Was ist eigentlich Schall?

      Schall ist die mechanische Bewegung bzw. Schwingung von Materie (z.B. Luftteilchen). Bei ca. 200Pa (Pascal) werden die Luftmoleküle ca. 50µm auslenkt (sieht oben). Demnach ist also die Ausbreitung von Schall im Vakuum nicht möglich.

      Es entsteht eine Verdünnung und Verdichtung der Luft die sich bei einer ideale Schallquelle in alle Richtungen wellenartig ausbreitet, d.h. die Ausbreitung erfolgt Kugelförmig um die ideale Schallquelle (Punktstrahler). Diese Ausbreitungswellen nennt man Longitudinalwellen. Man kann sich diese Ausbreitung wie bei einem Wassertropfen der auf die Wasseroberfläche fällt vorstellen.


      schall

      Hinweis:
      Die Ausbreitung soll möglichst wie ein Punktstrahler funktionieren, jedoch ist dies insbesondere
      bei hohen Frequenz problematisch da das menschliche Ohr besonders gut hohe Frequenzen
      orten kann!

      Die Geschwindigkeit mit der sich die Longitudinalwellen im Raum ausbreiten ist Abhängig von der Materie und ist somit nicht immer gleich schnell. Die Geschwindigkeit c wird in Meter m pro Sekunde s angegeben.

      Die folgende Tabelle zeigt die unterschiedlichen Geschwindigkeiten bei den Materien:
      Materie Übertragungsmedium Ausbreitungsgeschwindigkeit
      Gase (Luftschall) Luft bei 20°C 343,8 m/s
        Luft bei 15°C 340 m/s
        Luft bei 0°C 331,8 m/s
        Luft bei -20°C 319,3 m/s
      Flüssigkeiten (Flüssigkeitsschall) Wasserstoff 1305 m/s
        Wasser 1480 m/s
      Festkörper (Körperschall) Gummi 50 m/s
        Stahl 5000 m/s

      Die Wellenlänge ergibt sich wie folgt:Bei einem 1000 Hz Sinus Ton (oder 1kHz) der sich in einen Raum mit 15°C Lufttemperatur ausbreitet ist der Schall 340 m/s schnell. Daraus ergibt sich folgende Schlussfolgerung: Die 1000 Schwingungen pro Sekunde verteilen sich auf 340 Meter da die Geschwindigkeit die gleiche Bezugsgröße hat, nämlich Sekunde (s) Geschwindigkeit = Meter pro Sekunde Frequenz = Schwingungen pro Sekunde Formel :
      Wellenlänge = Schallausbreitungsgeschwindigkeit [in m/s] / Frequenz (Periodendauer) [1/s]

      Also ist die Wellenlänge bei einem 1kHz Ton 43cm lang. [340m pro sek. / 1000Hz = 0,34 Meter]

      Die Absorption steigt mit dem Quadrat der Frequenz. In größeren Abstand zur Quelle können als nur noch tiefe Frequenzen wahrgenommen werden. Die Luft absorbiert den Rest. Bei Frequenzen um 3kHz kann die Luft die gleiche Absorbierung verursachen als Wände. Die Beugung ist ebenfalls Frequenzabhängig. Die tiefen Frequenzen werden an Hindernisse kaum gebeugt. Die Reflexion von Schall kann wie mit Licht oder das Stoßen beim Billard verglichen werden (Einfallswinkel = Ausfallswinkel) Hierzu muss die Reflexionsfläche "akustisch" Glatt sein, d.h. eine unverputzte raue Wand ist für ein 8kHz Ton (Wellenlänge = 4,25cm) sehr rau und für ein 50Hz Ton (Wellenlänge = 6,8m) Spiegel Glatt.

      Schallbereiche

      Der Hörschall spiegelt den Frequenzbereich dar, den das menschliche Ohr war nehmen kann. Dieser Frequenzbereich kann nicht hundertprozentig bestimmt werden, da der eine besser hört und der andere nicht so gut. Ein Musiker der Tag ein Tag aus sein Instrument spielt und auf jeden falschen Ton genauesten achtet wird besser hören, als ein Jugendlicher der jedes Wochenende in die Disco geht und sich den Hardcore Techno anhört und sich nur brüllend mit jemanden unterhalten kann.

      Das Hörvermögen ist des weiteren auch altersabhängig, d.h. ein Baby nimmt auch sehr hohe Tone war (bei 20kHz) während ein 80jähiger diese hohen Frequenzen überhaupt nicht mehr war nehmen kann. Der Frequenzbereich wurde von 16Hz bis 20.000Hz angesetzt. Bei Ukw wurde diese Bandbreite (19984Hz) begrenzt um Übertragungsbandbreite, und somit Übertragungskapazitäten einzusparen (20Hz bis 15000Hz). Auch bei digitaler Übertragung wird die Frequenzbandbreite begrenzt um somit Datenraten einsparen zu können und die Kapazitäten zu erhöhen.Das Institut für Rundfunktechnik hat festgestellt das der überwiegende Teil der Bevölkerung diese Bandbegrenzung nicht bemerkt.

      Der Infraschall liegt frequenzmäßig unterhalb des Hörschall Bereich bis 16 Hz und wird als Erschütterungen wahrgenommen. Das Trommelfell wird hierbei zu Subharmonischen angeregt. Bei der Audiotechnik können unerwünschte Effekte auftreten. Diese niedrigen Frequenzen können z.B. durch das zuschlagen einer Tür entstehen und eine hohe Amplitude ist die folge, wodurch die Mikrofone (bzw. deren Verstärker) ins Übersteuern gebracht werden. Unerwünschte Verzerrungen sind zu hören. Des weiteren erweist sich die hohe Auslenkungen der Lautsprechermembran als schädlich für den Lautsprecher. Die wohl bekanntesten Benutzer dieses Frequenzbereiches sind die Wale.

      Der Ultraschall liegt frequenzmäßig oberhalb des menschlichen Hörens und werden nicht über das Gehör, sondern über den Schädel, also Knochenschallweg, wahrgenommen. Eine Frequenzunterscheidung (ob 100kHz oder 500kHz) sind nicht klar zu definieren. Unsere liebsten Haustiere wie Hunde oder Katzen nehmen diesen Frequenzbereich sehr gut wahr und z.B. Fledermäuse benötigen es zur Orientierung in derDunkelheit. Technische Anwendungen sind unter anderem Ultraschall Geräte beim Arzt, frühere Fernbedienungen für Fernsehgeräte oder Echolot.

      Schallarten

      Der Schall kann aus einem Sinuston bestehen oder ein Gemisch aus ganz vielen Tönen sein was dann ein Geräusch darstellt. Eine sinusförmige Frequenz kann mit einem Oszilloscope gemessen und betrachtet werden. Es kann nur eine Frequenz zur Zeit dargestellt werden. Manchmal ist es jedoch wünschenswert, mehrere Frequenz auf einer Frequenzachse gleichzeitig dazustellen. Dies nennt man Frequenzspektrum und kann mit einem Frequenzspektrumanalyser betrachtet werden, um z.B. den Frequenzgang einer Frequenzweiche von einer Lautsprecherbox zu messen. Die einzelnen Frequenz werden mit einem Strich dargestellt und die Länge des Striches gibt die Amplitude der Frequenz wieder. Welche Signalform, also sinusförmig oder anders kann hierbei nicht gemessen werden.Die Definitionen:
      • Ton: eine sinusförmige Schallwelle
      • Klang: Grundton und Obertöne (ganzzahlige Vielfache des Grundton)
      • Geräusch: ein Gemisch aus ganz vielen Tönen die nicht periodisch sind
      • Weißes Rauschen: innerhalb eines Frequenzspektrum sind alle Frequenzen und Amplituden vorhanden. Überall gleiche Leistungsdichte
      • Rosa Rauschen: wie weißes Rauschen nur nimmt die Leistungsdichte mit 3dB pro Oktave ab
      • Oktave: Zwei Frequenzen stehen im Verhältnis 2 : 1
      • Dekade: das 10fache einer Frequenz (1/10)
      • Terz: 1/3 einer Oktave

       

      Artikeldetails

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      Wau Holland, dt. Computerfreak ("Hacker")
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      | Letzte Aktualisierung:Sonntag 15. Januar 2012, 12:26 Uhr