Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Physik des Schalls Eine kleine Einführung für Studierende der Psychologie.

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "Physik des Schalls Eine kleine Einführung für Studierende der Psychologie."—  Präsentation transkript:

1 Physik des Schalls Eine kleine Einführung für Studierende der Psychologie

2 Schwingungen und Wellen Schallquelle: schwingendes Objekt, Hz. –einfachste Schwingung: Sinusschwingung z. B.: Federschwingung. 2 Parameter: Steifheit und Masse. Schallwellen: Fortpflanzung der Schwingung in einem elastischen Medium. Steifheit Frequenz Masse Frequenz (2 )² = ² = D / m Wellenwiderstand = Schallhärte = Impedanz Geschwindigkeit Dichte Geschwindigkeit c = Z /

3 Schallausbreitung Schallausbreitung: –kurze Wellenlängen (im Verhältnis zu Objekten): geometrisch (wie Licht) Refraktion (= Brechung, je kleiner der Impedanzunterschied Z, desto mehr) Reflexion (je größer Z, desto mehr) z.B. senkrechter Schall auf Wasser: Reflexion = (Z 1 –Z 2 )² / (Z 1 +Z 2 )² = 0.999, Transmission = 4Z 1 Z 2 / (Z 1 +Z 2 )² = Schatten (Schallschutzmaßnahmen, Kopfschatten) –lange Wellenlängen: Beugung Schallgeschwindigkeit: –Luft:340 m/s(Außenohr) –Wasser:1450 m/s(Fische, Innenohr) –Stahl:5100 m/s(U-Bahn, Stethoskop) Q Impedanz: Z = c · –410 kg/(s·m²) – kg/(s·m²) – kg/(s·m²)

4 Intensität und Amplitude Intensität = Energie pro s und m² I = E / (A·T) [W/m²] drei Arten Amplitude: – 0 maximale Auslenkung –v 0 = 2 0 maximale Geschwindigkeit, Schallschnelle – p = Z v 0 Schalldruck (sound pressure level, SPL) Intensität Amplitude² z.B.: I = ½ c v 0 ² dB (deziBel): 10 dB = ein Bel = eine Zehnerpotenz (aber von was? Amplitude oder Intensität?) 10 dB = zehnfache Intensität 20 dB = hundertfache Intensität = zehnfache Amplitude 1 dB = · Intensität = 1.26 · Intensität = 1 emU 3 dB = · Intensität doppelte Intensität 1 – 4 kHz: Schmerz- zu Hörschwelle = 130 dB Schmerzschwelle bei 200 Hz: 1 W/m² (v 0 = 7 cm/s, 0 = 0.06 mm) Hörschwelle bei 2 kHz: 3 · W/m² ( 0 = mm = nm) Moleküldurchmesser N 2 : nm

5 Abfall der Intensität mit der Distanz Eine Punktquelle strahlt kugelförmige Wellen aus: –Energieerhaltung Die Intensität nimmt quadratisch mit dem Abstand ab. I 1 / r²,doppelter Abstand: 6 dB leiser (halbe Amplitude). Absorption –Pro Meter wird ein gewisser Anteil der Energie in Wärme umgesetzt. I e –r / L / r² –Je höher die Frequenz, desto mehr Absorption. Reichweite L (Abfall der Energie auf 1/e) in trockener Luft bei 100 kHz:L = 2.70 m. bei 1 MHz:L = 2.7 cm. –Die Oberfläche der Welle vergrößert sich quadratisch mit dem Abstand.

6 Hörbereich

7 Überlagerung mehrere Sinustöne inharmonisch

8 Überlagerung mehrere Sinustöne harmonisch

9 Überlagerung mehrere Sinustöne Ein komplexer periodischer Vorgang mit der Grundfrequenz F 0 läßt sich als Summe von Sinustönen mit der Frequenz 1·F 0, 2·F 0, 3·F 0, … darstellen. Fourier-Analyse, Spektralanalyse. Wenn man Sinustöne überlagert, die Vielfache (Harmonische, Obertöne) einer gemeinsamen Grundfrequenz F 0 sind, dann ist die Summe periodisch mit dieser Grundfrequenz F 0. In der Natur gibt es keine Sinustöne.

10 Fragen Wozu brauchen wir das Mittelohr? Weil sonst 99,9% des Schalls reflektiert würden. Weshalb orten Fledermäuse ihre Beute mit Ultraschall? Die Wellenlänge bei 100 kHz ist 3.4 mm. Schall von rechts: Bei welchen Frequenzen ist der Intensitätsunterschied zwischen den Ohren größer, bei den hohen oder bei den tiefen? Warum höre ich den Bohrer in der Wand 4 Stock tiefer fast genauso gut wie den Bohrer 1 Stock tiefer?


Herunterladen ppt "Physik des Schalls Eine kleine Einführung für Studierende der Psychologie."

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen