Schallwellen im NF-Bereich


Ein Ton ist um so höher, je größer die Frequenz seiner Schallwelle ist.
Unser Ohr nimmt eine elastische Longitudinalwelle erst als Schall war, wenn ihre
Frequenz 16 Hz (f kleiner als 16 Hz = Infraschall) überschreitet.
Auch nach oben gibt es eine Grenze:
Frequenzen über 16 kHz (f>16 Hz = Ultraschall) können wir mit unserem Gehörsinn nicht mehr wahrnehmen. Im Alter sinkt bei den meisten Menschen die obere Grenze bis unter 10 kHz herab. Der vom Schall erfüllte Raum heißt Schallfeld.

Schallgeschwindigkeit

Aus der Zeit, die eine Schallwelle braucht, um eine bekannte Strecke zurückzulegen, kann man die Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Schalls bestimmen. Eine Person schlägt auf ein Schallinstrument (z. B. auf eine Glocke); eine zweite Person beobachtet den Schlag aus größerer Entfernung und misst mit einer Stoppuhr die Zeit zwischen dem mit dem Auge beobachteten Schlag und der Wahrnehmung des Schalls. Aus der Entfernung s und der Laufzeit t erhält man die

Schallgeschwindigkeit c nach der Formel c = s/t.

Ergebnis: Schallgeschwindigkeit in Luft: c = 340 m/s

Bei der beschriebenen Methode wurde die Erfahrungstatsache vorausgesetzt, dass das Licht (Geschwindigkeit c = 300000 km/s) das Auge des Beobachters in so kurzer Zeit erreicht, dass diese im Vergleich zur Schallzeit vernachlässigt werden darf.

Aufgabe:
Während eines Gewitters sehen Sie einen Blitz. Bis der Donner zu hören ist vergeht die Zeit t = 7s. Wie weit ist das Gewitter noch entfernt?

Schallmauer:

Die Schallmauer wird sichtbar

Diese Erscheinung entsteht, wenn ein Flugzeug in geringer Höhe über dem Meeresspiegel fliegt und sich der Schallmauer nähert. Der Druck des dahinschießenden Flugzeugs presst die Feuchtigkeit in der Luft zu einer ballförmigen Wolke vor dem Bug zusammen, die schließlich durchstoßen wird.

Machsche Zahl:
    Verhältnis eines Körpers zur Schallgeschwindigkeit: M = v/c

Mach 1:
    Der Körper fliegt mit Schallgeschwindigkeit

Echo (Widerhall)

Schallwellen werden an Hindernissen reflektiert, wie z.B. an festen Wänden, Felsen und Waldrändern. Der reflektierte Schall wird schon ab 17 m hörbar, da das menschliche Ohr deutlich nur etwa 10 Schalleindrücke in der Sekunde verarbeitet. In 0,1 s entfernt sich der Schall von der Schallquelle 34 m. Beim Echo muss der Schall sich zum Hindernis und zurück bewegen. Daraus folgt das ein Echo ab ca. 17m Entfernung zwischen Schallquelle und Hindernis entsteht.

Nachhall:

Ist der Weg des Schalls kleiner als 17 m, dann verschmelzen die reflektierten Schallwellen mit den direkten Schallwellen zu einen einzigen Schalleindruck, der mit Nachhall bezeichnet wird.

Echolot

Wenn die Schallgeschwindigkeit (Luft / Wasser/ ... ) bekannt ist, kann man mit der reflektierten Schallwelle, dem sogenannten Echo, Entfernungen messen. Das Echolote wird zur Bestimmung der Meerestiefe benutzt.

Der Schall pflanzt sich also auch durch feste und flüssige Medien fort. Man kann das gut feststellen, wenn man das Ohr an ein Wasserleitungsrohr legt, während jemand in einem entfernten Raum an das Rohr schlägt. Der Luftschall wird durch Wände und Türen so gedämpft, dass er unser Ohr kaum erreicht. Dagegen vernehmen wir den durch das Rohr fortgeleiteten Schall ganz deutlich. Die Schallgeschwindigkeiten sind durch die elastischen Eigenschaften des Stoffes bestimmt und daher verschieden.


Je nach Art des Schalls wird unterschieden:

Ton: Klang: Geräusch: Knall: