Vom Schalle.
Schall ist die Wirkung der Erschütterung der Theilchen eines Körpers, welche sich durch die Luft unserem Hörorgan mittheilt. Die Bewegung, auf welcher der Schall beruht, ist eine eigenthümlich zitternde oder schwingende. Man kann diese Schwingungen bisweilen sehen und fühlen. Man sieht sie in dem Schwirren einer tönenden Saite oder in dem Hüpfen des Sandes auf dem Resonanzboden eines Klaviers, während dies gespielt wird. Man fühlt sie, wenn man an eine etwas große Glocke schlägt und dann leise die Fingerspitze an ihren Rand legt; man fühlt dann deutlich, daß der entstandene Schall von einem inneren Erzittern der äußerlich ganz in Ruhe bleibenden Glocke begleitet ist. Daß aber auch in der Luft solche Schwingungen stattfinden, davon überzeugt uns das Zerspringen der Fensterscheiben durch den Knall einer in der Nähe losgeschossenen Kanone, sowie das Erzittern der Fenster und der Thüren während eines heftigen Donnerschlages. Je nachdem der Schall auf einer einmaligen, plötzlichen, oder auf einer sich wiederholenden und andauernden Erschütterung beruht, und je nachdem die Schallschwingungen regelmäßig oder unregelmäßig, gleichartig oder ungleichartig auf einander folgen, unterscheiden wir zwischen einem Knall, einem Geräusch, einem Ton oder Klang. Eine einmalige, sehr heftige Erschütterung der Luft, der keine andere nachfolgt, ist ein Knall. Viele, aber ungleichartig und unregelmäßig auf einander folgende Schallschwingungen erzeugen ein Geräusch oder einen Lärm, und zwar je nach der Empfindung unseres Ohres ein Rauschen, Brausen, Rollen, Klirren, Knarren, Rasseln etc. Gleichartige Schwingungen, die mit einer gewissen Regelmäßigkeit und mit einer bestimmten Geschwindigkeit einander folgen, empfinden wir als Ton oder Klang.
Schall ist die Wirkung der Erschütterung der Theilchen eines Körpers, welche sich durch die Luft unserem Hörorgan mittheilt. Die Bewegung, auf welcher der Schall beruht, ist eine eigenthümlich zitternde oder schwingende. Man kann diese Schwingungen bisweilen sehen und fühlen. Man sieht sie in dem Schwirren einer tönenden Saite oder in dem Hüpfen des Sandes auf dem Resonanzboden eines Klaviers, während dies gespielt wird. Man fühlt sie, wenn man an eine etwas große Glocke schlägt und dann leise die Fingerspitze an ihren Rand legt; man fühlt dann deutlich, daß der entstandene Schall von einem inneren Erzittern der äußerlich ganz in Ruhe bleibenden Glocke begleitet ist. Daß aber auch in der Luft solche Schwingungen stattfinden, davon überzeugt uns das Zerspringen der Fensterscheiben durch den Knall einer in der Nähe losgeschossenen Kanone, sowie das Erzittern der Fenster und der Thüren während eines heftigen Donnerschlages. Je nachdem der Schall auf einer einmaligen, plötzlichen, oder auf einer sich wiederholenden und andauernden Erschütterung beruht, und je nachdem die Schallschwingungen regelmäßig oder unregelmäßig, gleichartig oder ungleichartig auf einander folgen, unterscheiden wir zwischen einem Knall, einem Geräusch, einem Ton oder Klang. Eine einmalige, sehr heftige Erschütterung der Luft, der keine andere nachfolgt, ist ein Knall. Viele, aber ungleichartig und unregelmäßig auf einander folgende Schallschwingungen erzeugen ein Geräusch oder einen Lärm, und zwar je nach der Empfindung unseres Ohres ein Rauschen, Brausen, Rollen, Klirren, Knarren, Rasseln etc. Gleichartige Schwingungen, die mit einer gewissen Regelmäßigkeit und mit einer bestimmten Geschwindigkeit einander folgen, empfinden wir als Ton oder Klang.
227. Warumvernehmen wir einen Schall, wenn wir mit einem Stocke gegen einen Stein schlagen?
Weildurch das Anschlagen des Stockes gegen den Stein zunächst die Theile desselben, welche der Schlag trifft, heftig erschüttertwerden, und diese Erschütterung den nächsten Theilchen mitgetheilt wird und so fort. Da nun der Körper von Luft umgeben ist, so werden auch die dem erschütterten Körper zunächst liegenden Lufttheilchen gleichfalls erschüttert, und diese Erschütterung pflanzt sich immer weiter fort, bis sie diejenigen Lufttheilchen erreicht, die unsern Gehörwerkzeugen zunächst sind, und in diesen daher die Empfindung des Schalles erregt.
Fig. 45.
Fig. 45.
228. Warumvernehmen wir einen Knall, wenn wir mit einer Peitsche heftig durch die Luft fahren?
Weildurch die heftige Bewegung der Peitsche eine Menge Luft plötzlich aus ihrer Lage gedrängt wird, und in Folge dessen abwechselnd verdichtete und verdünnte Luftschichten entstehen, ähnlich wie in einer größeren Wassermasse, in welcher wir eine kleine Menge Wasser plötzlich aus ihrer Lage drängen, indem wir z. B. einen Stein hineinwerfen, abwechselnde Wasserberge und Wasserthäler entstehen. Der Stein drängt nämlich das Wasser nach allen Seiten, und da das Wasser nicht zusammendrückbar ist, so muß rings um den Stein sich eine Erhöhung bilden. Diese fließt nach außen und nach innen ab, und die abfließende Wassermenge veranlaßt auf der zunächstliegenden Fläche die Entstehung einer neuen ringförmigen Erhöhung und scheint so nach außen, sich immer mehr erweiternd, fortzuschreiten. Ein ähnlicher Vorgang muß auch in der Luft eintreten, wenn der Schlag der Peitsche die plötzliche Verschiebung einer Luftmenge bewirkt, nur mit dem Unterschiede, daß die Luft zusammendrückbar ist und daher, statt der Wellenberge und Wellenthäler, sich ringsum kugelförmig verbreitende verdichtete und verdünnte Luftschichten entstehen müssen.
229. Warumhört man den Wecker eines Uhrwerks unter der Glocke einer Luftpumpe nicht mehr, wenn die Luft ausgepumpt ist?
Weildie Schwingungen der Weckerglocke durch die Luft fortgepflanzt und unserem Ohre mitgetheilt werden müssen, wenn wir sie als Schall empfinden sollen. Wenn aber die Luft fehlt, so können die Schwingungen sich auch nicht von dem schallenden Körper weiter verbreiten.
230. Warumhören wir einen Schall in der Nähe stärker als in der Ferne?
Weildie Schallwellen sich wie Hohlkugeln um den schallenden Körper ausbreiten, jede Bewegung aber an Stärke in demselben Verhältniß abnehmen muß, in welchem die Fläche wächst, über welche sie sich ausbreitet. Eine Schallwelle breitet sich in der doppelten Entfernung auf eine 4mal so große Fläche aus, und die Erschütterung, die sie bewirkt, kann nur noch ¼ so stark sein, als in der einfachen Entfernung. Von der Stärke der Erschütterung hängt aber die Wirkung des Schalles auf unser Gehörorgan ab; wir hören darum den Schall in der doppelten Entfernung auch nur ¼mal so stark.
231. Warumgeben einige Körper beim Anschlagen einen stärkeren Schall als andere?
Weildie Körper verschiedene Elasticität und Dichtigkeit besitzen, sehr elastische Körper aber eine heftigere Erschütterung der Theilchen und weitere Schwingungen zulassen, als weniger elastische, und in dichteren Körpern mehr Masse in Schwingungen versetzt wird, als in weniger dichten. Von der Erschütterung der Theilchen eines Körpers hängt aber die Erschütterung der Luft und von dieser die Wirkung auf unser Gehörorgan ab. Sehr weiche Körper, namentlich Flüssigkeiten, sind darum nicht geeignet, einen Schall zu erzeugen.
232. Warumsieht man aus einiger Entfernung die Axt des Holzhauers früher niederfallen, als man den Schlag hört?
Weil, wie jede Bewegung eine gewisse Zeit erfordert, so auch eine gewisse Zeit vergehen muß, ehe der Schall von seinem Entstehungsorte durch die Luft sich bis zu unserm Ohre fortpflanzt. In der Luft beträgt die Geschwindigkeit, mit welcher sich der Schall fortpflanzt, ungefähr 1060 Fuß oder 333 Meter in der Secunde. Aus der Zeit, welche zwischen dem Lichtblitz beim Abschießen einer Kanone und dem Eintreffen des Schalles, oder zwischen Blitz und Donner bei einem Gewitter verstreicht, kann man auf die Entfernung der Kanone oder des Gewitters schließen.
233. Warumhört man das Läuten der Glocken oder andere Arten des Schalles in gleicher Entfernung, bald stärker, bald schwächer?
Weildie Luft bald mehr, bald weniger geeignet ist, die Erschütterungen fortzupflanzen, da sie bald eine größere, bald einegeringere Dichtigkeit und Elasticität besitzt. Je dichter die Luft ist, desto besser leitet sie den Schall. In der dünnen Luft hoher Alpengipfel hört man darum den Knall einer Pistole kaum stärker als einen kräftigen Handschlag. Im Winter, wo die Luft kälter und darum auch dichter ist, hört man den Schall stärker und in weiterer Entfernung als im Sommer. Im Sommer wirkt zugleich der Pflanzenwuchs der Verbreitung der Schallwellen hemmend entgegen. In der Nacht wird ein Schall deutlicher vernommen als am Tage, nicht bloß, weil am Tage noch ein mannigfach verworrenes Geräusch die Empfindlichkeit des Ohres abstumpft, sondern auch weil am Tage das Aufsteigen der wärmeren Luft der Verbreitung der Schallwellen hinderlich wird. Ein der Richtung der sich fortpflanzenden Schallwellen entgegen wehender Wind hält sie ebenfalls auf, während ein in derselben Richtung wehender Wind die Geschwindigkeit der Schallfortpflanzung vergrößert. Regentropfen und Schneeflocken unterbrechen und stören vielfach die Schallwellen, und man vernimmt darum bei Regen und Schneefall das Läuten einer Glocke nicht, das man bei heiterem Wetter sehr deutlich hört.
234. Warumhört man entfernten Kanonendonner besser, wenn man das Ohr auf die Erde legt?
Weilder Erdboden den Schall mit größerer Geschwindigkeit fortpflanzt, als die Luft. Ueberhaupt leiten die meisten festen Körper und selbst Flüssigkeiten den Schall mit größerer Geschwindigkeit fort, als die Luft. So ist die Geschwindigkeit des Schalles in Eisen 162/3, in Tannenholz 18, in Wasser 4½mal so groß als in der Luft. Wenn man eine Taschenuhr auf das Ende eines sehr langen Balkens legt, so kann man das Ticken derselben noch hören, wenn man das Ohr an das andere Ende des Balkens anlegt. Dagegen wird die Fortpflanzung des Schalles durch ungleichartige und vielfach unterbrochene Körper stark gestört. Namentlich lockere Körper, wie Tuch, Pelz, Wolle, Baumwolle, Federn, Sägespähne, sind zur Fortleitung des Schalles wenig geeignet und schwächen ihn beträchtlich, weil in ihnen der Schall beständig aus einer festeren Schicht in eine eingeschlossene Luftschicht und umgekehrt übergehen muß und dabei jedesmal gestört wird. Mit Champagner oder Selterwasser gefüllte Gläser klingen daher nicht. Durch wollene Decken oder Strohmatten, die man vor Fenster und Thüren hängt, kann man das Geräusch der Straße von einem Zimmer fern halten.
235. Warumhallen einzelne Silben oder auch wohl ganze Wörter zuweilen mehrfach wieder, wenn sie einer Felswand oder der Mauer eines Gebäudes gegenüber in einer gewissen Entfernung laut ausgesprochen werden?
Weildie durch das Aussprechen der Silben oder Wörter verursachten Erschütterungen oder Schallwellen der Luft, wenn sie in ihrem Fortschreiten gegen die Felswand oder Mauer treffen, von dieser zurückgeworfen werden und daher den Schall nach derselben Gegend wieder hinsenden, woher er kam, gerade wie ein elastischer Ball von einer Wand zurückprallt. Da unser Ohr in einer Secunde höchstens 9–10 Silben zu unterscheiden vermag, in1/10Secunde der Schall aber 331/3Meter durchläuft, hin und zurück also nur 162/3Meter durchlaufen kann, so muß eine Wand mindestens 162/3Meter von uns entfernt sein, wenn wir den Nachhall einer ausgesprochenen Silbe oder ihr Echo noch deutlich unterscheiden sollen. In einem kleineren Raume, etwa zwischen den Wänden eines Zimmers, verschmilzt der Nachhall mit dem Schall und verstärkt diesen nur. Soll der Nachhall von 2, 3 und mehr Silben deutlich vernommen werden, so muß die den Schall zurückwerfende Wand 2, 3 oder mehrmal 162/3Meter von uns entfernt sein. Soll eine Silbe oder ein Schall überhaupt mehrfach wiederhallen, also ein mehrmaliges Echo stattfinden, so muß die Zurückwerfung durch mehrere Wände geschehen, die entweder gleichlaufend sich gegenüberstehen oder an einander anstoßen. Dies ist z. B. an dem Lurleyfelsen bei Oberwesel am Rhein, bei den Adersbacher Felsen in Böhmen und auf dem Königsplatz in Kassel der Fall. Eines der berühmtesten Echos ist das beim Schlosse Simonetta bei Mailand, das den Schall eines Pistolenschusses 40–50mal wiederholt. Bei Musiksälen, Theatern etc. ist es eine der schwierigsten Aufgaben der Baukunst, den störenden Nachhall zu beseitigen; das geeignetste Mittel dazu scheint die möglichst reiche Gliederung der Wände zu sein.
Fig. 46.
Fig. 46.
236. Warumkann man sich noch auf sehr weite Entfernungen vernehmlich machen, wenn man in ein Sprachrohr hineinspricht oder ruft?
Weilwegen der kegelförmigen Gestalt des Sprachrohrs die gegen die inneren Wände desselben treffenden Schallwellen, nachdem sie mehrmals zurückgeworfen worden sind, endlich fast alle eine und dieselbe Richtung erhalten und, indem sie fast gleichlaufend austreten, auf dem langen Wege durch die freie Luft zusammengehaltenwerden. Ein Höhrrohr ist ein umgekehrtes kleines Sprachrohr, dessen Trichter eine große Menge von Schallwellen aufnimmt, die in dem engeren Schallrohr zusammengedrängt werden und so verdichtet in das Ohr gelangen, auf welches sie darum einen stärkeren Eindruck machen. Da der Schall überhaupt nur wenig von seiner Stärke einbüßt, wenn er sich in einer begrenzten Luftmasse ausbreitet, so können auch sogenannte Schall- oder Communicationsröhren, d. h. beliebig lange, 4–5 Centimeter weite Blech- oder Kautschukröhren, in die man hineinspricht, dazu dienen, sich auf größere Entfernungen verständlich zu machen. Man findet darum solche Röhren in Fabriken oft durch mehrere Stockwerke hindurch. Aus demselben Grunde pflanzen auch Kamine, Gasleitungen, Heizungsröhren den Schall in auffallender Weise fort, und in Gefängnissen sind sie oft zu Verständigungen unter den Gefangenen benutzt worden.
237. Warumwird der Ton einer Stimmgabel auffallend stärker, wenn man sie auf irgend einen festen Körper, z. B. auf eine Tischplatte aufsetzt?
Weilein fester Körper, wie die Tischplatte, besonders wenn er in unmittelbarer Berührung mit dem schallenden Körper steht, selbst in ähnliche Schwingungen geräth und diese dann auch der Luft mittheilt, dadurch also den Ton des schallenden Körpers verstärkt. Auf diesem Mitschwingen oder Mittönen beruht auch der Resonanzboden des Klaviers, der Violine u. s. w.
a)Ohrmuschel.b)Gehörgang.c)Trommelfell.d)}Gehörknöchelchen.e)f)g)Vorhof.h)Bogengänge.i)Schnecke.Fig. 47.
a)Ohrmuschel.b)Gehörgang.c)Trommelfell.d)}Gehörknöchelchen.e)f)g)Vorhof.h)Bogengänge.i)Schnecke.Fig. 47.
Fig. 47.
238. Warumkönnen taubgeborne oder an gewissen Krankheiten des Ohres leidende Personen nicht hören?
Weildie durch das Sprechen erschütterte Luft zwar ebenfalls diese Erschütterungen bis zu ihrem Ohre fortpflanzt, sie hier aber wegen des krankhaften Zustandes des Ohres dem Gehörnerv nicht mehr mitgetheilt werden können. Dies ist besonders der Fall, wenn der Gehörnerv selbst unempfindlich ist, oder wenn das sogenannteLabyrinth fehlt, durch dessen Flüssigkeit die Schallschwingungen dem Gehörnerv mitgetheilt werden. Unser Ohr ist ein sehr künstlich gebauter Apparat zur Aufnahme von Schallschwingungen. Das äußere Ohr sammelt und leitet mittelst der durch vielfache Windungen eine große Oberfläche darbietenden Ohrmuschel (a) die Schallschwingungen in den Gehörgang (b), einen etwa 1 Zoll langen Kanal im Schläfenbein. Der Gehörgang ist hinten durch das Trommelfell (c) geschlossen, mit welchem das mittlere Ohr oder die Paukenhöhle beginnt, die durch die Eustachische Röhre mit der Rachenhöhle, also auch mit der äußeren Luft in Verbindung steht. In der Paukenhöhle liegen die Gehörknöchelchen, durch welche die Schallschwingungen, welche mittelst des Trommelfells denselben mitgetheilt werden, nach den Gesetzen der Resonanz eine größere Stärke erhalten. Durch den Verlust des Trommelfells und der Knöchelchen ist darum das Gehör nicht aufgehoben, sondern nur bedeutend geschwächt. Die Paukenhöhle ist von dem inneren Ohre, dem sogenannten Labyrinth, einer Höhlung im Felsenbein, durch eine knöcherne Scheidewand getrennt, in welcher zwei mit Haut überzogene Oeffnungen, das runde und das ovale Fensterchen, eine Verbindung mit der Paukenhöhle herstellen. Durch das ovale Fensterchen theilen sich die Schallschwingungen dem Wasser mit,welches das ganze Labyrinth erfüllt, und das sich schwingend vor- und zurückbewegen kann, weil das runde Fensterchen, mit welchem das Labyrinth endigt, auszuweichen vermag. Das Labyrinth selbst besteht wieder aus dem Vorhof (g), den drei Bogengängen (h) und der Schnecke (i), in denen sich die Zweige des Gehörnervs mannigfach verbreiten. In der Erkrankung dieses Theils liegt also die größte Gefahr für die Empfindlichkeit des Gehörs.
239. Warumgiebt eine dickere Violinsaite einen tieferen Ton als eine dünnere, und warum giebt dieselbe Saite einen höheren Ton, wenn sie stärker gespannt wird, oder wenn man sie verkürzt?
Weildie Höhe eines Tones von der Zahl der Schallwellen abhängt, welche in einer Secunde in unser Ohr gelangen und von demselben empfunden werden, der Ton einer Saite also um so höher ist, je schneller sie schwingt, oder je mehr Schwingungen sie in derselben Zeit macht, eine Saite aber um so mehr Schwingungen macht, je dünner, je kürzer oder je mehr angespannt sie ist. Eine Saite, welche die Octave giebt, macht doppelt so viele Schwingungen in der Secunde, als eine Saite, welche den Grundton giebt. Im Allgemeinen beginnt unsere Tonempfindung erst bei 30 bis 40 Schwingungen in der Secunde und hört bei 5000, höchstens 9000 Schwingungen auf; besonders geübte und feinfühlende Ohren hören nachHelmholtznoch Töne von 76000 Schwingungen in der Sekunde. In der Musik kommt es aber weniger auf die absolute Höhe der Töne als auf ihre Verhältnisse oder Intervalle an. Die einfachsten Intervalle bilden diejenigen Töne, welche 2, 3, 4, 5 … mal so viel Schwingungen machen, als ein anderer Ton, den man den Grundton nennt, also die harmonischen Obertöne des Grundtons. Die nächsteinfachen Verhältnisse sind die von 3 : 2 und von 5 : 4, und solche Töne, welche3/2oder5/4mal so viel Schwingungen machen, als der Grundton, nennt man die Quinte und die Terz des Grundtons. Auch die Töne, welche4/3und5/3mal so viel Schwingungen als der Grundton enthalten, die Quarte und die Sexte, klingen noch befriedigend mit dem Grundton zusammen. Solche Töne, welche zusammen einen angenehmen Eindruck auf das Gehör machen, nennt man consonirend, und ihren Zusammenklang selbst Consonanz. Töne, deren Schwingungszahlenverhältniß zum Grundton nicht mehr einfach ist, bilden Dissonanzen.
240. Warumgiebt eine längere Pfeife einen tieferen Ton als eine kürzere?
Weiles in jeder Pfeife die durch das Einströmen einesschmalen Luftstroms hervorgebrachte schwingende Bewegung der eingeschlossenen Luftsäule ist, welche den Ton erzeugt, und weil die Höhe dieses Tones von der Zahl der in einer Secunde gemachten Schwingungen abhängt, diese aber im umgekehrten Verhältniß zur Länge der Pfeife steht. Wenn, wie bei der Flöte, die Wände einer Pfeife mit Oeffnungen versehen sind, welche geöffnet und geschlossen werden können, so ist die erste nicht geschlossene Oeffnung als das Ende der Pfeife anzusehen und die Höhe des Tones dem Abstande der Oeffnung vom Mundloch entsprechend. Man begreift daher, wie sich durch Oeffnen und Schließen der Seitenlöcher der Ton erhöhen und erniedrigen läßt.
Fig. 48.
Fig. 48.
Fig. 48.
241. Warumkann man eine ausgeschnittene Gänsegurgel noch zum Tönen bringen, wenn man hineinbläst?
Weildas in der Gurgel liegende Stimmorgan der Gans, wie der meisten Thiere und auch des Menschen, eigentlich eine Pfeife ist, in welcher der Ton durch die Schwingungen zweier elastischer Bänder erzeugt wird, die zwischen sich nur eine schmale Spalte, die Stimmritze, für den durchgehenden Luftstrom freilassen. Das Stimmorgan hat die meiste Aehnlichkeit mit einer sogenannten Zungenpfeife, wie wir sie in der Kindertrompete kennen, bei welcher der eingeblasene Luftstrom ein elastisches Blättchen in Bewegung setzt, welches seine schwingende Bewegung dann der in der Pfeife eingeschlossenen Luftsäule mittheilt. Bei dem Stimmorgan des Menschen bildet die Lunge nur den Blasebalg, die Luftröhre das Windrohr, während der Kehlkopf das eigentliche Instrument ist, das in seinem obersten Theile die tönende Zunge enthält, und Rachen und Mund nur als Schallbecher dienen. Der Kehlkopf besteht aus dem obersten Ringe der Luftröhre oder dem Ringknorpel, dem Schildknorpel oder Adamsapfel und den zwei durch Muskeln beweglichen Gießkannenknorpeln. Die Schleimhaut der Luftröhre geht in dem Kehlkopf in ein sehr elastisches Gewebe über, das von der Vorderkante des Schildknorpels sich in zwei halbkreisförmigen Abtheilungen, die man Stimmbänder nennt, nach hinten zu den Gießkannenknorpeln zieht. Bei gewöhnlichem Athmen liegen diese beiden Häuteschlaff über einander und schließen den Zwischenraum, so daß das Athmen nur durch eine schmale Fortsetzung dieses Zwischenraums zwischen den zwei Gießkannenknorpeln, die Athemritze, geschieht. Bei der Tonbildung dagegen schließt sich die Athemritze, die Stimmbänder werden straff gespannt und ihre Ränder liegen fest aneinander, so daß nur ein feiner, grader Spalt, die Stimmritze, übrig bleibt. Indem der Luftstrom durch diese hindurchgeht, versetzt er die Stimmbänder in Schwingungen, welche sich auf die Luftsäule in der Rachen- und Mundhöhle übertragen. Die Höhe des Tons hängt also hauptsächlich von der Spannung und der Länge der Stimmbänder ab.