Was ist Schall? So funktionieren Schallwellen, Frequenz und Dezibel

Musik, eine Stimme, eine zuschlagende Tür: Wir hören den ganzen Tag Geräusche, ohne darüber nachzudenken. Aber was ist Schall eigentlich? Kurz gesagt: eine Schwingung, die sich als Welle durch die Luft ausbreitet. Ihr Ohr fängt diese Schwingung auf, und Ihr Gehirn macht daraus ein Geräusch.

In diesem Artikel lesen Sie, wie Schall entsteht, was Frequenz und Dezibel bedeuten, wie schnell Schall ist und worin sich Infraschall und Ultraschall unterscheiden.

Was ist Schall?

Im Alltag ist Schall eine Schwingung in der Luft, die Sie mit den Ohren wahrnehmen. Die Physik fasst den Begriff weiter: Für sie ist Schall jede Druckwelle, die sich durch einen Stoff ausbreitet. Das kann Luft sein, aber auch Wasser oder ein fester Stoff wie eine Wand. Und er muss nicht hörbar sein. Auch Schall, der für unser Ohr zu tief oder zu hoch ist, zählt dazu.

Was der eine hört, hört der andere also nicht. Ein Hund oder eine Fledermaus hört Töne, die für uns unhörbar sind. Für diese Tiere ist das ganz normaler Schall.

Wie entsteht Schall?

Schall beginnt immer mit etwas, das schwingt: einer Gitarrensaite, Ihren Stimmbändern oder der Membran eines Lautsprechers. Bei jeder Bewegung nach vorn drückt die Quelle die Luftteilchen davor zusammen. Dort steigt der Luftdruck kurz an, das nennt man eine Verdichtung. Bewegt sich die Quelle zurück, entsteht eine Stelle mit niedrigerem Druck: eine Verdünnung.

Die zusammengedrückten Teilchen geben ihren Stoß an die benachbarten Teilchen weiter, und diese wieder an die nächsten. So breitet sich die Schwingung als Welle aus, während die Luft selbst größtenteils an ihrem Platz bleibt. Vergleichen lässt sich das mit einem Stein, der ins Wasser fällt: Die Wellen bewegen sich von der Stelle weg, an der der Stein ins Wasser fiel, aber das Wasser wandert nicht mit.

Je weiter sich die Welle ausbreitet, desto mehr Luftteilchen müssen sich die Energie teilen. Deshalb wird Schall leiser, je weiter Sie von der Quelle entfernt sind, bis Sie ihn irgendwann nicht mehr hören.

Und weil Schall einen Stoff braucht, um sich auszubreiten, gibt es im Weltall keinen Schall. Stoßen zwei Satelliten im luftleeren Raum zusammen, geschieht das in völliger Stille.

Wie sieht eine Schallwelle aus?

Schall können Sie nicht sehen, aber zeichnen. Tragen Sie den Luftdruck an einer Stelle gegen die Zeit auf, erhalten Sie eine Welle. Die Spitzen sind die Verdichtungen, die Täler die Verdünnungen.

Zwei Eigenschaften dieser Welle bestimmen, was Sie hören: wie oft sie schwingt und wie groß die Druckunterschiede sind.

Frequenz: hoch oder tief (Hz)

Die Zahl der Schwingungen pro Sekunde heißt Frequenz, und sie wird in Hertz (Hz) gemessen. Eine Welle, die tausendmal pro Sekunde hin- und herschwingt, hat eine Frequenz von 1.000 Hz. Je höher die Frequenz, desto höher der Ton.

Frequenz und Wellenlänge hängen zusammen: Je höher der Ton, desto kürzer die Welle. Ein tiefer Ton von 20 Hz hat in Luft eine Wellenlänge von etwa 17 Metern, ein hoher Ton von 20.000 Hz nicht einmal 2 Zentimeter.

Ein gesundes menschliches Ohr hört etwa von 20 bis 20.000 Hz. Das ist von Mensch zu Mensch verschieden. Mit den Jahren lassen vor allem die hohen Töne nach, und das gilt auch bei Lärmschäden. Am empfindlichsten ist Ihr Ohr für mittelhohe Töne um 1.000 bis 5.000 Hz. Dort liegen auch die Laute, die Sprache verständlich machen.

Stärke: laut oder leise (dB)

Wie groß die Druckunterschiede in der Welle sind, nennt man Amplitude. Je größer die Amplitude, desto lauter hören Sie den Schall. Diese Schallstärke wird in Dezibel (dB) angegeben.

Die Dezibelskala ist logarithmisch. Jede 10 dB mehr sind zehnmal so viel Schallenergie und klingen für Ihr Ohr etwa doppelt so laut. Jede 3 dB mehr sind schon eine Verdopplung der Energie. Einige Beispiele:

Ab etwa 80 dB kann Schall bei langer Belastung Ihr Gehör schädigen, und über 100 dB geschieht das innerhalb von Minuten. Wichtig zu wissen: Die Schmerzgrenze liegt viel höher. Schall kann Ihr Gehör also schon schädigen, lange bevor er wehtut. Wie lange Sie welchem Pegel unbedenklich ausgesetzt sein können, lesen Sie in Ab wie viel Dezibel ist Lärm schädlich?.

Wie schnell ist Schall?

In Luft von 20 °C legt Schall etwa 343 Meter pro Sekunde zurück, gut 1.200 Kilometer pro Stunde. Das merken Sie bei einem Gewitter: Den Blitz sehen Sie sofort, der Donner kommt später. Zählen Sie die Sekunden und teilen Sie sie durch drei, wissen Sie ungefähr, wie viele Kilometer das Gewitter entfernt ist.

Diese Geschwindigkeit ist kein fester Wert. In warmer Luft ist Schall schneller als in kalter: Bei −40 °C sind es etwa 306 Meter pro Sekunde, bei +40 °C rund 355. In Flüssigkeiten und festen Stoffen ist Schall noch viel schneller, weil die Teilchen dichter beieinanderliegen. In Wasser sind es etwa 1.480 Meter pro Sekunde, in Stahl rund 5.900.

Schallwellen verhalten sich ansonsten wie Wasserwellen. Sie können an einer Wand zurückgeworfen werden, was Sie als Echo oder Nachhall hören. Sie beugen sich um Ecken, sodass Sie jemanden um die Ecke sprechen hören. Und zwei Wellen können sich verstärken oder gegenseitig auslöschen. Letzteres nutzen Kopfhörer mit Noise Cancelling: Sie erzeugen einen Gegenschall, der das Umgebungsgeräusch aufhebt.

Infraschall und Ultraschall

Nicht jeder Schall ist für uns hörbar. Unter 20 Hz spricht man von Infraschall. Den hören Sie nicht, aber bei hohem Pegel spüren Sie die Schwingungen manchmal, etwa bei schwerem Verkehr oder einem kräftigen Bass. Elefanten nutzen Infraschall, um sich über große Entfernungen zu verständigen, weil tiefe Töne weit tragen.

Über 20.000 Hz spricht man von Ultraschall. Fledermäuse und Delfine nutzen ihn, um sich zu orientieren und Beute aufzuspüren: Sie senden einen Laut aus und horchen auf das Echo. Auch Menschen nutzen Ultraschall, zum Beispiel bei einer Ultraschalluntersuchung im Krankenhaus und beim Zahnarzt, um Zahnstein zu entfernen. Und mit dem Echolot messen Schiffe den Abstand zum Meeresboden, indem sie einen Schallimpuls aussenden und die Zeit bis zum Echo messen.

Von der Schallwelle zum Hören

Zwischen 20 und 20.000 Hz liegt alles, was wir hören: von einer Autohupe bis zu einer Sinfonie. Wie Ihr Ohr diese Schwingungen auffängt und wie Ihr Gehirn daraus Geräusche, Sprache und Musik macht, lesen Sie in unserem Artikel Wie funktioniert das Gehör?.

Zu viel Lärm kann dieses Gehör dauerhaft schädigen. Möchten Sie wissen, wie Sie dem vorbeugen? Lesen Sie unsere Tipps, um Gehörschäden vorzubeugen, oder sehen Sie sich an, wie maßgefertigte Ohrstöpsel den Schall dämmen, während Sie weiterhin alles hören.