Schall (von althochdeutsch scal) bezeichnet allgemein das Geräusch, den Klang, den Ton, wie er vom Menschen vernommen wird. Schall stellt die Schallfeld-Ausbreitung von kleinsten Druck- und Dichtestörungen in einem Medium (Gase, Flüssigkeiten, Festkörper) dar. Wir unterscheiden den Nutzschall, wie ein Streichqartett oder ein Sinfonieorchester zur Erbauung und den Störschall, wie ein Presslufthammer oder der Verkehrslärm als großes Ärgernis. Siehe auch Schallausbreitung.
Physikalisch gesehen ist Schall eine Welle. In Gasen und in Flüssigkeiten ist Schall immer eine Longitudinalwelle, also auch im wichtigsten Medium, in Luft. In Festkörpern gibt es auch Transversalwellen. Schallwellen transportieren Informationen und Energie. Sie bewegen Mediumteilchen (meistens Luft) um einen mittleren Zustand und breiten sich mit einer charakteristischen Geschwindigkeit, der Schallgeschwindigkeit c aus. Diese beträgt 343 m/s in Luft bei einer Temperatur von 20 °C und 1407 m/s in Wasser bei einer Temperatur von 0 °C. Weiterhin ist Schall dadurch definiert, dass die Schwankungen der Zustandsgrößen Druck und Dichte klein im Verhältnis zu ihren Ruhegrößen sind. Das wird dadurch anschaulich, wenn man bei beispielsweise großem Lärm den Schalldruckpegel von 120 dBSPL (Dezibel), das ist etwa die Schmerzschwelle des Menschen, mit dem normalen atmosphärischen Druck vergleicht: Der Ruhedruck der Atmosphäre beträgt 101325 Pascal (= 1013,25 Hektopascal) und bei einem Schalldruckpegel von 120 dBSPL beträgt der Effektivwert des Schalldrucks p = 20 Pascal = 20 N/m². Selbst bei diesem gewaltigen "Lärm" ist die Druckschwankung dennoch relativ klein.
Die zugehörige Wissenschaft ist die Akustik, welche wiederum ein Untergebiet der Gasdynamik ist. Die beiden Energieformen, die sich beim Schall ineinander wandeln, sind die Kompressionsenergie und die Bewegungsenergie als Schallenergiegröße, charakterisiert aber durch die Schallfeldgröße:
- Schalldruck p im N/m² = Pa (Pascal)
- Schallschnelle v in m/s
Die linearen Schallfeldgrößen und die quadratischen Schallenergiegrößen müssen deutlich auseinander gehalten werden.
Wellen sind zeitlich und örtlich periodische Veränderungen einer physikalischen Größe g(t,x). Der Schalldruck p ist die wichtigste Schallfeldgröße als Skalar überhaupt (siehe auch Druckwelle). Dieses hat verschiedene Gründe: Der Druck ist relativ leicht messbar. Er ist eine anschauliche Größe, und vom Menschen physiologisch erfassbar. Die Schallschnelle v ist als Schallfeldgröße ein Vektor, wobei bei Einwirkung von Schall die Geschwindigkeit der Hin- und Herbewegung von den Fluidelementen (Luftteilchen) gemeint ist. Hierbei wird Geschwindigkeit nie als Begriff verwendet, da die Schallgeschwindigkeit c bereits die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Schallwelle beschreibt. Die Schnelle ist nicht so leicht bestimmbar. Man muss sich hierbei klar werden, dass die maximal auftretenden Geschwindigkeiten bei der Auslenkung der Fluidelemente klein im Vergleich zur Schallgeschwindigkeit sind: Bei einem "Lärm" von etwa 120 dB (Schmerzschwelle) beträgt die Schnelleamplitude in Luft gerade einmal 0,05 m/s. Bei der Hörschwelle des Menschen von 0 dBSPL hat die Schnelleamplitude einen Wert von 5 · 10-8 m/s. Hierbei werden die Luftpartikel nur ganz gering ausgelenkt. Daher ist die Schnelle sicher wesentlich ungeeigneter, um Schall zu quantifizieren. Man beachte außerdem, dass es sich bei der Schallschnelle um eine geordnete Bewegung aller Teilchen handelt. Eine ungeordnete Bewegung von Materieteilchen findet immer statt. Dieses Phänomen wird mit Erzeugung von Wärme bezeichnet.
Entsprechend dem Gebiet der Frequenz f unterscheidet man:
- Infraschall < 16 Hz ist für Menschen nicht hörbar, da zu tief
- Hörschall von 16 Hz bis 20 kHz, ist für Menschen hörbarer Schall
- Ultraschall von 20 kHz bis 10 GHz ist für Menschen nicht hörbar, da zu hoch
- Hyperschall > 10 GHz sind nur noch bedingt ausbreitungsfähige Wellen
Schall ist im Gegensatz zu Licht eine Materiewelle. Da Schall zu seiner Ausbreitung ein materielles Medium benötigt, ist er im Vakuum nicht existent, z. B. auf dem Mond.
Schall wird mit Mikrofonen aufgenommen, wobei die Wandler jeweils als Sensor im Schallfeld wirken und
Schall wird mit Lautsprechern durch "Spannungs- in Schalldruck-Wandler" wiedergegeben.
Schallminderung
Das Gehör arbeitet ohne Unterbrechungen; sein Einsatz wird nicht bewußt gelenkt. Während die Augen bei Bedarf mit Augenlidern abdeckt werden können oder noch einfacher die Blickrichtung geändert werden kann, werden akustische Signale jederzeit (auch im Schlaf) wahrgenommen. Daher werden störende Wirkungen von Geräuschen als besonders bedeutsam empfunden. Lang andauernde und starke Schalleinwirkungen können die Gesundheit beeinträchtigen und schädigen. Der Minderung von Schall kommt daher eine besondere Bedeutung zu. Dies geschieht vorzugsweise durch die Vermeidung der Geräuschentstehung oder ersatzweise durch nachträgliche Maßnahmen: Dazu stehen die Prinzipien der Schalldämmung (Manipulation des Schallausbreitungsweges) und der Schalldämpfung (Umwandlung von Schallenergie in Wärmeenergie) zur Verfügung.
Beispiele für die Anwendung dieser Mechanismen sind:
- Lärmschutzwand
- verkehrsberuhigter Bereich, evtl. sogar Umzug weg von der Stadt
- Ohrstöpsel
- dicht schließende Fenster
- lüfterloses Design von Computern
- Spindel-loses Design von Computern (also ohne klassische Festplatte, vielleicht mit Flash-Speicher)
- Flüssigkeitslager (statt Kugellager)
Siehe auch andere Begriffe, die mit Schall verbunden sind:
- Lärm, Schalldruck, Schallauslenkung, Schallausschlag, Schallschnelle, Schallbeschleunigung,
- Schallintensität, Schallenergiedichte, Schallleistung, Schallfluss, Schallgeschwindigkeit
- Schallfeldgröße, Schallenergiegröße, Schallkennimpedanz, Schalldruckamplitude
- Schalldruckpegel, Schallschnellepegel, Schallintensitätspegel, Schallleistungspegel