Schall läuft in Stahl schneller wegen der Steifigkeit, nicht der Dichte

Die Temperatur zählt, der Druck nicht

Luft bei 0 °C trägt Schall mit 331 m/s, bei 35 °C mit 352 — sechs Prozent Spanne über den Bereich, den ein Tag hergibt. Der Druck dagegen bewirkt praktisch nichts: Luft zu verdichten erhöht Steifigkeit und Dichte im gleichen Verhältnis, und beide kürzen sich unter der Wurzel. Deshalb hängt die Schallgeschwindigkeit in der Höhe davon ab, wie kalt es dort ist, und nicht davon, wie dünn die Luft ist, und deshalb ändert sich die Machzahl eines Flugzeugs bei gleicher Fluggeschwindigkeit mit der Außentemperatur. Für Donner ist die praktische Fassung einfacher: Schall legt einen Kilometer in 2,9 Sekunden zurück, drei Sekunden je Kilometer zu zählen reicht für ein Gewitter also aus.

Was Helium einatmen wirklich ändert

Nicht die Tonhöhe — das ist das verbreitete Missverständnis. Die Stimmlippen schwingen in Helium mit derselben Rate wie in Luft, der Grundton einer Stimme bleibt also unverändert; was sich verschiebt, sind die darüberliegenden Resonanzen von Rachen und Mund, und die hängen unmittelbar von der Schallgeschwindigkeit im Füllgas ab. Bei dreifacher Geschwindigkeit liegen die Resonanzen etwa bei der dreifachen Frequenz, was die Stimme dünn und quäkend einfärbt, ohne die Note im Geringsten zu bewegen. Dasselbe Prinzip wirkt bei einem dichten Gas umgekehrt, und es erklärt, warum ein Sänger und ein Saxofon unterschiedlich betroffen sind: Der eine hat eine feste Quelle mit veränderlichem Resonator, das andere beides im selben Rohr.

Häufige Fragen

Ändern Lautstärke oder Tonhöhe die Geschwindigkeit?

Nein, und das ist ein Glück. Wären hohe Töne schneller als tiefe, käme ein Orchester vom hinteren Saalende durcheinander an, mit den Piccoloflöten den Kontrabässen um ein wachsendes Maß voraus. Luft ist im hörbaren Bereich nahezu dispersionsfrei, also trifft alles gemeinsam ein und Musik übersteht Entfernung. Die Lautstärke zählt nur im Extremen: Die Stoßwelle einer Explosion läuft tatsächlich schneller als gewöhnlicher Schall, weshalb der scharfe Knall einer nahen Detonation nicht einfach die lautere Fassung einer fernen ist.

Warum trägt Schall in einer kalten klaren Nacht so weit?

Nicht weil kalte Luft ihn besser trüge — sie trägt ihn etwas langsamer. Entscheidend ist, dass in einer stillen klaren Nacht der Boden schneller abkühlt als die Luft darüber, sodass die Luft ausnahmsweise mit der Höhe wärmer statt kälter wird. Nach oben laufender Schall in wärmere, schnellere Luft wird zum Boden zurückgebeugt, statt zu entweichen, und ein weit entfernter Zuhörer empfängt, was ihm sonst über den Kopf gegangen wäre. Dieselbe Brechung erklärt, warum man nachmittags über ein sonniges Feld schlechter hört, wenn die übliche Schichtung den Schall nach oben lenkt.