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Schall

Schall

Wir sind rund um die Uhr von Wellen umgeben, bei jeder Unterhaltung, beim Radiohören, beim Fernsehen. Immer treffen uns Wellen - nämlich Schallwellen. Ohne diese Schallwellen könnten wir nicht hören. Schall breitet sich in Wellen aus, die durch Schwingungen erzeugt werden. So hört man von einer Gitarre keine Töne, wenn man die Saiten nicht anschlägt und dadurch zum Schwingen bringt. Tut man dies aber, so schwingen die Saiten und erzeugen insbesondere durch den mitschwingenden Gitarrenkörper in der Luft Wellen, die sich ausbreiten und die wir mit unserem Trommelfell empfangen.

Schallerzeugung und -empfang

Arbeitsauftrag

Schalten Sie Ihre Stereoanlage an und legen Sie eine CD ein. Halten Sie Ihre Hand vor den Lautsprecher und regulieren Sie eventuell noch den Bass. Was merken Sie?

Arbeitsauftrag

Halten Sie ein Plastiklineal mit der einen Hand am Tisch fest und bringen Sie es durch Auslenkung zum Schwingen. Was stellen Sie fest?

Arbeitsauftrag

Wie Sie schon von der Gitarre oder jedem beliebigen Musikinstrument wissen und bei diesen Versuchen sicher auch festgestellt haben werden, entsteht Schall durch Schwingungen. Schwingt ein Gegenstand umgeben von Luft, so breiten sich die Schwingungen als Wellen aus. In den obigen Fällen als Schallwellen.

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Was passiert aber, wenn der Körper nicht von Luft umgeben ist? Kann man dann auch noch ein Geräusch hören? Denken Sie zuerst darüber nach und sehen Sie sich danach das Video an. Zuerst ist der Körper im stark luftverdünnten Raum und dann wird Luft eingelassen. Wie wirkt sich das auf den Ton aus, den Sie hören können?

Abb.1
Klingel im Vakuum
Lösung zeigenLösung ausblenden

Schall benötigt also ein Medium, in dem sich die Schallwellen ausbreiten.

Arbeitsauftrag

Nun ist die Frage, in welcher Form sich Schall ausbreitet - longitudinal oder transversal. Sehen Sie sich dazu die folgenden Videos an. Was folgern Sie aus Ihren Beobachtungen?

Abb.2
Zwei Tamburine mit zwei an Fäden aufgehängten Tischtennisbällen, die die Tamburine berühren.
Abb.3
Ein Tamburin mit anliegendem Tischtennisball.

Durch den vorhergehenden Versuch konnten wir nachweisen, dass Schall eine longitudinale Welle ist. Dabei kommt es zu kurzzeitigen Verdichtungen der Luftmoleküle an einer bestimmten Stelle im Raum. Eine Dichteschwankung breitet sich kugelförmig im Raum aus und diese bezeichnet man als Schallwelle. Durch die Ausbreitung im Raum werden immer größere Raumbereiche angeregt, so dass die Schallwelle an Intensität verliert. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit hängt stark von der Dichte des Mediums ab, wie folgende Aufstellung von Ausbreitungsgeschwindigkeiten zeigt:

Tab.1
Ausbreitungsgeschwindigkeit von Schall in verschiedenen Medien
MediumGeschwindigkeit
Luft340 m/s
Wasser1500 m/s
Eisen3200 m/s

Schallempfang

Abb.4

Diese Abbildung wurde uns freundlicherweise von Starkey Laboratories zur Verfügung gestellt.

Das oben gezeigte Video veranschaulicht gleichzeitig Schallentstehung, Schallausbreitung und Schallempfang. Wir können unser Trommelfell mit der zweiten Trommel im Video vergleichen.

Im menschlichen Ohr befindet sich das Trommelfell am geschlossenen Ende des Gehörgangs. Aus einer durchbluteten und von Nerven durchzogenen Haut bestehend, ist es sehr weich und dünn. Treffen nun Schallwellen durch den Gehörgang auf das Trommelfell, so wird es in Schwingung versetzt. Auf der Seite zum Mittelohr wird es von einem Gehörknöchelchen berührt und dieses gibt die Schwingungen an das Innenohr weiter, wo sie dann verarbeitet werden.

Stehende Schallwellen

Auch Schallwellen können stehende Wellen ausbilden. Sie verhalten sich eben wie normale mechanische Wellen. Sehen Sie sich dazu das Video an.

Arbeitsauftrag

Man baut zwei Lautsprecher in einem gewissen Abstand gegenüber auf und gibt auf beide die gleiche Frequenz. Fährt man nun die Strecke zwischen den Lautsprechern mit einem Mikrofon ab, das an ein Oszilloskop angeschlossen ist, so kann man die stehenden Wellen dort sichtbar machen.

Abb.5
Schallwellen als stehende Wellen (Frequenz 1).
Abb.6
Schallwellen als stehende Wellen (Frequenz 2).
Abb.7
Schallwellen als stehende Wellen (Frequenz 3).

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