Schall

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Schall (von Althochdeutsch: scal) bezeichnet allgemein mechanische Schwingungen in einem elastischen Medium (Gas, Flüssigkeit, Festkörper).
Diese Schwingungen pflanzen sich in Form von Schallwellen fort.
In Luft sind Schallwellen Druck- und Dichteschwankungen.
Umgangssprachlich bezeichnet Schall vor allem das Geräusch, den Klang, den Ton, den Knall (Schallarten), wie er von Menschen und Tieren mit dem Gehör, also dem Ohr-Gehirn-System auditiv wahrgenommen werden kann.
Man unterscheidet dabei den Nutzschall, wie Musik oder die Stimme beim Gespräch, und den Störschall, wie Baustellen- oder Verkehrslärm.
Schall ist ein Kollektivum und wird nur im Singular benutzt.
== Physikalische Definition
Physikalisch gesehen ist Schall eine als Welle fortschreitende mechanische Deformation in einem Medium.
In ruhenden Gasen und Flüssigkeiten ist Schall immer eine Longitudinalwelle, also näherungsweise auch in Luft.
Die allgemeine Wellengleichung für dreidimensionale Schallfelder in fluiden Medien lautet:
Darin ist  {\displaystyle \Delta } der Laplace-Operator.
Schall breitet sich mit einer für das Medium und dessen Zustand (Temperatur, Druck usw.) charakteristischen und konstanten Schallgeschwindigkeit c {\displaystyle c} aus .
Bei einer Temperatur von 20 °C beträgt diese in Luft 343 m/s und in Wasser 1484 m/s, siehe auch Schallgeschwindigkeit in verschiedenen Medien.
Die Wellenlänge  {\displaystyle \lambda } der Schallwelle kann bei gegebener Frequenz f {\displaystyle f} und Schallgeschwindigkeit c {\displaystyle c} über folgende Beziehung berechnet werden:
In Gasen wie Luft kann Schall als eine dem statischen Luftdruck überlagerte Schalldruckwelle beschrieben werden.
Meistens sind bei Schallwellen die Schwankungen der Zustandsgrößen Druck und Dichte klein im Verhältnis zu ihren Ruhegrößen.
Das wird anschaulich, wenn man Schalldruckpegel von 130 dB (Dezibel), das ist etwa die Schmerzschwelle des Menschen, mit dem normalen atmosphärischen Druck vergleicht:
Der Ruhedruck der Atmosphäre beträgt 101325 Pascal (= 1013,25 Hektopascal), während ein Schalldruckpegel von 130 dB einem Effektivwert des Schalldrucks p von gerade einmal 63 Pascal entspricht.
Dagegen gibt es in Festkörpern auch Transversalwellen und geführte Wellen.
Im Vakuum gibt es keinen Schall, da er im Gegensatz zu elektromagnetischen Wellen immer ein Trägermedium braucht.
Schallausbreitung findet auch im Weltall statt, wegen der geringen Dichte (ca. 1 Mio. Atome je m^3 im interstellaren Raum der Milchstraße) sind die übertragenen Energien sehr gering.
Überschallereignisse sind beispielsweise Supernovae, deren Überschallknall aber ebenfalls unter der menschlichen Hörschwelle liegen würde.
== Akustik
Die zugehörige Wissenschaft ist die Akustik.
Die beiden Energieformen, die sich beim Schall ineinander umwandeln, sind die Kompressionsenergie und die Bewegungsenergie als Schallenergiegröße, charakterisiert werden sie aber durch die Schallfeldgrößen:
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 Schalldruck ist eine anschauliche Größe, mit Mikrofonen relativ leicht messbar und auch vom Menschen physiologisch erfassbar.
Der Schallwechseldruck p ist einfach zu messen.
Bei einem Schalldruckpegel von 0 dB, also bei der Hörschwelle, hat der Schalldruck als Effektivwert einen Wert von 2 * 10-5 N/m2 (Pascal).
Dagegen ist die Schallfeldgröße Schallschnelle v ein Vektor, wobei bei Einwirkung von Schall die Geschwindigkeit der Hin- und Herbewegung der Fluidelemente (Luftteilchen) gemeint ist.
Der Begriff Geschwindigkeit wird hier zur deutlichen Abgrenzung zur Schallgeschwindigkeit c allerdings vermieden.
Die Schnelle ist nicht so leicht bestimmbar.
Man muss sich hierbei darüber im Klaren sein, dass die maximal auftretenden Geschwindigkeiten bei der Auslenkung der Fluidelemente im Vergleich zur Schallgeschwindigkeit klein sind:
Bei einem Schalldruckpegel von 130 dB, der Schmerzschwelle, beträgt die Schallschnelle in Luft gerade einmal 0,153 m/ s.
Bei der Hörschwelle des Menschen hat der Effektivwert der Schallschnelle einen Wert von 5 * 10-8 m/s entsprechend einem Schallschnellepegel von 0 dB.
Hierbei werden die Luftpartikel nur ganz gering ausgelenkt.
== Einteilung nach Frequenz
Entsprechend dem Frequenzbereich unterscheidet man:
Die Hörschwelle, Empfindung einer bestimmten Lautstärke und die Grenze zur Schmerzempfindung des Menschen verlaufen im Bereich von 16-20.000 Hz entlang einer Schar von Hörkurven, die im Bereich niedrigster und höchster Frequenzen tendenziell konvergieren.
Das Hörvermögen insbesondere im Bereich hoher Töne nimmt mit zunehmendem Lebensalter aber auch durch Strapazierung des Gehörs durch laute Musik, Lärm oder Knall teilweise irreversibel ab.
Hunde und Fledermäuse können auch Töne über 20 kHz hören.
Infraschall kann vom Menschen unter Umständen mit der Bauchdecke, Fingerspitzen oder beim Stehen mit den Füßen haptisch gefühlt oder an Festkörpern mit dem Auge als Vibration gesehen werden.
Wird ein Piezo-Ultraschallgeber zum Vernebeln von Wasser mit dem Finger berührt, wird darin eine Hitzeempfindung erzeugt.
Mit Ultraschall werden insbesondere Plastikgehäuse von Netzteilen dauerhaft verschweißt.
== Unterschiedliche Geräusche
In Abbildung 1 sind schematische zeitliche Verläufe des Schalldrucks von unterschiedlichen Geräuschen dargestellt:

Klexikon (einfache Sprache):
Als Schall bezeichnet man alles, was man mit den Ohren hören kann.
Mit unseren Ohren nehmen wir verschiedene Geräusche, Sprache und Musik, aber auch unangenehmen Lärm wahr.
Schall geht immer von einer Schallquelle aus.
Das kann die menschliche Stimme sein, ein Lautsprecher, ein Orchester oder auch ein vorbeifahrendes Auto.
Der Mensch hört Schall aber nur in einem bestimmten Bereich.
Manche Tiere können auch andere Bereiche hören.
Fledermäuse orientieren sich mit extrem hohen Tönen, die wir Menschen nicht mehr hören können.
Diesen Bereich des Schalls nennen wir Ultraschall.
Sehr tiefe Töne außerhalb unseres Hörbereichs heißen Infraschall.
Damit können Elefanten sich über mehrere Kilometer verständigen, aber wir Menschen hören nichts.
Bei Schall unterscheidet man zwischen verschiedenen Arten:
Eine angeschlagene Stimmgabel erzeugt einen klaren Ton.
Mit Musikinstrumenten kann man verschiedene Klänge erzeugen.
Geräusche entstehen beim Betreiben von Maschinen.
Bei einer Explosion entsteht ein Knall.
Den Unterschied zwischen diesen Schallarten kann man mit bestimmten Messgeräten zeigen.
== Was sind Schallwellen?
Beim Schall spricht man auch von Schallwellen, das ist ähnlich wie bei den Wellen im Wasser.
Bei den Saiten einer Gitarre sieht man die Wellen in der Schwingung.
In der Luft kann man das nicht sehen.
Die Luft wird zusammengedrückt und dehnt sich dann wieder aus.
Diese Welle gibt sie an die Nachbarschaft weiter.
Es entsteht eine Druckwelle, die sich im Raum ausbreitet.
Das ist der Schall.
Schall breitet sich in jedem Stoff mit einer bestimmten Geschwindigkeit aus.
Diese Geschwindigkeit ist die Schallgeschwindigkeit.
In der Luft liegt die Schallgeschwindigkeit bei etwa 1236 Kilometern pro Stunde.