wellenberge, hören wir einen tiefen, dumpfen Ton.

Schall Lautstärke und Tonhöhe

Darüber hinaus hat eine Schallwelle die Eigenschaften, die auch andere Wellen haben: So kann sie zum Beispiel reflektiert werden, wenn sie auf eine Wand trifft. Unter bestimmten Bedingungen entsteht durch die Reflexion ein Echo.

Arten von Schall

Je nach Frequenzbereich lässt sich Schall in die Bereiche Infraschall, Hörschall und Ultraschall unterteilen. Wie die Namen schon vermuten lassen, können wir nur den Hörschall wahrnehmen. Dennoch kommen auch die anderen Schallbereiche in unserer natürlichen Umgebung vor. Im Folgenden findest du eine Tabelle zu den Arten von Schall mit Beispielen:

Art Frequenzbereich Beispiel
Infraschall < 16 Hz Vibrationen von Automotoren, Vibrationen von Waschmaschinen, Kommunikation von Blauwalen
Hörschall 16 Hz bis 20 kHz Alle Geräusche, die wir wahrnehmen, Kommunikation von Menschen
Ultraschall 20 kHz bis 1,6 GHz Messungen in der Medizin oder Technik,
Peilsender,
Orientierung und Kommunikation von Fledermäusen

Ist dir übrigens schon einmal aufgefallen, dass du ein hohes Piepen hörst, deine Eltern aber nicht wissen, wovon du sprichst? Das liegt daran, dass Kinder einen viel größeren Frequenzbereich wahrnehmen als Erwachsene. Mit dem Alter nimmt die Hörfähigkeit nämlich ab.

Dieses Video

In diesem Video hast du viel über den Schall gelernt – ein Referat zu diesem Thema ist nun hoffentlich kein Problem mehr. Natürlich findest du neben Text und Video auch zum Schall Übungen und ein Arbeitsblatt im Downloadbereich.

Transkript Was ist Schall?

Töne werden durch Schwingungen erzeugt. Das kann eine schwingende Saite sein, ein schwingender Kehlkopf oder eine schwingende Trommel. Jede Schwingung überträgt Energie an die umgebenden Luftmoleküle, die ihrerseits die Schwingung weitergeben und so eine Schallwelle erzeugen. Die Moleküle schwingen zwar in Richtung des Energietransports vor und zurück, aber sie bewegen sich nicht mit der Welle fort. Da dieser Energietransport nur über die Schwingungen von Molekülen möglich ist, können sich Schallwellen nur in Materie fortpflanzen. Es sind also mechanische Wellen. Schallwellen können sich in festen Körpern fortpflanzen, aber auch in Flüssigkeiten oder Gasen, aber niemals im Vakuum, das keine Teilchen enthält. Die Teilchen als Wellenträger schwingen stets in der Ausbreitungsrichtung der Welle. Schallwellen sind also Longitudinalwellen. Ob ein Ton hoch oder tief ist, wird durch die Tonhöhe angegeben. Die Tonhöhe wird durch die Frequenz bestimmt und ist die Anzahl an Wellenberge, die einen bestimmten Punkt in einer Sekunde durchlaufen. Sie wird in Hertz gemessen. Je höher die Frequenz, desto höher ist der Ton. Je tiefer die Frequenz, desto tiefer ist der Ton. Die Lautstärke eines Tones hängt von der höchsten Auslenkung der schwingenden Teilchen ab. Diese nennt man Amplitude. Je höher die Amplitude, desto lauter ist der Ton. Wir hören Töne, wenn Schwingungen durch die Luft in unsere Ohren wandern, wo sie über das Trommelfell die Gehörknöchelchen in Schwingungen versetzen. Diese Schwingungen werden in elektrische Impulse verwandelt, die im Gehirn den Höreindruck erzeugen.

10 Kommentare

10 Kommentare
  1. ±/👍🏻

    Von jinuk0916, vor 5 Tagen
  2. finds video gut
    77

    Von Piere P 1, vor 3 Monaten
  3. Ok👰🏼‍♂️👨🏾‍💼

    Von Patrick413 D , vor 4 Monaten
  4. Vierter! Sehr gutes video!

    Von Olivier K., vor 5 Monaten
  5. Ja

    Von Bosch, vor 6 Monaten
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Was ist Schall? Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Was ist Schall? kannst du es wiederholen und üben.
  • Nenne die Eigenschaften von Schall.

    Tipps

    Wie breitet sich eine Schallwelle aus?

    Eine schnelle Schwingung erzeugt einen hohen Ton.

    Die Amplitude bestimmt die Lautstärke eines Tones.

    Lösung

    Schall kann sich nur in Materie durch Schwingungen ausbreiten. Dabei schwingen die Moleküle vor und zurück und geben die Schwingung an die nächsten Moleküle weiter, sodass sie sich im Medium immer weiter fortpflanzt. Dabei ist es egal, ob das Ausbreitungsmedium fest, flüssig oder gasförmig ist und die Schallwellen können auch die Grenzflächen zwischen unterschiedlichen Stoffen überwinden. Auch durch eine Steinmauer kann Schall sich ausbreiten. Weil es im Weltall aber ein Vakuum ohne Teilchen gibt, gibt es dort auch keine Geräusche.

    Wie ein Ton klingt, bestimmen die Frequenz und die Amplitude der Schallwelle. Die Frequenz gibt dabei an, wie oft ein Molekül in der Welle pro Sekunde hin- und herschwingt und sie bestimmt die Höhe des Tones. Das tiefe Gebrüll des Löwen hat deshalb auch eine tiefere Frequenz als das hohe Meckern eines Lammes. Die Amplitude bestimmt hingegen die Lautstärke eines Tones. Sie gibt die maximale Auslenkung eines schwingenden Moleküls an.

  • Beschreibe eine Schallwelle.

    Tipps

    Ein Hertz entspricht einer Schwingung pro Sekunde.

    Je schneller eine Schwingung ist, desto höher ist der Ton.

    Lösung

    Man kann die Eigenschaften einer Schallwelle durch ihre Amplitude und ihre Frequenz beschreiben. Die Frequenz ist dabei die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde. Sie bestimmt die Höhe des Tones und wird in der Einheit Hertz (Hz) gemessen. Die Amplitude beschreibt hingegen, wie stark die Moleküle durch die Schallwelle ausgelenkt werden. Sie bestimmt, wie laut ein Ton zu hören ist. In einem Tonsignal erkennt man die Amplitude aus der Höhe der einzelnen Wellenberge.

  • Erkläre die Eigenschaften von Schall.

    Tipps

    Beim Schlag auf eine Trommel schwingen die Schallwellen wie das Fell der Trommel.

    Sichtbares Licht besteht aus elektromagnetischen Wellen.

    Wellen auf der Wasseroberfläche sind Transversalwellen.

    Lösung

    Schallwellen werden als mechanische Wellen bezeichnet, weil sie sich nur durch die Schwingungen der Moleküle in einem Medium ausbreiten können. Das Medium kann dabei gasförmig, flüssig oder auch ein Festkörper sein, aber in einem Vakuum gibt es keinen Schall, weil es dort keine Moleküle gibt. Im Gegensatz dazu können sich elektromagnetische Wellen wie das sichtbare Licht auch ohne ein Medium fortpflanzen. Deshalb können wir hier auf der Erde die Sonne sehen, aber nicht hören.

    Man kann sich vorstellen, dass eine Schallwelle sich ausbreitet, indem ein bereits schwingendes Molekül das jeweils nächste Molekül anstupst und es dadurch ebenfalls zum Schwingen bringt. So breitet sich die Welle in die Richtung aus, in welche die Moleküle schwingen. Die Schwingung und die Ausbreitungsrichtung sind also parallel und die Schallwellen werden deshalb Longitudinalwellen genannt. Das Gegenteil der Longitudinalwelle ist die Transversalwelle, in der die Moleküle orthogonal zu der Ausbreitungsrichtung der Welle schwingen, wie beispielsweise die Wellen auf dem Meer.

  • Erschließe die Tonhöhe der Töne.

    Tipps

    Durch die jeweilige Anzahl der Wellenberge in den Bildern kannst du die Frequenzen abschätzen.

    Je höher die Frequenz, desto höher der Ton.

    Lösung

    Wie hoch oder tief ein Ton klingt, bestimmt seine Frequenz. Diese gibt an, wie oft ein Molekül in einer Sekunde durch die Schallwelle hin- und herschwingt. Je schneller die Schwingung, desto höher ist die Frequenz und desto höher klingt auch der entsprechende Ton.

    Für die Tonsignale, die in diesen Bildern dargestellt sind, kann man die jeweilige Frequenz abschätzen, indem man die Wellenberge zählt. Je mehr Wellenberge zu sehen sind, desto höher ist die Frequenz.

  • Unterscheide zwischen zwei Schallwellen.

    Tipps

    Die Frequenz eines Tones kannst du anhand der Anzahl der Wellenberge abschätzen.

    Die Amplitude eines Tones erkennst du an der Höhe der einzelnen Wellenberge.

    Lösung

    Tonsignale kannst du durch ihre jeweilige Frequenz und Amplitude beschreiben. Die Frequenz bestimmt dabei die Tonhöhe und ist die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde. Die Amplitude bestimmt die Lautstärke des Tones und ist im Tonsignal an der Höhe der einzelnen Wellenberge zu erkennen.

  • Ordne den Schallquellen ihre Signale zu.

    Tipps

    Flöten haben einen sehr reinen Klang.

    Ein Schlag erzeugt ein kurzes Signal mit einer hohen Amplitude.

    Beim Sprechen treten viele unterschiedliche Frequenzen auf.

    Lösung

    Schallwellen, die nur eine einzige Frequenz mit einer entsprechenden Amplitude haben, werden als reiner Ton bezeichnet. Flöten können beispielsweise einen solchen reinen Ton erzeugen oder du selbst beim Pfeifen.

    Andere Instrumente erzeugen Klänge, bei denen verschiedene Signale mit unterschiedlichen Frequenzen zur Schallwelle beitragen. Die Grundfrequenz bestimmt dabei die Höhe und die übrigen Frequenzen die Klangfarbe des Instruments. Eine Geige klingt zum Beispiel anders als ein Klavier, weil hier unterschiedliche Frequenzen miteinander vermischt sind. Weil die Frequenzen alle ganzzahlige Vielfache voneinander sind, sieht die Schwingung immer noch sehr gleichmäßig aus und zeigt ein sich wiederholendes Muster.

    Andere Schalleindrücke, wie das Sprechen oder der Knall, werden allgemein als Geräusche bezeichnet. Sie sind Überlagerungen von vielen verschiedenen Frequenzen und teilweise wechselnden Amplituden, die insgesamt kein regelmäßiges Schwingungsbild mehr ergeben. Jedoch gibt es auch hier meist eine oder wenige hervorstechende Frequenzen, welche die Höhe des Geräusches bestimmen. Der Knall ist dabei gut zu erkennen, weil die Amplitude des Signals sehr schnell abfällt.

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