Wellenlänge: ein Merkmal von Schallwellen im Raum

Was sind Wellen?

Bestimmt hat jeder schon einmal die Wellen beobachtet, die entstehen, nachdem man einen Stein ins Wasser geworfen hat. Die Wellen breiten sich typischerweise in konzentrischen Kreisen rund um den Punkt aus, an dem der Stein im Wasser gelandet ist. Ausserdem sind Wellen natürliche Wasserbewegungen von Meeresströmungen, die sich sehr gut mit freiem Auge erkennen lassen.

Wellen sind dabei nichts anderes als Bewegungen, die durch einen mechanischen Reiz ausgelöst werden. Während bei ersterem Beispiel der Stein die Wasseroberfläche in Schwingung versetzt, werden die Wassermassen im Meer vom Wind angetrieben.

Wellen im Raum

Nicht nur in der Natur treten Wellen in Erscheinung. Auch in Innenräumen können Wellen – sogenannte Schallwellen – entstehen. Zwar sind sie unsichtbar, aber ausschlaggebend für die Geräuschwahrnehmung. Wenn die Luft in Schwingung versetzt wird (z. B. durch die klingenden Saiten eines Musikinstruments), breiten sich die einzelnen Töne und Klänge in Form von Schallwellen im gesamten Raum aus.

Geräusche wirken also als Schallwellen auf das menschliche Gehör ein. Abhängig von den Oberflächenbeschaffenheiten im Raum wird der Schall absorbiert, reflektiert oder gestreut. Je nachdem, wie stark die Wellen reflektiert werden, entsteht ein entsprechender Nachhall. Das Verhalten der Schallwellen im Raum bestimmt somit massgeblich die Raumakustik und zeichnet sich durch die nachfolgenden Eigenschaften aus.

Amplitude

Bei der Schallausbreitung im Raum werden die fortschreitenden Wellen regelmässig ausgelenkt. Dabei entstehen entweder Stellen mit maximaler negativer Ausrichtung (Wellentäler) oder maximaler positiver Ausrichtung (Wellenberge).

Diese maximale Ausdehnung der Wellen – d. h. die Höhe eines Wellenbergs oder die Tiefe eines Wellentals – wird als Amplitude bezeichnet. Die Amplitude bestimmt die Lautstärke eines Geräuschs: Je grösser sie ist, desto lauter ist auch der Ton.

Frequenz

Schallwellen zeichnen sich durch wiederholte Schwingungen aus, mit denen sie sich in der Luft bewegen. Die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde wird als Frequenz f bezeichnet und mit der Einheit Hertz (Hz) angegeben.

Die Frequenz des Schalls wird mit der jeweiligen Tonhöhe wahrgenommen. Je höher die Frequenz dabei ist, desto höher ist auch der erzeugte Ton. Menschen hören in der Regel Frequenzen in einem Bereich zwischen 15 Hz und 20 Hz. Die Obergrenze dieser Werte nimmt mit zunehmendem Alter ab. Ältere Menschen können daher höhere Töne wesentlich schlechter oder teilweise sogar überhaupt nicht mehr wahrnehmen.

Wellenlänge

Ein Begriff, der immer wieder in der physikalischen Beschreibung von Wellen vorkommt, ist die Wellenlänge λ (griech. Lambda) in Metern (m). Sie gibt den Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wellenbergen oder -tälern an. Sie beschreibt also den räumlichen Abstand zwischen zwei Punkten im gleichen Schwingungszustand.

Dabei gilt: Die beiden Kenngrössen Wellenlänge und Frequenz bedingen sich gegenseitig. Hohe Frequenzen, d. h. viele Schwingungen pro Sekunde, haben kürzere Wellenlängen (z. B. Ultraschall). Tiefe Frequenzen, d. h. wenige Schwingungen pro Sekunde, haben längere (z. B. Infraschall).

In der Physik spricht man nicht nur in Zusammenhang mit Schallwellen von der Wellenlänge. Auch sichtbares Licht kann mit dieser Kenngrösse beschrieben werden, wie der nachfolgende Teil dieses Ratgebers verdeutlicht.

De-Broglie-Wellenlänge

Sichtbares Licht ist eine elektromagnetische Welle und besteht aus kleinen Teilchen – den sogenannten Photonen. Der französische Physiker Louis Victor de Broglie entdeckte, dass alle Teilchen durch Materiewellen beschrieben werden können. Die Länge dieser Materiewellen wird seitdem als De-Broglie-Wellenlänge bezeichnet.

Wellenlänge von Licht

Menschliches Leben wird nicht nur durch natürliches Sonnenlicht bestimmt, sondern auch durch künstliche Lichtquellen (z. B. Glüh- und Leuchtstofflampen) geprägt. In der Physik wird Licht als Bereich der elektromagnetischen Strahlung bezeichnet, der mit dem menschlichen Auge wahrnehmbar ist.

Das sichtbare elektromagnetische Spektrum umfasst Wellenlängen in einem Bereich von 380 bis 750 Nanometern (nm). Die jeweiligen Längen können also vom menschlichen Auge wahrgenommen und als folgende Farbtöne erkannt werden.

Farbton	Wellenlänge
Violett	380 nm – 420 nm
Blau	420 nm – 490 nm
Grün	490 nm – 575 nm
Gelb	575 nm – 585 nm
Orange	585 nm – 650 nm
Rot	650 nm – 750 nm

Periodendauer

Die Periodendauer (T) hängt unmittelbar mit der Frequenz und der Wellenlänge zusammen. Sie bezeichnet den Zeitintervall, bis sich ein Bewegungszustand (eine Welle bzw. Schwingung) wiederholt. Sie wird in Sekunden, Millisekunden oder Mikrosekunden angegeben und entspricht dem Kehrwert der Frequenz.

Schallgeschwindigkeit

Schallwellen bewegen sich unterschiedlich schnell. Die Geschwindigkeit, mit der sich Schall in einem bestimmten Medium ausbreitet, wird in der Physik als Schallgeschwindigkeit bezeichnet. Das Tempo, mit dem sich die Schallwellen fortpflanzen, ist grundsätzlich von verschiedenen Faktoren abhängig:

• Die Temperatur,
• der Druck und
• die Dichte

des Mediums beeinflussen die Ausbreitungsgeschwindigkeit. Dieses Tempo wird mit c abgekürzt und in Metern pro Sekunde (m/s) angegeben.

Wellenlänge berechnen

Grundsätzlich gilt: Die drei Kenngrössen Wellenlänge λ, Frequenz f und Schallgeschwindigkeit c stehen in einem physikalischen Zusammenhang. Um zu berechnen, welche Länge die einzelnen Schallwellen aufweisen, wird folgende Formel verwendet:

λ = c * T Wellenlänge (in Metern) = Schallgeschwindigkeit (in Metern pro Sekunde) * Periodendauer (T)

 

Da man jeder Wellenlänge eine bestimmte Frequenz zuordnen kann, kann sie auch direkt aus der Frequenz berechnet werden. Als Alternative zur vorhergehenden Formel kann deshalb genauso die folgende angewendet werden:

λ = c / f Wellenlänge (in Metern) = Schallgeschwindigkeit (in Metern pro Sekunde) / Frequenz (in Hertz)

 Wellenlänge beeinflussen mit Raumakustik

In geschlossenen Räumen treffen Schallwellen auf verschiedene Oberflächen. Je nach Oberflächeneigenschaften wird Schall entweder absorbiert oder reflektiert. Je mehr die Schallwellen reflektiert werden, desto grösser ist auch der vorherrschende Nachhall. In manchen Räumen ergibt sich dadurch ein regelrechtes Akustikproblem.

Alle Flächen, die den Schall reflektieren, sind sogenannte schallharte Oberflächen (z. B. Glasflächen). Solche Oberflächenbeschaffenheiten sollten vermieden werden, um den Nachhall möglichst klein zu halten und die Sprachverständlichkeit und Lautstärke zu optimieren. Für die folgenden Räume gibt es bestimmte Massnahmen, die die Raumakustik deutlich verbessern.

 

• Büros: Ob kleine Besprechungsräume oder Grossraumbüros: Am Arbeitsplatz herrscht eine ständige Geräuschkulisse. Das Klappern der Computertastatur, Gespräche oder das Betätigen des Druckers sorgen für permanente Geräusche, die die Konzentrations- und Leistungsfähigkeit hemmen können. Für optimale Bedingungen sorgen u. a. schalldämmende Deckensegel. Diese lassen sich direkt im Neubau einplanen oder erst im Nachhinein anbringen.
  
  
• Restaurants: Nachhall und hohe Umgebungslautstärke beeinträchtigen den Wohlfühlfaktor beim gemeinsamen Essen in einem Restaurant. Hier lohnen sich z. B. Akustikplatten, die sich völlig unkompliziert an der Wand montieren lassen. Somit kann man ungestört essen und sich unterhalten.
  
  
• Eigenes Zuhause: Helle und grosse Wohnräume liegen hoch im Kurs, aber viel zu oft wird die Raumakustik dabei nicht berücksichtigt. Nachhall ist in solchen Räumen meistens vorprogrammiert. Um die Raumakustik nachweislich zu verbessern, empfehlen sich Akustikbilder. Sie sind nicht nur hübsch anzusehen, sondern sorgen für angenehme Ruhe im eigenen Zuhause.

 

Schall ist jedes Geräusch, das für das menschliche Ohr wahrnehmbar ist. Schall breitet sich in Form von Wellen mit unterschiedlicher Wellenlänge aus. Je mehr schallharte Oberflächen in einem Raum zu finden sind, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass der Schall einen störenden Widerhall erzeugt. Mit raumakustischen Massnahmen lässt sich der Nachhall jedoch auf ein Minimum reduzieren.

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