Lektion 2.4

Schall und Hören

15 min Lesezeit

Bei einem Gewitter blitzt es, und einige Sekunden später donnert es. Dabei sind Blitz und Donner im selben Augenblick entstanden. Warum kommt der Donner später?

Zupfst du eine Gitarrensaite, hörst du einen Ton, und die Saite zittert sichtbar. Und im Weltall hört man gar nichts, auch wenn dort etwas explodiert.

Du lernst, wie Schall entsteht, wie er zu deinem Ohr gelangt und wie du dein Gehör schützt.

Definition

Schall und Schwingung

Schall ist alles, was wir hören. Er entsteht, wenn etwas schwingt. Eine Schwingung ist eine schnelle Hin-und-her-Bewegung um eine Ruhelage. Der Körper, der schwingt und Schall erzeugt, heißt Schallquelle.

Probiere es aus: Halte ein Lineal mit einem Ende an die Tischkante und schnipse das andere Ende an. Es zittert und brummt. Drückst du es fest, hört das Brummen auf. Auch eine Gitarrensaite zittert, und beim Sprechen spürst du das Zittern am Hals, wenn du die Finger auf den Kehlkopf legst. Taucht man eine schwingende Stimmgabel ins Wasser, spritzt es.

Definition

Schallausbreitung

Die schwingende Schallquelle stößt die Luftteilchen um sich herum an. Diese stoßen ihre Nachbarn an, und so geht es weiter. Die Schwingung läuft als Schallwelle durch die Luft bis zu deinem Ohr. Die Teilchen wandern dabei nicht mit, sie schwingen nur hin und her. Es ist wie die Welle im Fußballstadion: Alle stehen auf und setzen sich wieder hin, die Welle läuft im Kreis, aber niemand läuft mit.

Schall braucht also Teilchen, die ihn weitergeben. Er breitet sich in Luft, Wasser und festen Körpern aus. Im Vakuum, dem leeren Raum ohne Teilchen, breitet er sich nicht aus. Eine Klingel unter einer luftleer gepumpten Glasglocke hörst du kaum. Im Weltall ist es völlig still.

Definition

Schallgeschwindigkeit

Schall ist schnell, aber nicht unendlich schnell. Die Angabe 340 m/s (Meter pro Sekunde) heißt: In einer Sekunde legt der Schall 340 m zurück.

StoffSchallgeschwindigkeit (gerundet)
Luft340 m/s
Wasser1 500 m/s
Stahl5 000 m/s

Licht ist mit 300 000 km pro Sekunde viel schneller. Den Blitz siehst du darum sofort, der Donner kommt später. Faustregel: Je 3 Sekunden zwischen Blitz und Donner ist das Gewitter etwa 1 km entfernt.

Beispiel

Wie weit ist das Gewitter?

Du siehst einen Blitz und zählst 6 Sekunden bis zum Donner. Wie weit ist das Gewitter entfernt?

Das Licht des Blitzes ist praktisch sofort da. Der Schall braucht 6 Sekunden. In jeder Sekunde legt er 340 m zurück. 6 mal 340 m sind 6 mal 300 m plus 6 mal 40 m, also 1 800 m + 240 m = 2 040 m. Das Gewitter ist etwa 2 km entfernt. Das passt zur Faustregel: 6 Sekunden sind zweimal 3 Sekunden, also etwa 2 km.

Definition

Lautstärke und Tonhöhe

Die Amplitude einer Schwingung ist die größte Auslenkung aus der Ruhelage. Je größer die Amplitude, desto lauter ist der Ton. Zupfst du eine Saite kräftiger, schwingt sie weiter hinaus und klingt lauter. Die Lautstärke misst man in Dezibel, Zeichen dB.

Die Frequenz gibt an, wie viele Schwingungen es in einer Sekunde gibt. Ihre Einheit ist Hertz, Zeichen Hz. 1 Hz ist eine Schwingung pro Sekunde. Je größer die Frequenz, desto höher ist der Ton. Eine kurze, dünne Saite schwingt schnell und klingt hoch. Eine lange, dicke Saite schwingt langsam und klingt tief. Der Mensch hört Töne von etwa 20 Hz bis 20 000 Hz.

GeräuschLautstärke
Flüstern30 dB
Gespräch60 dB
Straßenverkehr80 dB
Disco, Rockkonzert100 dB
Düsenflugzeug in der Nähe130 dB
Beispiel

Frequenz und Tonhöhe

Ein Ton hat 440 Hz. Wie viele Schwingungen sind das in 10 Sekunden? Ist ein Ton mit 800 Hz höher oder tiefer?

440 Hz sind 440 Schwingungen in jeder Sekunde. In 10 Sekunden sind es 10 mal 440 = 4 400 Schwingungen. 800 Hz ist die größere Frequenz. Also ist der Ton mit 800 Hz höher.

Definition

Reflexion und Absorption von Schall

Trifft Schall auf eine glatte, harte Fläche wie eine Felswand, wird er zurückgeworfen. Das ist Reflexion. Hörst du den zurückgeworfenen Schall erst nach dem Original, nennt man ihn Echo. Dazu muss die Wand mindestens etwa 17 m entfernt sein, sonst verschmilzt das Echo mit dem Original. In einem leeren Raum mit glatten Wänden hallt es.

Weiche Stoffe wie Vorhänge, Teppiche und Schaumstoff verschlucken Schall. Das heißt Absorption. Ein Zimmer mit Teppich und Vorhängen klingt darum dumpfer und leiser als ein leerer Raum.

Beispiel

Wie weit ist die Felswand?

Du rufst gegen eine Felswand und hörst das Echo nach 2 Sekunden. Wie weit ist die Wand entfernt?

In 2 Sekunden legt der Schall 2 mal 340 m = 680 m zurück. Er läuft aber hin und wieder zurück. Der Weg zur Wand ist nur die Hälfte davon. 680 m geteilt durch 2 sind 340 m. Die Wand ist 340 m entfernt.

Definition

Das Ohr

Das Ohr hat drei Teile:

  • Außenohr: Die Ohrmuschel fängt den Schall ein. Der Gehörgang leitet ihn zum Trommelfell, einer dünnen Haut, die mitschwingt.
  • Mittelohr: Drei winzige Knochen, die Gehörknöchelchen, geben die Schwingung weiter. Sie sind die kleinsten Knochen deines Körpers.
  • Innenohr: Die Hörschnecke ist mit Flüssigkeit gefüllt. Winzige Sinneshärchen spüren die Schwingung und schicken Signale über den Hörnerv zum Gehirn. Erst dort entsteht der Höreindruck.
Definition

Ultraschall

Töne mit mehr als 20 000 Hz kann der Mensch nicht hören. Sie heißen Ultraschall. Fledermäuse rufen Ultraschall und finden mit dem Echo Hindernisse und Insekten. Hunde hören Ultraschall, den die Hundepfeife erzeugt.

Auch Technik nutzt ihn. Ein Schiff misst mit dem Echolot die Wassertiefe: Es sendet einen Ultraschallton nach unten und misst die Zeit, bis das Echo vom Grund zurückkommt. Ärzte machen mit Ultraschall Bilder aus dem Körper, zum Beispiel von einem Baby im Bauch, ohne es zu verletzen.

Definition

Lärm, Lärmschutz und Hörschäden

Lärm ist Schall, der stört oder krank macht. Auch laute Musik kann Lärm sein. Dauerlärm führt zu Stress, Schlafproblemen und Konzentrationsschwäche.

Ab etwa 85 dB schadet längeres Zuhören den Sinneshärchen im Innenohr. Sie sterben ab und wachsen nicht nach. Die Folge sind schlechtes Hören oder ein dauerndes Pfeifen im Ohr, der Tinnitus. Ein sehr lauter Knall kann das Gehör sofort schädigen.

Lärmschutz geht auf drei Wegen:

  • An der Quelle: leisere Maschinen und Geräte.
  • Auf dem Weg: Lärmschutzwände an der Autobahn, Doppelfenster und Teppiche reflektieren oder absorbieren den Schall.
  • Am Ohr: Gehörschutz bei sehr lauter Arbeit oder auf Konzerten. Stelle Kopfhörer so leise ein, dass du jemanden neben dir noch hörst.
Häufige Fehler

Im Weltall kann man Explosionen hören

„In Filmen knallt es im Weltall laut, wenn ein Raumschiff explodiert.“

Richtig ist

Im Weltall ist ein Vakuum. Ohne Teilchen kann sich keine Schallwelle ausbreiten. Dort ist es völlig still.

Häufige Fehler

Laut und hoch verwechseln

„Ein lauter Ton ist ein hoher Ton.“

Richtig ist

Lautstärke und Tonhöhe sind zwei verschiedene Dinge. Die Lautstärke hängt von der Amplitude ab, die Tonhöhe von der Frequenz. Einen hohen Ton kann man leise oder laut spielen.

Zusammenfassung

  • Schall entsteht durch Schwingungen einer Schallquelle. Er breitet sich als Schallwelle in Luft, Wasser und festen Körpern aus, aber nicht im Vakuum.

  • In Luft läuft Schall mit etwa 340 m/s. In Wasser und Stahl ist er viel schneller.

  • Die Amplitude bestimmt die Lautstärke (in dB), die Frequenz die Tonhöhe (in Hz).

  • Harte, glatte Flächen reflektieren Schall und erzeugen Echo. Weiche Stoffe absorbieren ihn.

  • Im Ohr schwingt das Trommelfell. Gehörknöchelchen leiten die Schwingung weiter, und im Innenohr entstehen Signale für das Gehirn.

  • Ultraschall hat mehr als 20 000 Hz. Fledermäuse, Echolot und Ärzte nutzen ihn.

  • Lärm macht krank. Ab etwa 85 dB drohen Hörschäden. Schutz gibt es an der Quelle, auf dem Weg und am Ohr.

Übungen

Aufgabe 1Multiple Choice

Ein Raumschiff explodiert im leeren Weltall 100 m neben einem Astronauten. Was hört der Astronaut?

Aufgabe 2Numerisch

Zwischen Blitz und Donner liegen 9 Sekunden. Wie viele Kilometer ist das Gewitter entfernt? Rechne mit der Faustregel: 3 Sekunden sind etwa 1 km.

Aufgabe 3Multiple Choice

Du zupfst eine Gitarrensaite erst leicht und dann kräftig. Was ändert sich?

Aufgabe 4Numerisch

Du rufst gegen eine Wand und hörst das Echo nach 3 Sekunden. Der Schall legt 340 m pro Sekunde zurück. Wie weit ist die Wand entfernt, in Metern?

Aufgabe 5Numerisch

Ein Schiff sendet Ultraschall nach unten. Das Echo vom Meeresgrund kommt nach 1 Sekunde zurück. Im Wasser läuft Schall mit 1 500 m/s. Wie tief ist das Wasser, in Metern?

Aufgabe 6Freitext

Ein Haus steht direkt neben einer lauten Straße. Nenne zwei Maßnahmen, die den Lärm im Haus verringern, und sage, auf welchem Weg sie wirken.