Wir stehen in den Bergen und rufen in die Welt hinaus und ein Widerhall ertönt. Dieses Phänomen ist uns wahrscheinlich allen bekannt – das Echo. Aber wie kommt das eigentlich zustande?
Schallwellen sind der Grund!
Ein Echo entsteht durch Schallwellen, also unsichtbare Wellen, die sich bei einem lauten Ausruf dadurch bilden, dass Luftteilchen in Bewegung versetzt werden. Sie breiten sich in der Luft mit einer Geschwindigkeit von circa 340 Metern pro Sekunde aus. Treffen die Schallwellen auf ein Hindernis, werden sie von diesem reflektiert beziehungsweise zurückgesendet. Ist die Reflexion der Schallwelle stark verzögert, wird sie als ein separates Hörereignis wahrgenommen – das Echo. Ein Hindernis kann zum Beispiel, wie oben beschrieben, eine Felswand in den Bergen sein oder aber die Hauswand eines Gebäudes.
Ebenso lässt sich die Reflexion von Schallimpulsen auch mit einem Glasrohr im Schulunterricht nachvollziehen: https://www.phywe.de/de/reflexion-und-echo.html#tabs1
Warum höre ich kein Echo, wenn ich zuhause im Badezimmer stehe und rufe?
Dies ist eine gute Frage! Wenn ich im gefliesten Bad stehe oder generell in einem leeren Zimmer, würde ich erwarten, dass ein Echo erzeugt wird, wenn ich rufe und mein ausgesendetes Schallsignal auf die nackten Wände trifft. Aber zu hören ist nur ein Nachhall meiner Stimme. Der Grund hierfür ist schnell erklärt, denn das Hindernis, das mein Schallsignal reflektieren soll, muss einen Mindestabstand von etwa 34 Metern haben, um ein Echo zu erzeugen. Da die Schallgeschwindigkeit mit 340 Metern pro Sekunde ziemlich hoch ist, kommt der Schall in kleinen Räumen zu schnell zurück, so dass wir kein Echo wahrnehmen können.
Hinzu kommt, dass in Wohnräumen und in öffentlichen Veranstaltungsräumen, zum Beispiel einem Konzertsaal, oft Bilder an den Wänden hängen, Lampen angebracht sind, Teppich auf dem Boden liegt oder eine besondere Schalldämmung installiert wurde. Dies Mobiliar sorgt dafür, dass der Schall nicht direkt reflektiert werden kann und somit ein Echo und ein Nachhall keine Chance haben.
Einsatz von Schallwellen in Alltag und Natur
In der Schifffahrt spielt das Echolot eine große Rolle. Hierbei handelt es sich um ein Gerät, das Schallimpulse aussendet, um die Wassertiefe zu messen (Lotung). Die gemessene Zeit, die zwischen Aussendung und Ankunft des Schallimpulses nach Reflexion vom Meeresboden liegt, gibt Auskunft über die Entfernung vom Schiff zum Meeresgrund und kann auch zur Ortung von Fischschwärmen genutzt werden.
Im Bereich der Medizin gibt es die Sonografie, die auch als Echografie oder Ultraschalluntersuchung bezeichnet wird. Neben den Untersuchungen von Organen auf mögliche Erkrankungen, spielt sie eine wichtige Rolle in der Schwangerschaftsvorsorge. Da diese Schallwellen unschädlich für das ungeborene Kind sind und diese Methode völlig schmerzfrei ist, ist sie ein wichtiges Verfahren, um Entwicklungsstörungen möglichst frühzeitig zu erkennen. Das Prinzip beruht darauf, dass Schallwellen von einem Schallkopf ausgesendet und von den Gewebestrukturen im Körper reflektiert werden. Diese Reflexion hängt ab von den Gewebeeigenschaften. Die zurückgesendeten Schallwellen werden vom Schallkopf empfangen, verarbeitet und letztlich digitalisiert. Auf diese Weise wird ein Bild erzeugt, das auf dem Monitor betrachtet werden kann. Dieses Verfahren kann beispielsweise mit einem unserer Experimente nachvollzogen werden: https://www.phywe.de/de/schallgeschwindigkeit-in-festkoerpern.html.
Auch in der Tierwelt werden Schallwellen eingesetzt. So geben beispielsweise die nachtaktiven Fledermäuse Ultraschalllaute von sich, um sich in der Dunkelheit zu orientieren oder Beutetiere ausfindig zu machen. Aus der Zeit, die der Schall benötigt, um nach der Reflexion an einem Hindernis oder ihrer Beute zurückzukehren, ermittelt sie unmittelbar die Entfernung zu diesen. Ihre Fluggeschwindigkeit reguliert sie anhand der veränderten Tonhöhen und Oberflächenstrukturen erkennt sie an Verzerrungen des Echos. Hut ab!