Computerorientierte Physik Schallinterferenz Gruppe: Krzysztof Baczynski, Julian Grond, David Kammerlander, Michael Krainer, Robert Roloff, Günther Waxenegger Betreuer: Prof. Dr. Peter Knoll, Robert Nuster Sommersemester 2003

Ziel Die Ausmessung eines Schallfeldes in einer Kiste, wobei die erlangten Messwerte mithilfe des Computers verarbeitet und visualisiert wurden.

Aufbau Die Holzkiste mit Abmessungen: 100 cm x 70 cm x 50 cm Positionierungssystem Elektronik und Steuerung Die Elektronik: LPT – Karte, 4 Schrittmotoren, PC, Funktionsgenerator, Spannungsquelle, Lock – in – Verstärker. Das ganze Positionierungssystem wurde vom Computer gesteuert, dazu dient das in C geschriebene Programm mit Implementierungen aus dem zu der LPT – Karte mitgelieferten Programm.

Positionierungssystem Das Elektret – Kondensator- Mikrofonkapsel kann mit einem eigenen mechanischen Aufbau, der von der Werkstatt des Instituts für Experimentalphysik in mehreren Schritten gefertigt wurde, an jede Position (gegeben durch drei Koordinate x, y z) der Kiste bewegt werden.

Messungen Die Schrittfläche ist von 70 mal 44 Schritten zu je 1.13 cm. Es gab zwei Messungen (eine für Phase 0° und eine für Phase 90° am Lock – In - Verstärker). Sie folgten automatisch (dauerten ca. 6 Stunden). Die gewonnenen Messdaten wurden mit Hilfe von Mathematica bearbeitet und dargestellt. Dabei wurden aus den Werten der beiden Messungen Phase und Intensität berechnet. Um das Messergebnis aufschlussreicher darzustellen, wurden die 3195 Messwerte mittels Listinterpolation auf das 10-fache erweitert und durch einen List- Intensity-Plot bzw. 3D-Plot visualisiert.

Ergebnisse I 3D-Plot der Intensität Auf Plot sind die Positionen der Lautsprecher (Intensitätsmaxima an der rechten Seitenfläche) zu erkennen. Da die beiden Lautsprecher 9 cm vor den angrenzenden Wänden befestigt und nach hinten offen sind, kommt es zu zusätzlichen Interferenzerscheinungen in deren näherer Umgebung. Weiters fällt ein Gebiet auf, indem es zu destruktiver Interferenz kommt. (Ca. 25 cm von der den Lautsprechern gegenüberliegenden Wand entfernt.)

Ergebnisse II Densityplot der Intensität Die Wellenlänge bei einer Frequenz von 2 kHz beträgt ca. 17 cm. Die hier erkennbaren Strukturen sind in dieser Größenordnung.

Ergebnisse III Densityplot der Phase Vergleicht man die beiden Dichteplots miteinander, fällt auf, dass an Stellen an denen die Intensität nahe bei Null ist, die Phase ungenau bestimmt ist. Weiss: hohe Intensität bzw. Phase 90°

Fehlerbetrachtung Weil es schwierig ist, die beiden Lautsprecher exakt entlang der Kistenbodendiagonale auszurichten, kommt es durch unterschiedliche Einfallswinkel an den Kistenwänden zu Gangunterschieden und daraus resultierenden Phasenverschiebungen, was vermutlich erklärt, dass der Bereich der destruktiven Interferenz nicht parallel zu den kurzen Seitenkanten der Kiste gerichtet ist. Der Störeffekt des Mikrofons ist zu vernachlässigen, da es klein gegenüber der Wellenlänge (ca.17 cm) ist. Mögliche Fehler durch äußere Schallquellen oder Störgeräusche, können aufgrund des Lock-In-Systems ebenfalls außer Acht gelassen werden. In den Plots sieht man eine feine Streifenstruktur, viel kleiner als die Wellenlänge. Mögliche Ursachen: der Lock – In – Verstärker mittelt über eine Zeit von einer Sekunde, die Standzeit des Mikrofons ist aber kürzer und deswegen könnte ein Störsignal von der Motorbewegung dabei sein und unterschiedlich stark sein, je nachdem, in welche Richtung sich das Mikrofon bewegt. Fehler in der Positionsmessung des Mikrofons

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