Schall – Töne, Klänge und Geräusche

Präsentation zum Thema: "Schall – Töne, Klänge und Geräusche"—  Präsentation transkript:

1 Schall – Töne, Klänge und Geräusche

2 Was ist Schall?

3 Versuche

4 Was kann man vom Schall sehen und fühlen?
Was kann man sehen und fühlen ... 1. Versuch: hüpfenden Kügelchen 2. Versuch: 2 Tambolines mit Pendel 3. Versuch: Stimmgabel ins Wasser halten Andere Versuche? -> Schall hat etwas mit Bewegung zu tun

5 Wellenberg http://www. kettering
Die einzelnen Seilstücke werden transversal ausgelenkt An der Wand wird der Wellenberg invertiert = Phasensprung Grund für Phasensprung: Die Wand reagiert auf die aufwärts gerichtete Kraft des ankommenden Wellenberges mit einer Gegenkraft in die entgegen gesetzte Richtung.

6 Longitudinale und transversale Wellen
Longitudinalwelle: Die Auslenkung verläuft parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle Transversalwelle: Die Auslenkung verläuft senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle (siehe Wellenberg)

7 Wellen Wie kann man Wellen erzeugen?
Eine Welle ist eine Störung, die sich in einem Medium ausbreitet. Was für Störungen gibt es? Wie sieht die Störung beim Tambolinversuch aus oder beim Versuch mit den hüfenden Kugeln oder beim Schall?

8 Schallwellen physikalisch gesehen
Physikalisch gesehen entsteht Schall durch eine wellenförmige Fortpflanzung einer Druck- und Dichteschwankungen in einem Medium. Die Störungen pflanzen sich durch Wechselwirkung der Moleküle im Medium aus. In Luft breiten sich longitudinale Wellen aus.

9 Physiker unterscheiden
Ton Klang Geräusch

10 Ton Physikalisch gesprochen ist ein echter Ton ein Schallereignis, das nur aus einer Sinuswelle besteht.

11 Klang Wird die E-Saite auf einer Gitarre gezupft, hört der Physiker nicht nur den Ton “E”, sondern einen Klang. Bei einem Klang überlagern sich verschiedene, bestimmte Wellen

12 Versuche: Ton und Klang mit Cassy

13 Tonentstehung bei Stimmgabel
Die Stimmgabel erzeugt eine Sinusschwingung

14 Schwingung der Stimmgabel sichtbar machen
Sinuswelle

15 Tonentstehung bei Xylophon

16 Beim Klang überlagern sich: Grundton und Obertöne
Die Flöte (oder Klarientee, oder…) produziert nicht nur den Ton E, sondern neben der Grundschwingung so genannte "Obertöne“ oder “Harmonische”. Obertöne haben ein Mehrfaches der Frequenz des jeweiligen Grundtons. Die Gesamtheit von Grundton und Obertönen ergibt das Frequenzspektrum eines Klangs.

17 Überlagerung von Wellen
Die Wellen addieren sich zu einer resultierenden Welle. Je nach Situation, wird der relative Wert jeder einzelnen Amplitude An eingehen.

18 Charakteristische Klang
Das Spektrum der Obertöne bestimmt den charakteristischen Klang eines Instruments. Ein “Klang" klingt umso voller und wärmer, je mehr Obertöne ihn begleiten. Bei einer Geige sind es mehr und stärkere Obertöne als bei einer Flöte.

19 Obertöne oder Harmonische bilden sich entsprechend den geometrischen Randbedingungen aus

20 Versuch : Stehende Seilwellen

21 Obertöne oder Harmonische bei beidseitig eingespannter Seite
Versuchsergebnis: Es bilden sich stehende Wellen, die je nach Erregerfrequenz unterschiedliche Wellenlängen besitzen. An den Enden befinden sich Schwingungsknoten Je größer die Frequenz, umso kleiner die Wellenlänge, da v = f*λ. (v = Geschwindigkeit, f = Frequenz, λ = Wellenlänge)

22 Stehende Wellen bei beidseitig eingespannten Seil
Freihandversuch: fest gebundenes Seil

23 Entstehung einer stehenden Welle http://www. kettering
Stehende Wellen entstehen durch Reflektion, das heißt, es überlagern sich zwei Wellen, die sich addieren: Y(x,t) = Asin (kx-ωt) + A sin (kx+ωt). Additionstheorems: sinθ1 + sinθ2 = 2 * cos 0,5 (θ1-θ2) sin 0,5 (θ1+θ2), (θ1 = kx+ ωt und θ2 = kx-ωt) -> Y(x,t) = 2A cos (ωt) sin (kx) Dies ist eine stehende Welle, da Zeit- und Ortsterm voneinander unabhängig sind.

24 Stehende Wellen bei beidseitig eingespannten Seil und beidseitig geschlossenem Rohr
Für alle Wellenlängen λn gilt: L = n* (λn/2) Entsprechend gilt für die Frequenzen: νn= n*(v/2L) = n* ν1 L = Länge des Rohres, v = Schallgeschwindigkeit, n= 1,2,3,…, νn = Frequenz in Abhängigkeit von n, λn = Wellenlänge in Abhängigkeit von n

25 Versuch: Stehende Wellen bei einseitig offenem Rohr

26 Stehende Wellen bei einseitig offenem Rohr
Geschlossenes Ende: Schwingungsknoten Offenes Ende: Schwingungsbauch Welche Bedingung gilt für die Wellenlänge?

27 Bedingung für stehende Wellen bei einseitig offenem Rohr und einseitig eingespanntem Seil:
L = n* (λn/4) υn = n*(v/4L) n = 1,3,5, ... (L = Länge des Rohres, λ = Wellenlänge, υ = Frequenz, v = Geschwindigkeit n = 1,3,5,...) L

28 Versuch: Stehende Welle bei beidseitig offenemRohr

29 Bedingungen für stehende Wellen bei beidseitig offenem Rohr
Schwingungs-bäuche an beiden Seiten des Rohres L = n*(λ/2)

30 Chladni-Figuren Die Figuren entstehen, indem man mit einem Geigenbogen am Rand des Metalltellers streicht

31 Stehende Wellen in Abhängigkeit von der Frequenz
Die holographischen Interferemnzaufnahmen zeigen die stehenden Wellen oder Schwingungsmoden einer Tischglocke. Die „bullaugenähnlichen“ Gebiete sind Schwingungsbäuche.

32 Zusammenfassung Die durch die Geometrie vorgegeben Grundtöne und Obertöne sind stehende Wellen. Die stehenden Wellen überlagern sich und bilden so einen für die Geometrie des Körpers charakteristischen Klang