Akustik Untersuchung des Schalls (Enstehung, Ausbreitung und Vernichtung) - Gitterschwingungen im...

Akustik

Akustik

Untersuchung des Schalls(Enstehung, Ausbreitung und Vernichtung)

- Gitterschwingungen

im Festkörper (Schwingquarz)

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Frequenz

Infraschall hörbarer Schall Ultraschall Hyperschall

16 Hz 20 kHz 1 GHz

-Erdbeben-Orientierung der Waale (Störung durch Schiffsdiesel)-Luftdruckschwankungen bei Föhn

-Fledermausrufe-Piezokeramiken (Druck erzeugt elektr. Spannung)-Magnetostriktive Wandler (Magnerfeld verzerrt Kristall)- Echolot

hörbarer Schall

Rasche Luftdruckschwankungen bezeichnet manals Schall.

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Luftdruckschwankungen breitensich als longitudinale Wellen aus.

Die Schwingungsrichtung ist

parallel zur Ausbreitungsrichtung.

Schall braucht ein Medium zur Ausbreitung

(z.B. Luft)2

Grundbegriffe der Schwingungslehre

Definition der harmonischen Schwingung:

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Bei einer harmonischen Schwingung ist die Rückstellkraft

proportional zur Auslenkung

(Hooke‘sches Gesetz bei Federschwingung) Eine harmonische Schwingung hat einen sinusförmigen Verlauf

y(t) = A* sin (ω * t ) mit ω = 2 * π / T

Die Schwingungsdauer T ist der zeitliche Abstand zwischen zweigleichartigen Schwingungszuständen (gleiche Phase)

Der Kehrwert der Schwingungsdauer heißt Frequenz f = 1/T; sie gibt die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde an.

Eine harmonische Schwingung kann als Projektion einer Kreisbewegung beschrieben werden

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Grundbegriffe der Schwingungslehre

Definition der harmonischen Schwingung:

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y(t) = A* sin (ω * t )

Grundbegriffe der Schwingungslehre

Freie Schwingung: Die Schwingung wird einmal angeregt, dann sich selbst überlassen;

ihre Schwingungsfrequenz nennt man Eigenfrequenz.

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Erzwungene Schwingung: Die Anregung der Schwingung ist fortlaufend. Die

Schwingungsbewegung erfolgt mit der Frequenz des Anregers.

Resonanz: Die Energieübertragung ist dann am besten, wenn Anregungs- und

Eigenfrequenz gleich sind.

Dopplereffekt

Schallquelle bewegt sich relativ zur Luftmasse mit Geschwindigkeit v :

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Akustische Wahrnehmung

Ton: Ein Ton ist eine reine Sinusschwingung.

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Klang: Bei einem Klang überlagern sich mehrere Sinusschwingungen.

Ob der Klang „wohlklingend“ ist, das hängt von der kulturellen Gewöhnung des Hörsinns ab. In der abendländischen Tradition gilt das rationale Zahlenverhältnis zwischen zwei Tönen als Maß für den Wohlklang:

1 : 2 Oktave; 2 : 3 Quint; 3 : 4 Quart; 4 : 5 große Terz etc.

Geräusch: Es überlagern sich beliebig viele Töne.

Darstellung von Tönen

physikalischanalog:

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physikalischdigital:

musikalisch(Notenschrift):

Darstellung von Tönen(Amplitude = Lautstärke)

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Darstellung von Tönen(Frequenz = Tonhöhe)

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Akustische Wahrnehmung

natürlicheObertonreihe:

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jede Schallquelle (Stimme,

Musikinstrument) strahlt

Luftschwingungen in der

Grundfrequenz ab, aber auch in den darüberliegenden „harmonischen

Vielfachen“ derselben:sie „klingt“

Ganzzahliges Vielfaches

der Grundfrequenz

Akustische Wahrnehmung

Stimmen- undMusikinstrumentenErkennung:

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charakteristische

Tonhöhenlautstärke

der Obertonreihe Der Grundton bestimmt die

Tonhöhe; die Obertöne be-

stimmen die „Klangfarbe“,

durch die wir Geige von Flöte

unterscheiden können. Weißes Rauschen: alle

Frequenzen in beliebiger

Tonhöhenlautstärke

Schwebung

Die Frequenz, mit der die beiden (nahe beieinander liegenden) TöneAn- und abschwellen, wird als ein eigener Ton wahrgenommen

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