Auch durch Wände hindurch können wir Schallwellen hören. Foto: Thommy Weiss & Klausi Krümel / www.pixelio.de
Schallausbreitung: Hemmen oder fördern schwere Wände?
Wenn in alten Westernfilmen ein Zug überfallen wird, sieht man die Schurken vorher oft an den Gleisen horchen. Hintergrund: Die Schallwellen, die der fahrende Zug auslöst, verbreiten sich über den Stahl des Gleises schneller als über die Luft. Die Schallgeschwindigkeit wächst nämlich mit der Dichte des Mediums, in dem sich der Schall bewegt. Doch Moment mal: Lautet nicht eine Grundregel beim Hausbau, dass schwere, dichte Wandbaustoffe einen besseren Schallschutz bieten als leichte, poröse Materialien? Wir lösen den vermeintlichen Widerspruch auf.
Schall breitet sich durch mechanische Schwingungen aus. Schallquellen sind selbst Gegenstände, die sich in einem Schwingungszustand befinden. Ein anschauliches Beispiel dafür sind alte (nicht digitale) Wecker, die noch sichtbar vibrieren, wenn sie klingeln. Durch die Schwingungen der Schallquelle werden umliegende Luftmoleküle angestoßen und geraten dadurch ihrerseits in Schwingungen – so entsteht Luftschall.
Luftschall und Körperschall
Der Luftschall breitet sich aus, indem bereits schwingende Luftmoleküle Nachbarmoleküle anstoßen und diese dadurch ebenfalls in Schwingungen versetzen. Grundsätzlich setzt die Schallausbreitung voraus, dass ein Medium vorhanden ist, in dem Teilchen um ihre Ruhelage schwingen können. Im Vakuum gibt es keine Schallausbreitung. Das Schwingen der Luftmoleküle ist mit Luftdruckschwankungen verbunden, die wiederum unsere Ohren wahrnehmen. Deshalb hören wir Schallwellen.
Trifft der Luftschall auf eine Wand, dann wird ein Teil der Schallenergie reflektiert. Das nehmen wir dann als Nachhall in dem Raum wahr, in dem die Schallquelle steht. Gleichzeitig wird die Wand durch die Schallwellen aber auch selbst zu Biegeschwingungen angeregt. Das gilt gleichermaßen für schwere wie auch für eher leichte Wandkonstruktionen. Als so genannter Körperschall
breitet sich der Luftschall dann auch im Festkörper aus. Auf der anderen Seite des Trennbauteils wird er dann wieder als Luftschall abgestrahlt.
Absorption und Reflexion
Die auf der anderen Seite der Wand ankommende Schallenergie ist natürlich geringer als auf der Seite, wo sich die Schallquelle befindet. Ein Teil der Schwingungsenergie wird ja reflektiert, und ein anderer Teil wird vom Feststoff „geschluckt“. Man sagt auch: Der Schall wird vom Feststoff absorbiert. Dabei wird ein Teil der Bewegungsenergie der Schallschwingungen durch Reibung in Wärmeenergie umgewandelt. Die Schallabsorption funktioniert am besten bei porösen Materialien mit durchgehenden Poren – also zum Beispiel bei Dämmstoffen. Stoffe mit hoher Dichte und wenig Poren absorbieren dagegen weniger Schallenergie.
Schallgeschwindigkeit und Frequenzhöhe
Bei alten Weckermodellen ist das Schwingen der Schallquelle sogar sichtbar. Foto: Thomas Weiss / www.pixelio.de
Physikalisch betrachtet ist es tatsächlich so, dass sich Schallwellen schneller in einem dichten Medium ausbreiten. Die Schallausbreitung in der Luft erfolgt mit 343 Metern pro Sekunde (m/s) – bei einer Temperatur von 20°C. In Wasser breitet sich der Schall dagegen mit rund 1.450 m/s aus (bei 15°C) und damit sogar schneller als in einem porösen Feststoff wie Kork (500 m/s). Durch Stahl wiederum jagt der Schall in einer Geschwindigkeit von fast 6.000 m/s. Umgerechnet entspricht dies über 21.000 km/h! Ähnlich hohe Werte werden bei Beton oder Stein erreicht.
Warum aber wird der Luftschall dann durch eine schwere Wand besser gedämmt als durch eine leichtere Konstruktion? Die stärkere Reflexion an einer dichten, glatten Oberfläche spielt hier sicher auch eine Rolle, aber nicht die entscheidende. Viel wichtiger ist, dass ein schweres Wandbauteil auch schwerer in Biegeschwingungen zu versetzen ist. Die Wand muss aber schwingen, um Schall weiterzuleiten. Schwere Wände sind einfach steifer als leichte Wände, und deshalb bedarf es einer höheren Schallenergie, damit sie schwingen. Schallwellen mit höheren Frequenzen regen auch schwere Wände an, sodass sie teilweise in Eigenschwingungen geraten. Allerdings handelt es sich dabei dann oft um Frequenzhöhen, bei denen das Gehör des Menschen bereits beginnt, weniger empfindlich zu sein. Denn praktischerweise hat die Natur unser Ohr so ausgestattet, dass es tiefe und hohe Frequenzen außerhalb des Sprachbereiches nicht mehr so gut wahrnimmt.
