Schallreflexion und Schallübertragung: Was ist das?

Schallwellen gehen von einem Medium aus und treffen auf ein anderes, wie eine Luftschallwelle in einem Raum, die auf eine Ziegelwand trifft. Diese Welle erfährt bestimmte Konsequenzen: Ein Teil von ihr wird versuchen, das Medium – in unserem Fall die Wand – zu durchdringen, während der Rest daran reflektiert wird und zurückkehrt. Die Schallreflexion lässt sich als der Teil der Energie definieren, der innerhalb des Raumes verbleibt. Die Schallübertragung hingegen ist charakteristisch für jenen Teil der Energie, der im Gegensatz dazu in der Lage ist, die Wand zu durchdringen. In beiden Fällen wird die Schallwelle als Energie von Molekül zu Molekül übertragen. Das Medium ist somit jede Form von Materie, die aus Molekülen besteht. Dies kann zum Beispiel die Atemluft, Wasser, der Betonboden oder die Holzbretter in einem Raum sein. Schallwellen sind eben jene Energie, die zwischen den Molekülen übertragen wird, welche die von einer Schallquelle erzeugte Vibration aufnehmen und sofort an die benachbarten Moleküle weitergeben. Da Moleküle die gesamte Materie um uns herum bilden, wird deutlich, dass Schall durch jedes Element und nicht nur über die Luft übertragen wird.

Echo und Nachhall

Schallreflexion tritt auf zwei Arten auf: als Nachhall oder als Echo. Die Schallreflexion wird gemessen, indem das Zeitintervall zwischen dem Zeitpunkt, an dem die ursprüngliche Quelle die Schallaussendung unterbricht, und dem Zeitpunkt, an dem dieser nach seiner Reflexion erneut wahrgenommen wird, berechnet wird. Dieses Zeitintervall wird je nach Unterschieden als Echo oder Nachhall bezeichnet. Wenn die Zeitspanne größer als eine Zehntelsekunde ist, spricht man von einem Echo, andernfalls, wenn sie kürzer ist, von Nachhall. Unser Ohr kann Schallsignale, die weniger als eine Zehntelsekunde auseinanderliegen, nicht deutlich voneinander unterscheiden. Daher können wir im Falle eines Echos zwei verschiedene Schallsignale hören, während uns der Nachhall als ein einziger, langgezogener Ton erscheint. Dieses Konzept lässt sich an einem Beispiel verdeutlichen. Wenn wir uns im Hochgebirge befinden und unseren Namen rufen, müssen wir einen Moment warten, nachdem wir unsere Stimme verstummen ließen, bevor wir sie zurückkehren hören. Wir sind also in der Lage, zwei deutlich voneinander getrennte Töne wahrzunehmen. Wenn wir uns hingegen in einem kargen Raum befinden und sprechen, hören wir einen kontinuierlichen Ton, auch wenn unsere Stimme verzerrt und „langgezogen“ erscheint. Im ersten Fall haben wir das Echo erlebt, im zweiten den Nachhall.

Reflexionswinkel und Einfallswinkel

Schallwellen werden an den flachen Oberflächen eines Raumes so reflektiert, dass der Einfallswinkel, mit dem sie auf die Oberfläche treffen, dem Reflexionswinkel entspricht, mit dem sie von der Oberfläche zurückgeworfen werden. In einem quadratischen oder rechteckigen Raum mit drei Paaren paralleler Oberflächen entstehen stehende Wellen, die auf ihrem Weg durch den Raum immer dieselben Pfade wiederholen. Dies führt zu einer unausgewogenen Akustik und erzeugt innerhalb des Raumes „tote“ Punkte, an denen sich die Schallwellen nicht ausbreiten. Im Gegensatz dazu werden Schallwellen in einem Raum mit nicht-parallelen Oberflächen jedes Mal anders reflektiert, was den Raum akustisch ausgewogen macht. Zusammenfassend lässt sich sagen: Die Schallreflexion ist der ursprüngliche Teil der Schallwelle, der nach der Reflexion an den Wänden in einem Raum eingeschlossen bleibt. Wenn Schallreflexion und ursprüngliche Welle um weniger als eine Zehntelsekunde zeitlich getrennt sind, nimmt das menschliche Ohr beide als ein einziges, langgezogenes Signal wahr. Dieses Phänomen wird als Nachhall bezeichnet. Je länger also die Nachhallzeit ist, desto mehr Hintergrundgeräusche werden im Raum erzeugt und wahrgenommen. Wenn dies nicht behandelt wird, verursacht dieser Lärm Interferenzen mit anderen im Raum erzeugten Geräuschen. Die Schallreflexion variiert folglich und hängt eng von der Frequenz des von der Quelle erzeugten Schalls, der Art der Oberflächen im Raum und der Konfiguration der Wände ab.

Schallübertragung vs. Schallreflexion

In den vorangegangenen Abschnitten haben wir gesehen, dass eine reflektierte Welle erzeugt wird, wenn eine Schallwelle durch einen Raum wandert und mit den Wänden in Kontakt kommt, was wiederum einen Teil der ursprünglichen Welle in denselben Raum zurückführt. Der verbleibende Teil der ursprünglichen Welle versucht, die Wände zu durchdringen und schließlich den angrenzenden Raum zu erreichen. Der Weg, den dieser Teil der „verbleibenden“ akustischen Energie zurücklegt, wird als Schallübertragung bezeichnet. Der Übergang der Schallwelle von einem Raum in den anderen erfolgt aufgrund des zuvor erwähnten Molekülphänomens. Zwei benachbarte Räume haben nämlich eine gemeinsame Wand. Da jeder Kontaktpunkt zwischen zwei Räumen aus Molekülen besteht, ermöglicht er somit die Übertragung von Schallenergie von einem Raum zum anderen. Es muss jedoch berücksichtigt werden, dass die Elemente innerhalb einer gemeinsamen Wand die Schallwellen hin und her werfen, bevor sie diese endgültig auf die andere Seite übertragen. Alle Wandmontagesysteme haben daher einen entsprechenden Wert, der hilft, ihre Fähigkeit zur „Interferenz“ mit der Schallübertragung zu messen. Dieser Wert wird als Schallübertragungskoeffizient bezeichnet. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Schallwellen nicht wie ihre Entsprechungen im Meer sind, die an einer gemeinsamen Oberfläche brechen. Die Schallreflexion ermöglicht es uns zu verstehen, wie ein Teil der von einer Quelle ausgesandten Schallwelle in einem Raum verbleibt. Dank der Schallübertragung können wir hingegen nachvollziehen, wie ein Teil des Schalls aufgrund der Energieübertragung zwischen den Molekülen von einem Raum zum anderen gelangen kann. Da der Schall durch die Schwingungen dieser Zellen wandert, werden alle gemeinsamen Kontaktpunkte zwischen zwei Räumen zu Leitern für den Lärm.