Echo

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Ein Echo ist die Reflexion von Schallwellen. Prallen diese an einem Hindernis ab und erreichen erneut unser Ohr, hören wir das Schallereignis noch einmal zeitversetzt. Der Widerhall ist in der Tonhöhe identisch, jedoch leiser.

Die Namensgebung kommt aus dem Griechischen und geht auf eine alte Sage über die Nymphe „Echo“ zurück. Besonders gut ist dieser Effekt der Akustik in den Bergen oder in einer Höhle zu hören. Wenn man etwas hineinruft, hallt es zeitversetzt zurück.

Was ist ein Echo und wie entsteht es?

Das Wort „Echo“ stammt aus dem Griechischen und bedeutet «Schall». Genau genommen handelt es sich dabei um die Reflektion von Schall, also einem verzögerten Hörereignis. Schall breitet sich wellenförmig in Räumen oder auch in Materie aus. Manche Medien leiten Schall sehr gut, andere nicht oder sie sind für Schall sogar undurchdringbar. Im freien Raum breitet sich Schall so weit aus, bis die Wellen an Kraft verlieren und der Schall vergeht. Trifft Schall auf ein schallleitendes oder schallschluckendes Objekt im Raum, nimmt dieses die Wellen auf, leitet sie weiter oder bremst sie aus. Stossen die Wellen auf Objekte, die Schall nicht oder sehr schlecht leiten, werden die Wellen vollständig oder anteilig zurückgeworfen. Sie prallen am Hindernis ab beziehungsweise werden reflektiert. Dann kann ein hörbarer Widerhall oder Nachhall entstehen.

Um diesen Widerhall des Schalls hören zu können, muss zwischen der Aussendung der Schallwellen und deren Reflexion ein gewisser Zeitraum vergehen. Der unterscheidet sich je nachdem, in welchem Raum mit welcher Luftdichte und Entfernung zum Hindernis der Schall ausgesendet wurde. Die Verzögerung, die ein reflektierter Schall aufweisen muss, um hörbar zu werden, bezeichnet man als „Echoschwelle“. Wird Schall etwa von den Fliesenwänden im Badezimmer umgehend zurückgeworfen, nimmt das Ohr keinen bewusst hörbaren Widerhall wahr. Allerdings nutzen wir Menschen solche unterschwelligen Schallereignisse unbewusst zur Raumorientierung. Unter bestimmten Voraussetzungen kann Schall von einem Hindernis sogar mehrmals zurückgeworfen werden. Dabei hat das erste wahrgenommene Echo immer dieselbe Tonhöhe wie das Original. Die Tonstärke beziehungsweise Lautstärke ist aber geringer.

Echo und Nachhall

In der Akustik ist ein Echo ein Rückwurf, der deutlich als einzelnes Hörereignis wahrgenommen werden kann. Zum Beispiel ruft jemand gegen eine steile Felsenwand: «Ich liebe dich», und das Echo wird die Botschaft als einzelnes «Ich liebe dich» zurücksenden. Eventuell kommen noch zwei immer schwächer werdende «Ich liebe dich» hinterher.

In Gebäuden wie hohen Kirchen oder Kathedralen kommt aufgrund der Bauart mit vielen Erkern, Bögen und ähnlichen Gestaltungselementen kein klarer Widerhall zustande. Der Schall wird mehrfach reflektiert und überlagert sich oder wird verzerrt. Dann spricht man viel eher von «Hallen» oder einem «Nachhall».

Der deutsche Komiker Otto Waalkes macht sich das Echo seit Jahren mit seinem Publikum im Saal zur Interaktion. Er ruft den Zuschauern zu «Hallo Otto!» und die Zuschauer rufen automatisch zurück «Hallo Echo!». Dies entspricht dem Prinzip, dass etwas zurückschallt, jedoch sollte es dann noch denselben Ton oder Text aufweisen, um der Definition gerecht zu werden. Spassig ist es allemal.

Namensgebung der griechischen Nymphe «Echó»

Seit dem 16. Jahrhundert ist die Namensgebung für dieses Schallereignis bekannt. Doch der Begriff und das Wissen und dieses Phänomen sind noch viel älter. In der griechischen Sagenwelt gab es die Nymphe Echó. Sie war wie viele ihrer Nymphen-Genossinnen eine Geliebte des Göttervaters Zeus. Der war eigentlich mit Hera verheiratet, hatte es aber nicht so mit der ehelichen Treue. Um seine eifersüchtige Gattin abzulenken, schickte er eines Tages Echo zu ihr. Sie sollte Hera mit Geschichten unterhalten, während Zeus sich mit seinen Gespielinnen vergnügte. Hera kam hinter die Täuschung und war ausser sich vor Wut. Statt sich mit ihrem ebenso hitzköpfigen Gatten anzulegen, liess sie ihren Frust an der eigentlich unschuldigen Nymphe aus und verfluchte sie: Sie verdrehte der Bergnymphe (Oreade), die Reinheit und Unschuld verkörperte, die Zunge und verhexte sie. So sollte sie künftig nur noch die letzten Worte ihrer Gesprächspartner wiederholen können. Der eigene Ausdruck von Gefühlen oder Botschaften war ihr fortan verwehrt. Wäre Zeus seiner ehemaligen Geliebten noch einmal begegnet, hätte das in etwas so geklungen:

Z: „Echo, wie schön dich zu sehen.“

E: „Dich zu sehen, dich zu sehen.“

Z: „Wie geht es dir?“

E: „Geht es dir, geht es dir?“

Als sei das nicht genug Strafe gewesen, verliebte sich die Nymphe dann auch noch in den selbstverliebten Halbgott Narziss. Der behandelte sie so schlecht, dass sich die traurige Nymphe eines Tages einfach auflöste. Ihre Knochen wurden zu Felsen und ihr Stimme hallt seitdem als Echo von den Bergen und Felswänden.

Wie kommt das Echo in den Bergen zustande?

Die Sage aus der griechischen Mythologie zeigt sehr schön, dass dieser akustische Effekt schon im Altertum eng mit den Bergen verbunden wurde. Hohe, steile und blanke Felswände sind einfach hervorragende nicht-schallleitende Hindernisse und erzeugen einen besonders klaren akustischen Rückwurf. Wo Hänge noch bewaldet oder Felsen bewachsen sind, funktioniert dieser Effekt nicht. Die Schallwellen werden von den Wäldern oder dem Geäst der Pflanzen eingefangen und laufen sich dazwischen „tot“ (Absorption).

Blanker Fels dagegen ist perfekt, um Schallwellen deutlich zurückzuwerfen. Um einen Echoeffekt zu erzeugen, muss man mindestens 17 Meter von der Felswand entfernt stehen. Andernfalls gelangt die Schallreflektion so schnell wieder ans Ohr, dass man höchstens einen Hall, aber kein deutliches Echo hört. Würde man gegen eine grosse Gummiwand rufen, käme überhaupt kein hörbarer Rückwurf zustande, da die Oberfläche des Gummis Schall „schluckt“.

Nachhall in der Tontechnik

Reflektionen von Klängen und Tönen sind ein Problem in der Tontechnik. Bei Aufnahmen im Studio würden die Rückwürfe leichte Verzerrungen in den Aufnahmen verursachen.

In Tonstudios oder auch in Konzerthallen verwendet man daher spezielle Bauarten von Decken und Wänden. Die Raumakustik wird durch schallschluckende Materialien (Kunststoffe oder auch Hölzer) und Strukturen (Waben) weitestgehend von störenden Schallreflektionen befreit.

Echo unerwünscht – Absorbtion als Schalldämpfer

Projezierter Schall ist aber nicht immer als Echo erwünscht. In einer noch nicht eingerichteten Wohnung hallt es häufig, weil die harten-glatten Wände und Fenstergläser die Schallwellen reflektieren. Dieser Hall ist lästig und in einer Kommunikation störend. Dasselbe gilt für ein Tonstudio oder eine Hörkabine bei einem Hörakustiker.

Zur Dämmung von reflektierenden Schallwellen werden Vorhänge, Bilder, strukturierte Wandverputze, Schaumstoffpyramiden, leere Eierschalenkartons und so weiter verwendet. Schallwellen, welche auf diese unebenen Flächen treffen, werden nicht im Selben Winkel wieder abgestrahlt und je nach Härte der Oberfläche der einzelnen Materialien «geschluckt», was im Fachbegriff als «absorbieren» gilt. Somit entsteht kein Echo und die Raumakustik wird optimiert.

Echoortung zur räumlichen Orientierung

Die Schall- oder Echoortung mittels Sonar wird von vielen Tieren, aber auch vom Menschen genutzt. Einige Spezies haben diese Art der Orientierung bis zur Perfektion gebracht: Prominentester Vertreter der Lebewesen, die sich durch Schallreflexion (Echolot) orientieren, sind Fledermäuse. Diese Tiere verlassen sich weniger auf ihren Sehsinn, sondern fast zu einhundert Prozent auf die Echoortung. Dazu senden sie Wellenpakete im Ultraschallbereich aus. Über die Art und Weise und die Zeitdauer des Rückwurfs der ausgesendeten Wellen orientieren sich die nächtlichen Flugkünstler im Raum. Weitere tierische Meister der Schallortung sind zum Beispiel Delfine.

Obwohl wir Menschen unsere eigene Echoortung meistens nicht bewusst wahrnehmen, nutzen auch wir sie. Über Schall und Schallrückwürfe erhalten auch wir Informationen über Räumlichkeiten und Entfernungen. Diese Vorgänge sind in der alltäglichen Orientierung so selbstverständlich, dass wir sie nicht bewusst wahrnehmen. Müssten wir solche Abläufe willentlich steuern, wären wir ebenso überfordert, als müssten wir unser Herz bewusst am Schlagen halten. Blinde Menschen kennen ebenfalls Formen der Echoortung. Sie können sich über Zungenschnalzen oder die Aussendung eines Tones in Räumen orientieren oder die Entfernung zu Hindernissen abschätzen.

Das Echolot in der Schifffahrt

In der Schifffahrt verwendetet man Echolot-Gerät zur Messung von Wassertiefen oder dem Ausloten von unsichtbaren Hindernissen in der Tiefe. Ein Echolot misst die Zeitdauer, die der Schall benötigt, um nach unten durchzudringen, einen Widerstand zu erreichen und dann wieder zum Ausgangspunkt zurückzugelangen. Dabei werden die Schallwellen nicht schnurgerade nach unten gesandt. Vielmehr scannt das Echolot einen kegelförmigen Bereich unter dem Ausgangspunkt der Schallwellen.

Echolote werden eingesetzt, um Schiffe sicher durch Gewässer zu navigieren, aber auch um den Grund von Gewässern zu vermessen und zu kartografieren. Häufig wird das Echolot auch eingesetzt, um Fische oder grössere Fischschwärme aufzuspüren.