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 Kompressibilität des Materials für Gase Schallwellen und Medium Versuch: Klingel unter Vakuumglocke Schallgeschwindigkeit Laufzeitmessung im Praktikum.

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Präsentation zum Thema: " Kompressibilität des Materials für Gase Schallwellen und Medium Versuch: Klingel unter Vakuumglocke Schallgeschwindigkeit Laufzeitmessung im Praktikum."—  Präsentation transkript:

1  Kompressibilität des Materials für Gase Schallwellen und Medium Versuch: Klingel unter Vakuumglocke Schallgeschwindigkeit Laufzeitmessung im Praktikum 5.3 Schallwellen, Akustik Versuch: Luftsäule mit Pulver longitudinale Welle Momentaufnahme Maxima: Wellenlänge Frequenz WechseldruckSchallschnelle p max p min p0p0 bei = 1kHz = 0,33 m = 1,5 m = 3,6 m

2 Wechseldruck [Pa] Wechseldichte [kg/m 3 ] Schallschnelle [m/s] Wellenwiderstand [kg/m 2 s] „Materialkonstante“ Schmerzgrenze Amplituden der Schallwelle 100 Pa Zahlenbeispiel: Luft Wechseldruck 1mbar  Schallschnelle 0,23 m/s Knochen Wechseldruck 1mbar  Schallschnelle 16 µm/s

3 Daten zu akustischen Wellen große Unterschiede  guter Kontrast im Ultraschalbild Verhalten von Schallwellen an einer Grenzfläche Brechung von Schallwellen schwer beobachtbar, da ein Schallstrahl nicht leicht erzeugbar ist. Transmission Luft Gewebe Reflexion Z1Z1 Z2Z2

4 Ausbreitung im begrenzten Raum durch Reflexionen und Beugung und Interferenz geprägt. Akustik m = 1m = 3 stehende Welle: Rohrende mit Knoten ganzzahliges m  Abstrahlung durch gesamte Luftsäule Eindrucklaut! Modellraum: schwingende Luftsäule l v = v max v = 0 Experiment mit He

5 Vokale Registrierung von Sprachlauten auf einem Oszillographen Mundhöhle als Resonanzraum

6 beliebige Zeitfunktion AmplitudeFrequenzstationär Darstellung von Amplitude und Frequenz in der Zeit  Spektrum Sprache: zeitabhängig Übergang von einem Laut zum nächsten A E I O U Formanten charakteristisches Frequenzintervall in Hz Fourierdarstellung Wie identifiziert man Sprachlaute? Simulation Aufnahme Schwebung?

7 Spektrum Frequenz 0 Hz 1000 Hz 2000 Hz 3000 Hz 4000 Hz Farben entsprechen Intensitäten Grundfrequenz 3 Sekunden WolltIhrdento talen Krieg Goebbels, Sportpalastrede höchste Grundfrequenz 340Hz Obertöne bis 5000Hz sichtbar Formanten-Muster der Vokale gut sichtbar rechten beiden Säulen: Übergang von A nach I

8 EmpfindlichkeitAnpassung Übersetzung Ohrmuschel, Trommelfell, Knochenmechanik ZeitanalyseFrequenz und räumlicher Eindruck Amplitudenunterschiede rechts/links räumlicher Eindruck Detektion von Schallwellen Ohr FrequenzanalyseBasilarmembran

9 Schallwelle entspricht Energietransport Quantitatives Maß: Intensität Effektivwert Hörschwelle I schwelle = (2·10 -5 Pa) 2 / 428 kg/m 2 s  W/m 2 in Luft Schmerzgrenze I max  1 W/m 2 Dynamik10 6 für Druck und für Energie L(Hörschwelle)  0dBL(Schmerzgrenze)  120 dB Schallstärke: relatives Maß bezogen auf die „Hörschwelle“ I 0 = W/m 2 bei 1kHz I = I 0 ·10 L Logarithmus Schalldruckpegel (dB SPL) sound pressure level Lautstärke

10 Kurven gleichen LautstärkeeindrucksIsophone Empfindlichkeit Ohr Bezugs- schalldruck Schalldruckpegel (dB SPL) Donner lauter Industrielärm lauter Straßenlärm normales Gespräch leises Gespräch ländliche Ruhe Lautstärkepegel 1Phon = 1dB SPL bei 1kHz Isophonen normale Hörschwelle Schmerz- schwelle Unbehaglich keitsschwelle Hauptsprach- bereich

11 Frequenzspektrum bewertet mit Filter A (etwa der Hörempfindlichkeit des Ohres folgend) Lautstärke einiger Geräusche in dB(A)

12 > 20 kHz jenseits der Hörgrenze Wellenlänge in Luft:  < 1,6 cm  gute räumliche Auflösung möglich Anpassung des Wellenwiderstandes an Grenzflächen  Gel  optimiertes Eindringen Gewebewirkung? Therapeutischer EinsatzUltraschallsender bei 870 kHz typische Leistungen 10 W Sendefläche 4 cm 2 Sendeintensität I = 2,5·10 4 W/m 2 Wechseldruck: Muskel Schallschnelle: Wechseldruck ist von Bedeutung Ultraschall Resonanzanregung im Körper  Zertrümmerung von Nierensteinen Ultraschallpulse

13 Bilderzeugung oder Geschwindigkeitsmessung, -feld z.B. Dopplereffekt Reflexion an Strukturen Grenzflächen, da Wechsel des Wellenwiderstandes Laufzeit zum Empfänger  Entfernung Amplitude der reflektierten Welle  Material  Schwärzung oder Falschfarben Konstruktion eines Bildes Zusammensetzung von verschiedenen Strahlrichtungen Ultraschalltomographie Impuls-Echo-Verfahren Pulsverfahren Diagnostischer Einsatz Licht Dauerschall-Verfahren: Frequenzverschiebung zwischen bewegtem Sender und/oder Empfänger Doppler-Effekt Messung von Strömungen, DurchblutungReflektor Doppler


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