Wie beeinflusst Wasser den Klang?

Wasser beeinflusst Schallwellen auf verschiedene Weise. Beispielsweise bewegen sie sich im Wasser um ein Vielfaches schneller als in der Luft und legen längere Strecken zurück. Da sich das menschliche Ohr jedoch dazu entwickelt hat, in der Luft zu hören, neigt Wasser dazu, Geräusche zu dämpfen, die ansonsten in der Luft klar sind. Wasser kann auch Geräusche "biegen", indem es sie auf einem Zickzack-Pfad statt einer geraden Linie schickt.

Schall breitet sich in Form von Wellen aus, die aus Schwingungen resultieren, die von Objekten ausgehen. Wenn zufällig ein Objekt getroffen wird oder sich bewegt, erzeugt es eine Vibration. Diese Störungen bringen auch die umgebenden Moleküle eines Mediums – Luft, Flüssigkeit oder Feststoff – zum Schwingen. Die Ohren wiederum empfangen das Zittern dieser verschiedenen Substanzen, die Signale an das Gehirn senden. Diese werden als „Klänge“ interpretiert.

Die Tonerzeugung ist auch unter Wasser dieselbe. Wenn Sie auf ein Objekt treffen, beginnen die Vibrationen des Unterwasserobjekts umgebende Wassermoleküle zu stoßen. Das untergetauchte menschliche Ohr nimmt den Ton nicht so leicht wahr wie über der Erde. Es erfordert eine hohe Frequenz oder eine sehr hohe Lautstärke, damit das menschliche Ohr es hören kann.

Die Geschwindigkeit von Schallwellen hängt vom verwendeten Medium ab, nicht von der Anzahl der Schwingungen. Schall breitet sich in Feststoffen und Flüssigkeiten schneller und in Gasen langsamer aus. Die Schallgeschwindigkeit in reinem Wasser beträgt 1.498 Meter pro Sekunde, verglichen mit 343 Metern pro Sekunde in Luft bei Raumtemperatur und -druck. Durch die kompakte molekulare Anordnung von Festkörpern und die engere Anordnung von Molekülen in Flüssigkeiten reagieren diese Moleküle schneller auf Störungen benachbarter Moleküle als in Gasen.

Wie bei Gasen ist auch die Schallgeschwindigkeit unter Wasser von Dichte und Temperatur abhängig. In Gasen nimmt die Geschwindigkeit der Moleküle mit steigender Temperatur zu; wie Gase breiten sich Schallwellen mit steigender Temperatur schneller aus. Im Gegensatz zu Gasen hat Wasser aufgrund seiner molekularen Anordnung eine größere Dichte. So breiten sich Schallwellen schneller unter Wasser aus, wenn die Welle durchstößt – und vibriert mit mehr Molekülen.

Brechung ist ein komplexes Phänomen, bei dem Schallwellen gebeugt werden, wenn sie sich durch verschiedene Medien beschleunigen und verlangsamen. Dies bleibt im täglichen Leben unbemerkt, doch Wissenschaftler halten diese Eigenschaft für wichtig bei der Untersuchung der ozeanischen Unterwasserwelt. Die Schallgeschwindigkeit im Ozean variiert. Wenn der Ozean tiefer wird, sinkt die Temperatur, während der Druck zunimmt. Schall breitet sich aufgrund von Druckunterschieden in geringeren Tiefen schneller aus als an der Oberfläche, egal wie groß der Temperaturunterschied ist. Die Geschwindigkeitsänderung ändert die Richtung der Wellen, wodurch es schwierig wird, festzustellen, woher der Schall ursprünglich stammt.

Der Salzgehalt kann auch ein Faktor bei der Bestimmung des Klangverhaltens sein. Im Meerwasser breitet sich Schall bis zu 33 Meter pro Sekunde schneller aus als im Süßwasser. Der Salzgehalt beeinflusst die Schallgeschwindigkeit an der Oberfläche, insbesondere an Flussmündungen oder -mündungen. Schall breitet sich im Ozean schneller aus, weil es mehr Moleküle – insbesondere Salzmoleküle – gibt, mit denen Wellen interagieren können, sowie höhere Oberflächentemperaturen.