Quelltext der Seite Schallschatten

Ein '''Schallschatten''' (engl. ''acoustic shadow'') oder eine '''Schallabschattung''' entsteht, wenn sich auf dem direkten [[Schall]]<nowiki />weg von der [[Schallquelle]] zum Hörer oder zum [[Mikrofon]] Hindernisse befinden, z.&nbsp;B. [[Säule]]n oder Menschen. Die entstehende Abschattung (Schattenraum) ist ein Gebiet verminderten [[Schalldruck]]s oder [[Schalldruckpegel]]s auf der schallquellen-abgewandten Seite des Hindernisses.

== Schattengrenze ==
Alle Schallanteile, deren [[Wellenlänge]] größer als die [[Abmessung|Ausdehnung]] der Hindernisse sind, werden um das Hindernis herum[[Beugung (Physik)|gebeugt]]. Der Schallschatten wird durch diese Schallbeugung „aufgehellt“, er ist daher – wie bei der Beugung von Licht – kein scharfer [[Schatten]], sondern eine breite Zone mit mehr oder weniger ausgeprägten Klangverfärbungen, d.&nbsp;h. „Verdumpfungen“ des Klangbilds. Die ''Schallgrenze'' oder ''Schattengrenze'' ist mehr oder weniger verwaschen.

=== Berechnung ===
Die Wirkung eines Hindernisses im [[Schallfeld]] ist umso stärker, je größer das Hindernis ist:
* ist der Durchmesser des Hindernisses nur doppelt so groß wie die Wellenlänge&nbsp;''λ'', dann wird der Schall immer noch fast vollständig um das Hindernis herum gebeugt.
* Erst wenn die Ausdehnung&nbsp;''d'' des Hindernisses größer als das Fünffache der Wellenlänge ist, entsteht für die [[Frequenz]]&nbsp;''f'' und höhere ein hörbar verdumpfender Schallschatten. Die ''Schattengrenze'' liegt also bei:

::<math>d = 5 \cdot \lambda = 5 \cdot \frac{c}{f}</math>

:mit der [[Schallgeschwindigkeit]]&nbsp;''c'' = 343&nbsp;m/s bei 20&nbsp;°C.

== Abschattung der Ohrmuscheln ==
Mit dem [[Kopf]] als Hindernis schatten sich die [[Ohrmuschel]]n gegenseitig ab. Aufgrund des geringen [[Ohrabstand]]es ''d'' = 21&nbsp;cm wird der Schallschatten erst von einer recht hohen Frequenz an wirksam:

:<math>\Leftrightarrow f = 5 \cdot \frac{c}{d}</math> = 5 · 343 m/s / 0,21 m = 8200&nbsp;Hz

Daraus ergeben sich [[Spektraldifferenz|Verschiebungen des Frequenzgangs]], die es dem Ohr ermöglichen, nicht nur – über die [[Laufzeitdifferenz|Laufzeit]] und den [[Pegeldifferenz|Pegel]] – rechts von links zu unterscheiden, sondern auch vorne von hinten und oben von unten ([[Richtungshören]]). Dieser Effekt wird etwa in [[Raumklang]]-Simulationen über geeignete [[Hochpassfilter]] an bestimmten [[Tonspur|Kanälen]] erzeugt.<ref>Tom Ammermann, Hartmut Gieselmann: ''Akustisches Holodeck. Binaurale Raumklang-Simulation mit Stereo-Kopfhörern''. In: ''c't'', Nr. 22, 2006. Heise Verlag. Seiten 238ff. {{ISSN|0724-8679}}</ref>

== Raumakustik und Schallschutz ==
Um den Schallschatten auszunutzen, werden in der Praxis vielfach Trennwände als Schallhindernisse zur akustischen Trennung der Schallwellen eingesetzt. Für die begrenzte Wirkung solcher Schallschirme verantwortlich ist das Eindringen von Schall in den Schattenbereich hinter dem Hindernis aufgrund von Beugungseffekten.

=== Wirksamkeit einer Abschirmung ===
[[Datei:Schallabschattung1.png|mini|Einfluss eines Hindernisses auf [[Schallausbreitung]] (Seitenansicht).<br />d ist die direkte Distanz zwischen Quelle und Empfänger.]]
1968 präsentierte der Japaner Maekawa ein Modell zur Berechnung der Schallabschirmung an langen ebenen Wänden. Als Basis dienten eine Reihe von Messungen, deren Ergebnis als Funktion der aus der Optik bekannten [[Fresnel-Zahl]] <math>N_F</math> ausdrückt wurden. Ergebnis ist ein [[empirisch]]es Gesetz, nach dem man die [[Schallpegel]]<nowiki />differenz <math>\Delta L</math> berechnen kann, die durch das Hindernis verursacht wird.<ref>Institut für Luft- und Raumfahrt, TU Berlin: [http://www.luftbau.tu-berlin.de/menue/forschung/abgeschlossene_projekte/k2020_-_laermarme_flugzeugkonfiguration/untersuchung_zur_schallabschattung/ Untersuchung zur Schallabschattung], abgerufen am 8. Juni 2012</ref>

:<math>\Delta L = L_\text{frei} - L_\text{Hindernis} = 10 \cdot \log(3 + 20 N_F) \; \mathrm{dB}</math>

mit
* der Fresnel-Zahl <math>N_F = \frac{\delta}{\tfrac{\lambda}2}</math>
** der Wegdifferenz <math>\delta = (a + b) - d</math> zwischen der Sichtlinie <math>d</math> und dem indirekten Weg <math>a + b</math> um das Hindernis herum.

Alle Punkte, die unterhalb der Sichtlinie der Quelle liegen, weisen eine Pegelabsenkung von mindestens 5&nbsp;dB auf.

Das Modell ermöglicht auch negative Fresnel-Zahlen bis&nbsp;-0,1 für Punkte oberhalb der Sichtlinie:

:<math>\delta = d - (a + b)   < 0</math>
:<math>\Rightarrow -0,1 < N_F < 0</math>

Da dieses Gesetz nur empirisch ermittelt wurde, hat es einen limitierten Einsatzbereich: Distanzen von weniger als 100&nbsp;m zwischen Schallquelle und Empfänger sowie Hindernisse von mindestens 1&nbsp;m Höhe. Die Entfernung spielt eine entscheidende Rolle, da für derart kurze Distanzen von annähernd linearer Schallausbreitung ausgegangen werden kann – Wetterphänomene und [[Temperaturgradient]]en haben noch keinen Einfluss.

== Medizin ==
[[Datei:Sonografie Gallenstein.png|mini|Sonographisches Bild eines Gallensteins mit dahinter liegendem Schallschatten.]]
In der [[Sonographie]] bezeichnet man die Bildauslöschung hinter einer stark reflektierenden („echoreichen“) Struktur als Schallschatten. Eine im klinischen Alltag häufige Ursache für einen Schallschatten sind [[Gallenstein]]e.

== Siehe auch ==
* [[Schallreflexion]]
* [[Schallabsorption]]

== Weblinks ==
* [http://www.kup.at/journals/abbildungen/gross/6747.html Abbildung Schallschatten]

== Quellen ==
<references />

[[Kategorie:Technische Akustik]]