Schallschnelle

Was ist die Schallschnelle?

Die Schallschnelle v beschreibt, wie schnell die Luftteilchen an einem bestimmten Ort um ihre Ruhelage hin- und herschwingen. Sie ist neben dem Schalldruck die zweite Größe, mit der sich ein Schallfeld beschreiben lässt — und für die Absorberplanung oft die aufschlussreichere.

Wenn Schall durch einen Raum läuft, wandert keine Luft mit. Die Luftteilchen zittern nur an ihrem Platz hin und her und geben den Stoß weiter, so wie bei einer Welle im Wasser das Wasser nicht mit ans Ufer reist. Wie kräftig dieses Zittern an einer Stelle ausfällt, ist die Schallschnelle. Direkt an einer harten Wand kann sich nichts bewegen, ein Stück davor am meisten — und genau deshalb wirkt ein weiches Akustikpaneel besser, wenn es mit Abstand montiert wird, statt flach auf der Wand zu kleben.

Ausführliche Erklärung

Der Name führt in die Irre, denn mit der Schallgeschwindigkeit hat die Schallschnelle nur den Wortstamm gemeinsam. Die Schallgeschwindigkeit sagt, wie schnell sich das Ereignis durch den Raum fortpflanzt: rund 343 m/s. Die Schallschnelle sagt, wie schnell sich ein einzelnes Luftteilchen dabei bewegt, und das sind selbst bei kräftigen Pegeln nur Millimeter pro Sekunde. Durch den Raum wandert also das Ereignis, während die Luft im Wesentlichen an ihrem Platz bleibt.

Schalldruck und Schallschnelle hängen über die Schallkennimpedanz zusammen, das Produkt aus Luftdichte und Schallgeschwindigkeit. In einer frei laufenden Welle sind beide Größen im Gleichtakt, und es genügt, eine von beiden zu betrachten — deshalb misst ein gewöhnliches Mikrofon nur den Druck.

Interessant wird die Unterscheidung erst dort, wo die Welle auf eine Grenzfläche trifft. An einer schallharten Wand kann die Luft nicht ausweichen: Die Schallschnelle geht dort gegen null, der Druck erreicht sein Maximum. Ein Viertel Wellenlänge davor kehrt sich das Bild um — dort liegt das Schnellemaximum bei minimalem Druck. Diese Aufteilung ist der Grund, warum es zwei ganz verschiedene Absorberfamilien gibt: Poröses Material arbeitet über Reibung und braucht deshalb Luftbewegung, während Plattenschwinger und Helmholtz-Resonatoren am Druck ansetzen und ausgerechnet dort funktionieren, wo sich kaum etwas bewegt. Was daraus für die Bautiefe und die Montage folgt, steht bei Absorption und Bassabsorber.

Ein Viertel Wellenlänge ist im Bass allerdings viel — für das Schnellemaximum tiefer Töne wäre mehr Wandabstand nötig, als ein Wohnraum hergibt; die konkreten Maße stehen bei der Wellenlänge und bei Absorption. An dieser Stelle scheitert der Versuch, Bassprobleme mit dünnem porösem Material zu lösen. Wirksame Bassabsorber setzen deshalb entweder als abgestimmte Resonatoren direkt am Druck an, oder sie bringen als großvolumige Kantenabsorber genug Bautiefe mit, um von der Raumkante — dort haben die Moden aller Achsen ihr Druckmaximum — bis in Zonen mit spürbarer Luftbewegung zu reichen.

Die Schnelleverteilung vor der Wand ist auch der Grund, warum poröse Absorber nicht beliebig tiefer werden dürfen: Erreicht die Gesamttiefe eine halbe Wellenlänge, liegt wieder ein Druckmaximum am Absorber vorne, und die Wirkung bricht ein — sichtbar an der Delany-Bazley-Näherung als Einbruch im Kurvenverlauf und in der Rechnung für Schlitzplatten- und mikroperforierte Absorber am cot-Glied des Maa-Modells. Beide Rechnungen zeigen damit dasselbe Schnellemuster, nur an unterschiedlichen Absorberarten. Für die Bautiefe folgt daraus: Nicht jede zusätzliche Dicke bringt mehr Absorption, ab der halben Wellenlänge kann sie sie sogar mindern.

Messen lässt sich die Schallschnelle mit Sonden aus zwei dicht benachbarten Mikrofonen oder mit Sensoren, die auf die Luftbewegung direkt ansprechen. Für die Heimkino-Planung ist das kein Alltagswerkzeug — der Begriff dient dort dem Verständnis, nicht der Messung.

Häufiges Missverständnis

Weil Lautsprecher „Luft bewegen", hält sich die Vorstellung, Schall sei so etwas wie ein Windstoß, und ein kräftiger Bass schiebe Luft durch den Raum. Das stimmt nur ganz nah an der Membran, wo tatsächlich Luft verdrängt wird. Ein paar Zentimeter weiter ist davon nichts übrig: Was sich ausbreitet, ist die Druckschwankung, nicht die Luft. Ein Bassreflexrohr, an dem Du bei hohen Pegeln einen Luftzug spürst, ist die Ausnahme, die die Regel bestätigt — dort strömt es hörbar, und genau das ist ein Konstruktionsproblem und kein Klanggewinn.

Nicht zu verwechseln mit

Schallgeschwindigkeit: Die Ausbreitung der Welle, rund 343 m/s in Luft. Die Schallschnelle liegt um Größenordnungen darunter.
Schalldruck: Die zweite Feldgröße, gemessen in Pascal. An Grenzflächen verhalten sich beide gegenläufig.
Luftströmung: Ein tatsächlicher Transport von Luft, etwa aus einer Lüftung. Schall transportiert Energie, keine Luft.
Membrangeschwindigkeit: Eine Eigenschaft des Chassis, nicht des Schallfelds im Raum.

In der Planung

Du hast Akustikpaneele gekauft und flach auf die Wand geklebt. Die Messung zeigt danach saubere Höhen, aber im unteren Mittelton hat sich kaum etwas getan. Der Grund ist die Schnelleverteilung: Am Montageort — direkt an der Wand — bewegt sich in diesem Frequenzbereich zu wenig Luft, als dass die Reibung im Material greifen könnte.

Leg deshalb zuerst fest, welcher Frequenzbereich überhaupt bedämpft werden soll. Zwei Bauarten kommen in Frage: poröses Material mit passendem Wandabstand, oder ein abgestimmter Resonanzabsorber, der am Druckmaximum arbeitet. Produkte und ihre Maße folgen danach.

Verknüpfte Inhalte

Die Abgrenzung zur Ausbreitungsgeschwindigkeit steht bei der Schallgeschwindigkeit, das Rechnen mit Wellenlängen bei der zugehörigen Formel. Was aus der Schnelleverteilung für Material und Montage folgt, behandeln Absorption, Bassabsorber und der Absorptionsgrad. Wie sich der Einbruch bei halber Wellenlänge konkret rechnen lässt, zeigen die Formelseiten zur Delany-Bazley-Näherung und zu Schlitzplatten- und mikroperforierten Absorbern.

Quellen

Definition und Zusammenhang mit dem Schalldruck folgen ISO 80000-8 und DIN 1320 sowie Cox und D'Antonio.