Ueber die nächtliche Verstärkung des Schalls.

Von Alexander v. Humboldt.

Während Alexander von Humboldt, zur Freude und zum Vortheil aller Gebildeten, unermüdlich das große Werk des Kosmos fördert, verpflichtet er sich die wissenschaftliche Welt durch die Herausgabe einer Sammlung seiner kleineren physikalischen und geognostischen Schriften, deren erster Band so eben erschienen ist.

Eine solche geistige Rüstigkeit und Thatkraft eines Mannes, der vor mehr als sechzig Jahren wichtige Abhandlungen schrieb und noch im vorigen Jahrhundert die große Reise antrat, die seinen Ruhm begründet, ist erstaunlich, und wohl ohne Beispiel in der Literatur.

-- Humboldts Arbeiten, welche die physikalischen Wissenschaften in den verschiedensten Richtungen bedeutend gefördert, ja oft der Forschung die Wege gewiesen haben, sind seit zwei Menschenaltern in Zeitschriften oder in kostbaren, wenig zugänglichen Werken zerstreut.

Eine Zusammenstellung derselben wäre unter allen Umständen ein sehr dankenswerthes, wichtiges Unternehmen gewesen; dieselbe erhält aber einen ganz be- sondern Werth dadurch, daß es dem großen Naturforscher vergönnt ist, dieses Geschäft selbst zu übernehmen und die Schriften in einer Weise zu redigiren, wie es keinem andern weder zustand noch möglich war.

Wo es zweckmäßig schien, sind von ihm die älteren Arbeiten durch abgesonderte Nachträge dem jetzigen erweiterten Wissen, wie den neueren Sprachformen angeeignet worden.

Von einer Umarbeitung nach den jetzigen wissenschaftlichen Stand- und Gesichtspunkten konnte und durfte keine Rede seyn; die Schriften mußten nothwendig in ihrer ursprünglichen Gestalt wiedergegeben werden.

Was der Verfasser kaum andeutet, das darf hier ausgesprochen werden: diese Untersuchungen über die Vulkane der Neuen Welt, über die Vertheilung der Wärme auf dem Erdboden, über die Zusammensetzung der atmosphärischen Luft, über die mittlere Höhe der Continente sind, so wie sie sind, für die Geschichte der Wissenschaften von der größten Bedeutung, und je weitere Wege die Forschung seitdem zurückgelegt hat, desto anziehender und belehrender ist der Rückblick auf die bahnbrechenden Gedanken und Beobachtungen, die Humboldt zu dem Ruhm erhoben haben, an dem das ganze deutsche Volk theilnehmen darf.

Kleinere Schriften von Alexander v. Humboldt.

Erster Band.

Geognostische und physikalische Erinnerungen.

Mit einem Atlas, enthaltend Umrisse von Vulkanen aus den Cordilleren von Quito und Mexico. J. G. Cotta'scher Verlag.

1853.

Wir heben aus dem reichen Material des vorliegenden ersten Bandes eine Abhandlung aus, welche einen auch für ein größeres Publikum anziehenden Gegenstand in leicht faßlicher Weise behandelt.

Dieselbe wurde im Jahr 1820 in der Akademie der Wissenschaften zu Paris gelesen; die Zusätze sind ganz neu.

Die Verstärkung des Schalls während der Nacht gehört zu den Problemen, deren Lösung sich nicht in den Werken der Physik findet.

Ich werde versuchen eine Lösung zu geben, die abgeleitet ist aus den neuesten Forschungen über die Theorie der Schallwellen; aber ehe ich von den Ursachen des Phänomens rede, will ich hier die Beziehungen anführen, unter denen ich es betrachte.

Man hat seit dem höchsten Alterthum beobachtet, daß die Stärke des Schalls während der Nacht zunimmt.

Aristoteles hat davon gesprochen in seinen Problemen, Plutarch in seinen Dialogen.

Wir betrachten hier nur die Zunahme der Stärke bei ruhiger Luft; es ist nicht die Rede von der Zunahme, welche durch eine Veränderung des Windes während der Nacht erzeugt und welche durch die Beziehung modificirt wird, die zwischen der Richtung des Windes und der Richtung des Schallstrahles obwaltet.

Unter derselben Zone, z. B. zwischen den Tropen, hat mir die nächtliche Zunahme der Intensität in den Ebenen größer geschienen als auf dem Rücken der Andes, in neun- oder zwölftausend Fuß Höhe über dem Niveau des Oceans; sie ist mir auch bedeutender erschienen in den niedrigen Gegenden, in der Mitte der Continente, als auf hoher See.

Diese Schätzungen gründen sich auf das Getöse zweier Vulkane, des Guacamayo und des Cotopaxi, welche ich Gelegenheit gehabt habe Tag und Nacht zu hören: den einen auf einem Plateau, zwischen der Stadt Quito und der Meierei von Chillo, den andern in der Südsee, zehn Lieues westlich von der peruanischen Küste.

Das Gebrüll (bramidos) der Vulkane der Cordilleren wiederholt sich gewöhnlich mit großer Gleichförmigkeit von fünf zu fünf Minuten.

Es ist nicht von sichtbaren Auswürfen über den Rand des Kraters begleitet und gleicht bald dem fernrollenden Donner, bald dem wiederholten Dröhnen des schweren Geschützes.

An den Orten, wo die Erde bei einem Wasserfall sich mit Schnee bedeckt, würde es interessant seyn zu untersuchen, ob die nächtliche Zunahme des Schalls nicht minder bemerkbar während des Winters wäre als im Sommer, wo der Boden am Tag durch die Sonnenstrahlen stark erhizt wird.

Aristot. Probl. sect. XI. quaest 5 und 33.

Plut. Symposiac. lib. VIII. cap. 3.

Wenn man das Getöse der großen Cataracten des Orinoco in der Ebene, welche die Mission Atures umgibt, auf mehr als eine Meile Entfernung hört, so glaubt man an einer mit Felsen und Brandungen besezten Küste zu seyn.

Das Getöse ist bei Nacht dreimal stärker als bei Tag und gibt dieser einsamen Oertlichkeit einen unaussprechlichen Reiz.

Was kann die Ursache dieser Vermehrung der Intensität seyn in einer Einöde, wo nichts das Schweigen der Natur zu unterbrechen scheint?

Die Schnelligkeit der Fortpflanzung des Schalls nimmt, statt sich zu vermehren, mit dem Sinken der Temperatur ab.

Die Intensität vermindert sich bei einer Luft, die durch einen der Richtung des Schalls entgegengesezten Wind bewegt wird; sie wird auch vermindert durch die Ausdehnung der Luft: sie ist schwächer in den hohen Gegenden des Luftkreises als in den niederen, wo die Moleculen erschütterter Luft auf gleichem Radius mehr Dichtigkeit und weniger Elasticität haben.

Die Intensität ist dieselbe in trockener Luft und in einer mit Dünsten gemischten; aber sie ist schwächer in kohlensaurem Gas als in Gemischen von Stickstoff und Sauerstoff.

Diesen Thatsachen zufolge, den einzigen, welche wir mit einiger Gewißheit kennen, ist es schwer, eine Erscheinung zu erklären, die man bei jedem Wasserfall in Europa beobachtet und die lange vor meiner Ankunft in dem Dorfe Atures dem Missionar und den Indianern aufgefallen war.

Die nächtliche Temperatur der Atmosphäre ist dort nur um 3° geringer als die Tagestemperatur; zugleich mehrt sich bei Nacht die sichtbare Dunstmenge, und der die Cataracten bedeckende Nebel wird dichter.

Wir haben gesehen, daß der hygroscopische Zustand der Luft durchaus keinen Einfluß auf die Fortpflanzung des Schalls ausübt und daß die Erkaltung der Luft seine Schnelligkeit vermindert.

Man könnte glauben, daß, selbst an nicht von Menschen bewohnten Orten, das Summen der Insekten, der Gesang der Vögel, das Rauschen der von den leisesten Winden bewegten Blätter bei Tag ein verwirrtes Geräusch verursachen, das wir um so weniger wahrnehmen, als es gleichförmig ist und als unser Ohr beständig davon getroffen wird.

Dieses Geräusch nun, so unmerklich es auch seyn mag, kann die Intensität eines stärkeren Geräusches vermindern, und diese Verminderung kann aufhören, wenn während der Stille der Nacht der Gesang der Vögel, das Gesumme der Insekten und die Einwirkung der Winde auf die Blätter unterbrochen sind.

Aber diese Causalbetrachtung, wenn man selbst ihre Richtigkeit zugibt, läßt sich nicht auf die Wälder des Orinoco anwenden, wo die Luft beständig von einer Unzahl von Moskiten erfüllt, wo das Gesumme der Insekten weit stärker bei Nacht als bei Tag ist, und wo der Wind, wenn er anders bemerkbar wird, nur nach dem Untergang der Sonne weht.

Ich glaube vielmehr, daß die Gegenwart der Sonne auf die Fortpflanzung und die Stärke des Schalls einwirkt: durch die Hindernisse, welche ihr die aufsteigenden Luftströme von verschiedener Dichtigkeit, die partiellen Wellenschwingungen der Atmosphäre, verursacht durch die ungleiche Erwärmung der verschiedenen Theile des Bodens, entgegensetzen.

Bei stiller Luft, möge sie trocken oder mit gleichmäßig vertheilten, blasenförmigen Dünsten vermischt seyn, pflanzt sich die Schallwelle ohne Schwierigkeit fort.

Wenn aber diese Luft in allen Richtungen von kleinen Strömungen wärmerer Luft durchzogen wird, so theilt sich da, wo die Dichtigkeit des Mittels plötzlich sich ändert, die Schallwelle in zwei Wellen; es bilden sich partielle Reflexe und Wiederhalle (Echos), die den Schall schwächen, weil eine der Wellen zu sich selbst zurückkehrt.

Es entsteht eine jener Theilungen der Wellen, deren Theorie Poisson vor kurzem mit dem alle seine Arbeiten bezeichnenden Scharfsinn entwickelt hat.

Es ist also nicht die Translationsbewegung der Lufttheilchen von unten nach oben in dem aufsteigenden Luftstrom, es sind nicht die kleinen Strömungen in schräger Richtung, die wir als sich durch einen Stoß der Fortpflanzung der Schallwellen widersetzend betrachten.

Jeglicher der Oberfläche einer Flüssigkeit beigebrachter Stoß wird um das Erschütterungscentrum Kreise bilden, selbst dann, wenn die Flüssigkeit bewegt ist.

Mehrere Arten von Wellen können sich in der Luft wie im Wasser durchkreuzen, ohne einander in ihrer Fortpflanzung zu stören; kleine Bewegungen legen sich verstärkend über einander, und die wahre Ursache der geringeren Stärke des Schalls während des Tags scheint hauptsächlich der Mangel an Gleichartigkeit in dem elastischen Mittel zu seyn.

Es tritt plötzlich Unterbrechung der Dichtigkeit überall ein, wo schmale Luftströme von hoher Temperatur auf ungleich erwärmten Theilen des Bodens emporsteigen.

Die Schallwellen theilen sich, wie die Lichtstrahlen sich brechen und überall, wo Luftschichten von ungleicher Dichtigkeit an einander angrenzen, Luftspiegelung bilden.

Man muß wohl unterscheiden zwischen den Intensitäten des Schalls oder Lichts und den Richtungen der Schall- oder Lichtwelle.

Wenn diese Wellen sich durch Schichten von verschiedenen Dichtigkeiten fortpflanzen, werden zwei Wirkungen gleichzeitig hervorgebracht:

es wird eine Veränderung in der Richtung der Fortpflanzung und Schwächung des Lichts und Schalls eintreten.

Der Reflex, welcher jede Brechung begleitet, vermindert die Intensität des Lichts; die Theilung der Schallwelle verursacht partielle Wiederhalle: und der Theil der Welle, welcher da, wo die Dichtigkeit des Fluidums sich plötzlich ändert, in sich selbst zurückkehrt, wird bei sehr schwachen Geräuschen für unser Ohr unbemerkbar.

Bei der Luftspiegelung mit doppelten Bildern ist das Bild, welches die Brechung gegen den Boden hin erfahren hat, beständig schwächer als das direkt gesehene Bild.

Schichten von Flüssigkeiten sehr verschiedener Dichte können allerdings in der Weise abwechseln, daß die ursprünglichen Richtungen des Licht- und Schallstrahls dieselben bleiben; aber die Stärke des Lichts und Schalls wird darum nicht weniger geschwächt seyn.

Während der Nacht erkaltet die Oberfläche des Bodens; die mit Rasen oder Sand bedeckten Theile nehmen eine gleichmäßige Temperatur an; die Atmosphäre wird nicht mehr durchkreuzt von jenen feinen Strömungen warmer Luft, die sich senkrecht oder schräg in allen Richtungen erheben.

In einem gleichförmiger gewordenen Fluidum pflanzt sich die Schallwelle mit geringerer Schwierigkeit fort, und die Stärke des Schalls wächst, weil die Theilungen der Wellen und die partiellen Wiederhalle seltener werden.

Um eine genaue Vorstellung von der Ursache dieser Ströme warmer Luft zu geben, die bei Tage auf einem ungleich erwärmten Boden aufsteigen, will ich einige Beobachtungen berichten, welche ich unter den Wendekreisen angestellt habe.

In den Llanos oder Steppen von Venezuela habe ich Nachmittags den Sand um 2 Uhr zu 52°,5 Cent., manchmal sogar zu 60° gefunden.

Die Temperatur der Luft im Schatten eines Bombax war 36°,2, in der Sonne aber bei 18 Zoll Höhe über dem Boden 42°,8.

Bei Nacht hatte der Sand nur noch 28°, er hatte also über 24° verloren.

Bei den Wasserfällen des Orinoco wurde die mit Gramineen bedeckte Erde bei Tage nur auf 30° erwärmt, während die Luft 26° zeigte; aber die nackten Bänke von Granitfels, welche ungeheure Strecken ausmachen, wurden zu gleicher Zeit bis auf 48° erhizt.

Ich habe eine große Anzahl analoger Beobachtungen in der Uebersicht von Messungen bekannt gemacht, die ich über die Luftspiegelung in Cumana zu derselben Zeit angestellt, wo Wollaston sich in Europa im Experimentiren mit derselben Erscheinung beschäftigte.

Wenn die Ursache, die ich von der nächtlichen Zunahme des Schalls angebe, die wahre ist, so muß man sich nicht verwundern, daß in der heißen Zone diese Zunahme im Innern der Länder größer ist als auf hoher See, in den Ebenen größer als auf dem Rücken der Cordilleren.

Die Oberfläche der Aequatorialmeere wird einförmig und selten über 29° erwärmt, während die Oberfläche der Continente, ungleich gefärbt, und aus Stoffen zusammengesezt, die verschiedenartig strahlen, dem Aequator nahe Temperaturgrade erhält, welche von 30° bis 52° variiren.

Unter den Wendekreisen bleibt die Erde gewöhnlich die Nacht hindurch wärmer als die Luft; in der gemäßigten Zone wird der Boden in stillen und heiteren Nächten oft 4° bis 5° kälter als die Luft.

Die Temperatur, statt sich zu mindern in dem Maße, als man sich vom Boden entfernt, bietet in Europa bei Nacht eine wachsende Progression bis zur Höhe von 50--60 Fuß dar.

Man muß sich daher nicht verwundern, daß die terrestrischen Strahlenbrechungen unter der gemäßigten Zone bei Nacht bisweilen fast eben so bedeutend sind als bei Tage.

Es werden beständig Luftschichten von verschiedner Dichtigkeit da seyn, welche horizontal auf einander ruhen; aber die feinen Ströme von warmer Luft, die in schräger Richtung den Luftkreis durchschneiden, sind bei Nacht seltener als bei Tage.

Auf 9000 Fuß Höhe beträgt in dem unter dem Aequator liegenden Theile der Anden die mittlere Temperatur der Luft nur 14°; und die Kraft der Ausstrahlung gegen einen wolkenlosen Himmel, durch eine sehr trockene und reine Luft, hindert den Boden sich während des Tages beträchtlich zu erhitzen.

Ich will nicht weiter bei diesen Lokalverhältnissen stehen bleiben; es reicht hin, daß wir im allgemeinen von der Theorie der Schallwellen und ihrer Theilungen die nächtliche Verstärkung des Schalls abgeleitet haben.

Die ganze Erscheinung beruht auf dem Mangel an Gleichartigkeit in den senkrechten Säulen des Luftkreises.

Indem ich diese Ideen ausspreche, könnte ich mich auf die Autorität eines Philosophen stützen, den die Physiker immer noch mit Gleichgültigkeit behandeln, obgleich die ausgezeichnetsten Zoologen seit langer Zeit dem Scharfsinn vieler seiner Beobachtungen eine glänzende Gerechtigkeit haben widerfahren lassen.

"Warum, sagt Aristoteles in dem merkwürdigen Buche der Probleme (Probl. XI, 33), das wohl als Compilation seiner Meinungen zu betrachten ist, "warum läßt sich der Schall besser bei Nacht hören?

Es kommt nach Anaxagoras daher, weil bei Tage die von der Sonne erwärmte Luft zischt und rauscht, sie aber bei Nacht in Ruhe ist wegen des fehlenden Wärmestoffs."

Diese Abwesenheit macht alles ruhiger und gemessener; denn die Sonne ist das Princip aller Bewegung.

Aristoteles hat eine unbestimmte Ahndung von der Ursache des Phänomens; aber er schreibt der Bewegung der Atmosphäre, dem Stoße zu, was nur den schnellen Wechseln der Dichtigkeit in den angrenzenden Luftwellen angehört.

Weder Aristoxenus aus Tarent in seinem Buche von der Musik, noch Seneca in den Quaestiones naturales, noch der späte Theophylactus Simocatta haben versucht die nächtliche Verstärkung des Schalls zu erklären.

Wenn man den unvollkommenen Zustand der Physik der Alten und ihre Unwissenheit in der experimentirenden Methode erwägt, so erstaunt man um so mehr über die Zahl richtiger und oftmals feiner Bemerkungen, welche die Werke des Philosophen von Stagira enthalten über den Thau, über die Ursachen der Luftspiegelung, über die leitende Kraft der Metalle und der Asche für die Wärme, über die Höhe der Wolken, betrachtet als Wirkung der aufsteigenden Luftströmung u. s. w.

Die Bergbewohner der Alpen wie die der Andes halten eine außerordentliche Verstärkung des Schalls in stillen Nächten für ein sicheres Vorzeichen einer Witterungsveränderung.

"Es wird regnen," sagen sie, "weil man das Rauschen der Ströme näher vernimmt."

Deluc hat diese Erscheinung durch einen Wechsel des barometrischen Luftdrucks, durch eine größere Zahl von Luftbläschen zu erklären gesucht, welche an der Oberfläche des Wassers platzen.

Diese Erklärung ist gezwungen und wenig befriedigend; ich will nicht versuchen sie durch eine andere Hypothese zu ersetzen, aber ich will an die Analogie erinnern, die zwischen den aus dem Wachsen des Schalls gezogenen meteorologischen Wahrzeichen und einem andern obwaltet, das von einer geringeren Schwächung des Lichtes hergenommen wird.

Die Gebirgsbewohner verkünden eine Wetterveränderung, wenn bei ruhiger Luft ferne, mit ewigem Schnee bedeckte Berge plötzlich dem Beobachter genähert erscheinen, so daß ihre Umrisse sich mit außerordentlicher Bestimmtheit von dem azurenen Himmelsgewölbe abheben.

Welches auch der Zustand der Atmosphäre seyn möge, der diese Erscheinungen verursacht, so ist es nichtsdestoweniger merkwürdig, darin eine neue Analogie zwischen den Bewegungen der Schallwellen und denen der Lichtwellen zu erkennen.

Zusätze aus dem Jahre 1853.

Die nächtliche Zunahme des Schalls ist, nach meinen Beobachtungen, größer in den Ebenen und niedrigen Gegenden als auf hohen Gebirgsplateaus, größer auf dem festen Lande als auf dem Meere.

In den Ebenen ist mir immer am auffallendsten gewesen die weite Entfernung, in der man in der Tropenwelt bei Nacht die gesellig lebenden Heul- oder Brüllaffen (die bärtigen Araguatos) oder das Geräusch der Wasserfälle vernimmt.

Das Rauschen der Wasserfälle wie das Getöse einer Brandung wird, wie Deluc und Tyndall bemerkten, hauptsächlich durch das Zerspringen der Luftblasen im Wasserstrahl erzeugt.

Die Schwächung des Schalls auf dem Meere, wenn derselbe auf diesem selbst erregt wird, kann nicht, wie auf dem Continent, durch lokale Verschiedenheit der Erwärmung der Oberfläche verursacht werden.

Die Oberfläche des Meeres hat oft, nach meinen Beobachtungen, auf mehrere Hunderte von Quadratmeilen zwischen den Wendekreisen bis auf 0°,3 dieselbe gleichmäßige Temperatur.

Differenzen der Dichtigkeiten von aufsteigenden Luftsäulen verschiedener Temperatur, in denen die Schallstrahlen oder Schallwellen sich brechen, sind hier nicht anzunehmen.

Der schwächere Schall des Geschützes auf der offenen See ist also wohl nur dem Mangel von Elasticität des flüssigen Bodens zuzuschreiben.

Die Wirkung wollener Decken in einem Concertsaale, oder die Verminderung des Schalls, wenn Geschütz am Rande eines Kornfeldes, das in vollen Halmen steht, aufgestellt ist, bieten lehrreiche Analogien dar.

Wenn nach Derhams Beobachtung ein Schneefall, d. i. Schneeflocken, die in der Luft schweben, die Intensität des Schalls vermindern, so schreibe ich dieß allerdings einer Brechung der Schallwellen zu, wegen der veränderten Dichtigkeiten, welche der Schallstrahl auf seinem Wege durch das mit Schneeflocken gefüllte Medium findet (ganz wie ein mit Champagnerwein gefülltes Glas, angeschlagen, so lange nicht hell, ja nicht mehr wie Holz oder Horn, tönt, als Ströme von kohlensaurem Gas die tropfbare Flüssigkeit durchsetzen); wenn aber Schwächung des Schalls, ebenfalls nach Derhams Beobachtung, auch nach dem Schneefall bei weichem, frisch gefallenem Schnee nur so lange bemerkt wird, als die Schneeflur noch nicht mit einer glänzenden Eisdecke überzogen ist, so offenbart sich hier wieder ein Phänomen der Resonanz der Bodenfläche.

Wir vernahmen, Bonpland und ich, auf einem Schiffe im Februar 1803 in der Südsee, bei einer Entfernung von mehr als 42 geographischen Meilen, den Donner und das Krachen des Vulkans Cotopaxi während seines Ausbruchs viel stärker bei Nacht als bei Tage.

Die Ursache dieser Erscheinung darf wohl nur in dem Theile des Weges des Schallstrahles gesucht werden, welcher aus einer Höhe von 17,700 Fuß bis zu dem Meeresufer herabkam: also in Luftschichten, die auf dem Continent ruhen.

Im Hafen von Guayaquil, wo das Getöse des Vulkans die Fenster durch Erschütterung klirren machte, obschon bei 37 Meilen Entfernung, hörten wir, vor der Einschiffung nach Acapulco, ebenfalls den Schall dreimal stärker nach Mitternacht als um Mittag.

Der nächtliche Schall war also auf dem Meere nur deßhalb so stark, weil er in der Luftschicht senkrecht über dem Ufer bei Tage aus den in der Abhandlung angegebenen Ursachen geschwächt, bei Nacht ungeschwächter ankam, und sich in derselben Intensität weiter gegen Westen bis zur Station des Schiffes fortpflanzte.

Eine Reihe sehr genauer, mit vieler Vorsicht angestellter akustischer Versuche über bewegte und unbewegte Luft besitzen wir von dem scharfsinnigen La Roche aus dem Jahr 1813.

Auf einem Gebiete, wo noch so vieles unerklärt bleibt und wo, wie im Wasser, mehrere Wellensysteme, trotz ihrer gegenseitigen Störungen, sich gleichzeitig in demselben Raume fortpflanzen können, ist es am wichtigsten, wohl beobachtete Thatsachen an einander zu reihen und keine aus Vorliebe zu sogenannten unumstößlichen Theorien zu verwerfen.

Nach den Versuchen von La Roche und Dunal, in denen zwei gleiche Töne in der Linie eines starken Luftstroms erregt und die Unterschiede ihrer Intensität aus der Entfernung geschlossen wurden, in welcher die gegen den Wind aufsteigende und die mit dem Wind herabkommende Schallwelle für das Ohr genau von gleicher Stärke schienen, war allerdings die Abnahme des Schalls geringer in der Richtung des Windes selbst als in der, welche dieser Richtung entgegengesezt war; aber bei einer dem Schallstrahl perpendikularen Richtung des Windes war die Intensität selbst größer, als wenn die Erschütterung mit dem Winde kam, d. h. in der Richtung des Luftstroms.

Daß nicht, wie der Volksglaube es annimmt, der Wind die bewegte Schallwelle beschleunigt oder gleichsam sie mit sich führt, lehrt die geringe Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Windes, die selbst bei sehr beträchtlicher Stärke desselben noch fünfundzwanzigmal geringer als die Geschwindigkeit des Schalls ist.

Die Versuche von La Roche und Dunal haben aber auch gewisse Modifikationen des Schalls offenbart, welche ganz unabhängig von der Bewegung durch Wind waren.

Bei ganz ruhiger Luft wurden in gleicher Entfernung die größten Verschiedenheiten der Intensität bemerkt; auch wenn der Wind heftig und dabei gleichmäßig wehte und die Beobachter den Schall in der Richtung des Luftstroms erhielten, war derselbe intermittirend bald sehr intensiv, bald kaum hörbar.

Die ältesten Florentiner Versuche mit Kanonen, die in Livorno abgefeuert und in Porto Ferrajo auf der Insel Elba, in fünfzehn geogr.

Meilen Entfernung, gehört wurden, haben das Resultat gegeben, daß bei ganz ruhiger Luft der Schall intensiver als bei bewegter war, selbst wenn der Wind von Livorno her nach Elba wehte.

Nach den ersten sehr unvollkommenen Versuchen über die Geschwindigkeit der Fortpflanzung des Schalls in der Ebene, von Mersenne, Gassendi und den Mitgliedern der Academia del Cimento, sah Cassini de Thury (1738) zuerst ein, als er seine Versuche in der Umgegend von Paris bei Fontenay aux Roses anstellte, daß ohne Wechselseitigkeit der gleichzeitigen Erregung des Schalls in zwei einander gegenüber liegenden Stationen keine Genauigkeit zu erlangen wäre; denn das Maaß der Schallgeschwindigkeit sey "die halbe Summe der in jeder Station zwischen Blitz und Knall beobachteten Zeit."

Da der Wind auf die beiden Geschwindigkeiten den entgegengesezten, beschleunigenden oder verlangsamenden Effekt ausübt, so ist das Resultat so beschaffen, als wäre es bei ruhiger Luft erhalten.

Diese Gleichzeitigkeit in der wechselseitigen Erregung des Schalls wurde aber erst vollkommen in den Versuchen einer Commission des Bureau des Longitudes im Sommer 1822 auf Aragos Vorschlag erlangt; später, und zwar mit großer Genauigkeit (Sommer 1823), von zwei holländischen Gelehrten, Moll und A. van Beek, in der Haide von Utrecht, wie in der Schweiz zwischen der Höhe des Faulhorns und dem Dorfe Tracht bei Brienz (Sommer 1844).

Das Bureau des Longitudes hatte Gay-Lussac und mich eingeladen uns der Commission, die aus Arago, Mathieu, Bouvard und Prony bestand, anzuschließen und Theil an den Beobachtungen zu nehmen.

Die Stationen, wo das Geschütz aufgestellt wurde, waren der Hügel von Montlhery, den schon Cassini benuzt hatte, und die Ebene von Villejuif; Entfernung, trigonometrisch gemessen, 9549,6 Toisen oder 18613 Meter.

Unsere Versuche vom 21. und 22. Juni 1822 haben für 10° des hunderttheiligen Thermometers eine Geschwindigkeit des Schalls von 337 ,2 (173t,01) in der Sekunde gegeben.

Die bei Utrecht angestellten Versuche von Moll und A. van Beek geben, auf 0° Temperatur und trockene Luft reducirt, 332 m ,05; die von Bravais und Martins auf dem Faulhorn (in einem verticalen Höhenunterschied von 2078 Metern), reducirt wie die eben genannten, gaben 332 m ,37 in der Sekunde.

In diesen Versuchen zeigte sich, trotz der beträchtlichen Höhe des obern Standorts auf dem Faulhorn, die Geschwindigkeit des aufsteigenden Schalls genau gleich mit dem des niedersteigenden.

Für die Intensität und Grenze der Hörbarkeit des Schalls, die man nicht mit der Schnelligkeit verwechseln muß, hat es mir nach Erfahrungen geschienen, welche ich auf der hohen Andeskette einsammeln konnte, daß, wenn die Träger unserer Meßinstrumente weit unter uns im Erklimmen großer Anhöhen zurückblieben, der aufsteigende wärmere Luftstrom außerordentlich die Hörbarkeit vermehrte.

Wir verstanden ihre Worte in großer Entfernung, wenn sie tief unter uns standen.

Beim Herabsteigen von der steilen Silla de Caracas vernahmen wir in einer Höhe von mehr als fünf- oder sechstausend Fuß die aus dem Thale aufsteigenden Töne verstimmter Guitarren, von denen man in allen von Einwohnern spanischer Herkunft eingenommenen Ländern verfolgt wird.

Mein Freund Gay-Lussac vernahm im Luftball in fünfzehn- oder siebzehntausend Fuß senkrechter Höhe das Bellen der Hunde, ja in Höhen, die er zu 7000 Fuß schäzte, selbst den Gesang kleiner, sich wenig über die Kornfelder erhebender Vögel.

Die ersten recht genauen, auf numerische Angaben gegründeten Resultate über die Intensität des Schalls und den Unterschied dieser Intensität in den Tages- und Nachtstunden verdanken wir zweien vortrefflichen Beobachtern, Martins und Bravais.

Da ein Ton des Diapason's, z. B. das einmal gestrichene c, das aus 512 Vibrationen in der Sekunde entsteht, in einem luftförmigen Medium von gleicher Dichte auch immer dieselbe Intensität hat, so gibt die Verschiedenheit der Entfernung, in der man aufhört den Ton des Diapason's zu vernehmen, bei ungleicher Dichtigkeit der Luftschichten, ein sicheres Maaß für die Intensität.

In einer Ebene bei dem Dorfe Saint-Cheron (Dep. de Seine et Oise) wurde der Ton des Diapason's nicht mehr gehört in einer Entfernung von 254 Metern.

Die Ruhe der Luft war kaum bisweilen unterbrochen von einem sehr schwachen Südwinde, der aber in senkrechter Richtung die Linie durchschnitt, welche das Instrument von dem Hörenden trennte.

Der Himmel blieb bedeckt und die Lufttemperatur war während der Versuche (11/2 Uhr Nachmittags, den 22. Juni 1844) 24° Cent., Barom. 744 mm ,3.

Die Versuche wurden um Mitternacht wiederholt; und obgleich durch das Sumsen und Schwirren der Insekten, das Fallen von kleinen Baumzweigen und vieles Bellen der Hunde die Stille der Nacht mehr als am Tage unterbrochen war, so konnte man sich doch um 125 m weiter entfernen.

Erst in der Entfernung von 379 m war die Schallwelle nicht mehr vernehmbar (Therm. 17°, Barom. wieder 744 mm ,7).

Während Cassini de Thury aus seinen ungenauen Veruchen von 1738 die nächtliche Zunahme des Schalls bestimmt geläugnet hatte, war schon von Zanotti in den Denkschriften der Akademie von Bologna dieser Zuwachs aus den alten Beobachtungen (1706) von Hauksbee geschlossen worden.

Bei unsern Versuchen am 21. und 22. Juni 1822 war es sehr auffallend, daß die vom Hügel von Montlhery, auf dem ich mich mit Gay-Lussac und Bouvard befand, gethanen Schüsse alle und vollkommen in der Ebene von Villejuif gehört wurden, während daß die von Villejuif fast gar nicht auf den niedrigen Hügel gelangten.

Von der großen Menge, in Zwischenräumen von fünf Minuten in Villejuif abgefeuerter Kanonenschüsse wurden am ersten Tage nur sieben correspondirend in beiden Stationen gehört und zur Messung benuzt; und doch wehte ein sehr schwacher Wind fast genau in der Richtung der Linie, welche die beiden Stationen verbindet, von Villejuif nach Montlhery, d. i. von Nord-Nord-West nach Süd-Süd-Ost.

Am zweiten Tage, an dem die Feuchtigkeit zugenommen hatte, wurde von zwölf zu Villejuif abgefeuerten Schüssen auch nur ein einziger auf dem Hügel gehört.

Veränderte Ladung oder Veränderung des Elevationswinkels des Rohrs vermehrten keineswegs die Hörbarkeit und Fortpflanzung des Schalls.

Was den Schallwellen auf einem Wege in der Richtung aus der Ebene nach dem Hügel hinderlich war und dagegen ihre ungeschwächte Fortpflanzung in derselben Richtung abwärts vom Hügel von Montlhery in die Ebene begünstigte, ob die in Halmen stehenden Kornfelder, an deren Rand bei Villejuif das Geschütz aufgepflanzt war, die Schallwellen nahe bei ihrem Ursprung brachen, bleibt unentschieden.

Es ist besonders zu bemerken, daß man gerade da nicht hörte, wo der von NNW, d. i. von Villejuif, wehende Wind den Schall bringen sollte.

"Nous ne chercherons pas a expliquer," sagt Arago, "ces causes de la difference si remarquable d'intensite dans la propagation du son, parce que nous ne pourrions offrir que des conjectures denuees de preuves."

Das Problem der Intensität (Stärke) des fortgepflanzten Schalls scheint noch verwickelter als das der Geschwindigkeit.

"Alle Schüsse, die bei unsern Versuchen auf dem Hügel von Montlhery abgefeuert wurden, waren von einem Donner (roulement semblable au tonnerre) begleitet, der 20 bis 25 Sekunden dauerte.

Kein donnerartiger Nachhall wurde in Villejuif bemerkt.

Wenn zweimal der Nachhall in der Ebene statt fand, so war es, wenn an dem, vorher ganz heitern Himmelsgewölbe sich plötzlich einige Wolken gebildet hatten --: eine Erscheinung (sagt Arago), welche die Erklärung begünstigen könnte, welche einige Physiker von dem im Gewitter auf den Blitz folgenden Rollen des Donners gegeben haben."

Wasserdampf, der Luft beigemengt, kann nach Laplace's scharfsinniger Bemerkung, wenn die Feuchtigkeit dem Sättigungspunkte nahe ist, wie die Wärme, und zwar durch Entbindung derselben beim Niederschlagen und Tropfbarwerden des Dampfes, zur Vermehrung der Geschwindigkeit des Schalles beitragen.

Die Erscheinungen, welche sowohl die Geschwindigkeit als die Intensität des Schalls in sehr dünnen Schichten der oberen Atmosphäre darbieten, sind ebenfalls wieder der Gegenstand schöner und sehr gründlicher Untersuchungen von Bravais und Martins geworden.

Es ist ihnen geglückt, bei ihrer kühnen Besteigung des Gipfels des Montblanc und einem mehrtägigen Aufenthalte in dem Circus (Grand Plateau) dicht unter dem Gipfel Diapasonversuche in Höhen von 4811 und 3930 Metern über dem Meere anzustellen.

Schon La Condamine hatte aus den Entfernungen, in denen er und Don Jorge Juan Kanonenschüsse gehört, geschlossen, daß unter dem Aequator in Gebirgsebenen, welche drei- bis viertausend Meter hoch liegen, die Intensität des Schalls, nach der äußersten Grenze der Vernehmbarkeit gemessen, nur  2/3  von der Intensität in der Ebene von Paris sey.

Diese Erfahrungen stimmten keineswegs mit den alten Versuchen von Hauksbee über Glockenschall in Recipienten, mit mehr oder weniger verdünnter Luft erfüllt, überein.

Saussure und einige andere Besteiger des Montblanc haben die Meinung verbreitet, daß in den Luftregionen, die sie erreicht, schon bei sehr geringen Entfernungen die Rede des Menschen auf die auffallendste Weise geschwächt sey.

Von dieser Schwächung haben wir, Bonpland, Carlos Montufar und ich, während eines dreijährigen Aufenthalts zwischen den Vulkanen von Popayan, Quito, Peru und Mexico nie etwas bemerkt, ob wir uns gleich so oft in viel größerer Höhe als der Gipfel des Montblanc, ja einige male in siebzehn- und achtzehntausend Fuß Höhe befanden.

Wir hörten einer des andern Stimme in dem gewöhnlichen Gespräche, oder uns aus der Ferne zurufend, ganz wie am Meeresufer; aber freilich lebten wir vorher seit vielen Monaten auf Höhen von sieben- bis neuntausend Fuß.

Ich wäre wohl geneigt der von Bravais geäußerten Vermuthung beizupflichten, daß bei den schnellen Reisen von Chamouni nach dem Gipfel des Montblanc oft das Gehörorgan und nicht die Intensität der Töne geschwächt ist.

Bravais und Martins haben auf dem Grand Plateau des Montblanc, nur 900 m unter dem höchsten Gipfel, in einem mit Schnee bedeckten Circus, bei ganz heiterem Himmel und ruhiger Luft (31. August 1844; Bar. 477 mm ,88; Temper. -- 3°,5; Tension des Wasserdampfes 0 mm ,06) das Diapason tönen lassen.

Die Grenze der Hörbarkeit war dort eine Entfernung von 337 m , während früher Bravais und Lepileur in der Ebene bei dem Dorfe Saint-Cheron bei Tage 254 m , bei Nacht 379 m gefunden hatten.

Auf dem Faulhorn, in einer Höhe von 2620 m (1. Oktober 1844; Bar. 558 mm; Temp. 7°,2; Tension des Dampfes mm ,62), fand sich die Grenze der Hörbarkeit sogar erst in einer Entfernung von 550 m . Diese Zahlen würden, wenn man sie auf die Temperatur von 0° und den Druck von 760 mm reducirt, für die Ebene von St. Cheron bei Tage 268 m , bei Nacht 394 m , für das Faulhorn 650 m , für das Plateau des Montblanc 422 m geben.

Was ist es, das der Hörbarkeit so viel weitere Grenzen sezt auf Höhen von sieben- und zwölftausend Fuß über dem Meere als in der Ebene? und wenn, wie Bravais vermuthet, die Ursache der Erscheinung in der größeren Stille der hohen Bergluft, in der Abwesenheit alles zufälligen Geräusches, in der Schwäche oder vielmehr Abwesenheit aller Vegetation, in dem Mangel von thierischem Leben zu suchen seyn soll, warum ist auf dem Plateau des Montblanc, das 5000 Fuß höher als das Faulhorn liegt, die Grenze der Hörbarkeit im Verhältniß von 3:2 geringer als auf jenem schweizer Gebirge?

Der Schall scheint allerdings in derselben Höhe über dem Meere, besonders in der Ebene, stärker bei hohem als bei niedrigem Barometerstande, stärker bei kalter, heiterer, dunstfreier Luft; aber die neuen direkten Versuche über die Grenze der Hörbarkeit auf hohen Bergen sind den früheren Aussprüchen der Physiker, daß die Dichtigkeit der Luft in dem Einfluß, den sie auf die Fortpflanzung des Schalls ausübt, mit ihrer Verminderung auch die Geschwindigkeit des Schalls vermindere und die Intensität desselben schwäche, sehr ungünstig.

Wie übermäßig dagegen die Grenzen der Hörbarkeit erweitert und die Fortpflanzung des Schalls befördert werden, wenn eine Luftsäule in feste Wandungen eingeschlossen ist, lehren meine Erfahrungen in den Schächten und Strecken der Bergwerke und in tiefen Brunnen, oder, nach Biots schönen Versuchen, in Röhren von 3000 Fuß Länge, durch welche Worte, so leise gesprochen, als wenn man in's Ohr flüstern wollte, ungeschwächt an das entgegengesezte Ende gelangten.

Die Vergleichung der Schallversuche, welche La Condamine 1740 auf dem Hochlande von Quito und, vier Jahre später, nach seiner Reise auf dem Amazonenstrome in Cayenne anstellte, hatte den thätigen und scharfsinnigen Mann auf den Einfluß, welchen die erhöhte Temperatur auf die Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Schalls ausübt, aufmerksam gemacht.

Er begnügt sich aber, in sein Reisejournal die numerischen Resultate der Geschwindigkeit, ohne Angabe und Diskussion der Thermometergrade, einzutragen.

La Condamine und Bouguer hatten in Quinche bei Oyambaro, nahe bei der Basis der berühmten Gradmessung, die Geschwindigkeit des Schalls 175 Toisen (341 m ) in der Sekunde gefunden: zwei Toisen größer als Cassini de Thury bei Paris.

Die Temperatur wird von Cassini zu 5° bis 7°1/2 angegeben; die, welche während der Versuche von Quinche in einer Höhe von acht- bis neuntausend Fuß mag geherrscht haben, ist nach Beobachtungen, die ich in der Umgegend angestellt, höchstens nur zwischen 10° und 12° anzunehmen.

Die Entfernung des in Quito aufgestellten Geschützes von Quinche betrug 10540 Toisen.

In dem ebenen Theile der heißen Zone, in Cayenne, war die Länge des Schallwegs von den Couronbergen herab volle 20230 Toisen.

Die Geschwindigkeit des Schalls wurde 183 Toisen (356 m ,6) gefunden: also in Vergleich mit Quinche eine Zunahme der Schallgeschwindigkeit von 8 Toisen oder 15,6 Metern bei einer Luftwärme, die man nicht unter 23° oder 25° schätzen kann.

Die berühmten Polarreisen der englischen Seefahrer haben viel Gelegenheit dargeboten La Condamine's amerikanische und Bianconi's venetianische Versuche von 1740 (das Resultat der mit der Temperatur zunehmenden Geschwindigkeit des Schalls) zu bekräftigen.

Cap. Parry fand auf der zweiten Expedition während seines Winteraufenthalts in Melville's Insel, durch freilich nur sehr mäßig lange Standlinien, bei -- 2°,6 Temp.

(hunderttheil. Therm.) 338 m , bei -- 19°,4 Temp. nur 328°,8, bei -- 40°,5 Temp. gar nur 314 m Geschwindigkeit.

Capitän Parry bemerkte auf seiner dritten Reise nach dem Nordpol, mit den Schiffen Hecla und Fury (1824 und 1825), wie bei heftiger Kälte über einer einförmigen Eisfläche, die keine Luftströme ungleicher Dichtigkeit veranlaßt, der Schall sich in sehr großen Entfernungen auf eine außerordentliche Weise fortpflanzte.

In Port Bowen hatte Lieutenant Foster von seinem Observatorium aus einen Matrosen auf die entgegengesezte Seite des Hafens geschickt, um ein Meridiansignal aufzustellen.

Da nun die wohlgemessene Entfernung 6696 englische Fuß betrug, so stellte er, um diesem ersten Matrosen Befehle durch Zurufen zu ertheilen, einen zweiten auf die Hälfte des Wegs, damit dieser das Gesprochene wiederholte.

Nach dem ersten Versuch fand sich, daß die Zwischenperson (der Wiederholer) völlig unnöthig war.

Capitän Foster konnte sich mit dem ersten Matrosen in 6696 englische Fuß Entfernung bequem unterhalten.

Die Kälte war 18° Fahr.

(-- 7°,5 Cent.), der Luftdruck 3014 engl Zoll.

Bei zunehmendem Luftdruck und zunehmender Kälte nahm in Port Bowen die Geschwindigkeit des Schalls auf merkwürdige Weise ab.

Sie wurde bei einem Barometerdruck von 30,118 engl. Zollen und + 33°,5 Fahr.

(+ 0°,7 C.) 1098 Fuß (334 m ,65), bei 30,398 Zoll und -- 38°,5 Fahr.

(-- 39°,5 C.) 1014 Fuß (309 m ,04) gefunden.

Nach der Analogie anderer Versuche ist hier der wirksamere Einfluß nicht der veränderte Luftdruck, sondern die Erniedrigung der Temperatur gewesen.

Alleinige Veränderung des Luftdrucks ohne gleichzeitige Veränderung der Temperatur scheint kaum bemerkbar auf die Geschwindigkeit des Schalls zu wirken.

Diese nahm auf Franklins merkwürdiger Reise in Kendalls Versuchen am Bärensee mit der zunehmenden Kälte dergestalt ab, daß sie bei -- 2°1/2 Cent. 331 m ,2, bei -- 40° Cent. aber nur 313 m ,9 betrug: ganz die Versuche von Melville's Insel und Port Bowen bekräftigend.