Akustik

Echoortung - Beispiel Fledermaus

Marble

Die Takoma Bridge war eine Hängebrücke über den Potomac River zwischen Takoma Park, Maryland und Washington, D.C. Im Jahr 1940 brach die Brücke zusammen und tötete 75 Menschen. Der Einsturz wurde durch Resonanzen verursacht, die durch die Schritte der Menschen auf der Brücke ausgelöst wurden. Als Folge wurden neue Sicherheitsmaßnahmen und Standards eingeführt, um Brücken widerstandsfähiger gegenüber Resonanzen zu machen.

Misc texture 2

Aber was ist eigentlich Schallgeschwindigkeit

Schall breitet sich in jedem Stoff mit einer bestimmten Geschwindigkeit aus.&nbsp;Diese Geschwindigkeit ist die Schallgeschwindigkeit. In der Luft liegt die Schallgeschwindigkeit bei etwa 1236 Kilometern pro Stunde

Dort hört und sieht man das der Jet die Schallmauer durchbricht. Es gibt einen lauten Knall und einen Wolke

Echo-Reflektion

Eine wichtige Eigenschaft von Schalwellen ist, dass die an wänden reflektieren. Mit diesem Prinzip ist vieles möglich zB. Echoortung Doch dazu später mehr...

Das Prinzip der Echoreflexion könnte man zB. in den Bergen wahrnehmen dort kann man gleich öfter hintereinander wahrnehmen, wie das Echo reflektiert. Auch Tiere benutzen dieses Prinzip, (Fledermäuse als Beispiel zur Orientierung, aber auch dazu später mehr...). Dieses Prinzip wird auch Nachhall genannt

Auf dem Bild kann man eine optische Reflektion erkennen kann, anhand des Schwans, welcher sich im Wasser spiegelt

Dark wood

von Clara und Wiebke

Der Dopplereffekt

                                  ~Eigenschaften von Wellen~

Chalkboard

Wie hören wir?

Wir hören, wenn Schallwellen durch die Luft an unser Trommelfell gelangt. Dort gelangen sie ins Mittelohr und weiter ins Innenohr, dort werden sie in elektrische Impulse umgewandelt. Diese gelangen über den Hörnerv an das Hörzentrum und werden anschließend ins Gehirn weitergeleitet

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Was ist der Dopplereffekt ?

Dopplereffekt:

Aber was ist eigentlich der Dopplereffekt?

Wenn etwas Schall erzeugt (z.B. ein Krankenwagen), entstehen Kreiswellen, diese bilden sich immer kreisförmig um den Sender, des Signals. Bewegt sich der Sender, so kommt es zu einer "Stauchung" bzw. Dehnung der Wellen, da der Krankenwagen in die alten Kreiswellen reinfährt und dort neue erzeugt. Das führt also dazu, dass die Wellen vor dem Krankenwagen dichter zusammen sind, als hinter dem Krankenwagen.

- Je dichter die Kreiswellen, desto höher ist der Ton.

- Je weiter auseinander die Kreiswellen, desto tiefer ist der Ton.

Man kann als Beispiel Noise Cancelling nehmen 

Geräte mit denen Noise-Cancelling funktoniert

Noise-Cancelling unterdrückt Geräusche und filtriert und dämpft die Umgebungsgeräusche. Hierbei werden Gegengeräusche genutzt, welches auf Basis aller Umgebungsgeräusche erzeugt wird. Diese Umgebungsgeräusche werden von Mikrofonen in den Kopfhörern aufgenommen.

Falls sie noch mehr Interesse an Noise Cancelling haben gucken sie sich kurz das Video an --&gt;

https://www.youtube.com/watch?v=02GCF0Rbt1Q

Dreidemsionales Hören ist eine akustische Täuschung, die durch die Überlagerung von Schallwellen im Gehirn Entsteht. Diese Verstärken die Kopfhörer nur in dem sie die Geräusche verstärken.

Wie kann ich über Kopfhörer räumlich hören?

(Dreidimensionales Hören ist sehr beliebt bei Producern, Songwritern) --&gt; Apple Air pods pro max --&gt;

Außerdem fühlt man sich als Zuschauer dank des Dreidimensionales hören  als sei man mitten im Geschehen. Dies soll ein ähnliches Gefühl wie im Musikstudio herbei heben.

Small dotted paper

- durch das Anschlagen der Saite, werden die Luftteilchen      in Schwingungen versetzt

- die Luftteilchen stoßen sich gegenseitig an 

- es gibt Bereiche mit mehr Luftteilchen und Bereiche mit weniger Luftteilchen

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Darstellung der Luftteilchen (mithilfe von Magneten): 

Warp black

Je leiser ein Ton, desto kleiner ist seine Amplitude.&nbsp;Die Amplitude ist die maximale Auslenkung einer Schwingung. Die kleinste Auslenkung einer Schwingung nennt man Amplitude.

Die Periode T einer Welle ist&nbsp;diejenige Zeit, die zwischen der Ankunft zweier aufeinanderfolgender Berge (oder Täler) an einem Ort vergeht.

Es gibt verschiedene Experimente wie man Schallgeschwindigkeit bestimmen kann unteranderem mit dem unten stehenden Bild.

Auf diesem Bild ist ein Experiment dargestellt wie einen Person mit einem Hammer auf eine Glocke haut. In einer gewissen Entfernung steht dann einer andere Person die mit einer Stoppuhr steht und die Zeit stoppt und wenn sie ein Geräusch hört 

Das Ohr

Hammer= Überträgt Schwingungen Amboss=leitet Schwingungen weiter Bogengänge=Festestellung und Regulierung von Drehbewegungen Steigbügel= übertragt Schwingungen Hörnerv= wandelt wechseldruck in elekrischen Impuls um Schnecke= wandelt Schalwellen in elektrische Nervenimpulse um

Innenohr= Klänge in Nervenreize umsetzten Eutsatische Röhre=sorgt für Druckausgleich Trommelfell=überträgt Schallwellen und schütz das Mittelohr Außenohr= Schallwellen einfangen -&gt; Trommelfell Ohrmuschel= Ortung der Schallquelle im Raum Äußerer Gehörgang= Schallwellen weiterleiten

Die Frequenz (f) gibt die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde an. Sie ist der Kehrwert der Periodendauer. Jede Schallquelle hat eine eigene bestimmte Frequenz. 1 Hz = 1 Schwingung pro Sekunde = 1/s. Vom gesunden Ohr werden nur Schallwellen mit einer Frequenz zwischen 0 bzw. 20 und 16.000 bis max. 20.000 Hertz wahrgenommen.

Je höher die Frequenz - also die Häufigkeit, mit der eine Schallwelle in der Sekunde schwingt, desto höher klingt der Ton.&nbsp;

Wie Laut kann ein Mensch hören ?

Das Hörfeld, d. h. der Wahrnehmungsbereich, eines gesunden jungen Erwachsenen liegt&nbsp;zwischen 0 und 10 Dezibel. Die „Schmerzgrenze“ liegt in der Regel bei ungefähr 120 Dezibel und wird nicht umsonst so genannt. Ab dieser Lautstärke hören wir nichts mehr, sondern empfinden nur noch Schmerzen

Das Hören

n = Anzahl der Schwingungen f = Frequenz [Hz] Anzahl der Schwingungen pro Sekunde T = Schwingungsdauer (Dauer einer Schwingung) [s] a = Amplitude [m] Schwingungsweite (dB)

Die&nbsp;Tonhöhe&nbsp;wird durch die&nbsp;Frequenz&nbsp;der Schwingungen, bestimmt. Je größer die Frequenz der Schwingungen ist, desto höher ist der Ton. Töne von 50 Hz oder 100 Hz nehmen wir als tiefe Töne wahr. Töne mit Frequenzen von 2 000 Hz oder 5 000 Hz empfinden wir als hohe Töne. Die tiefsten vom Menschen wahrnehmbaren Töne liegen bei 16 Hz, die höchsten bei 20 000 Hz.

Die&nbsp;Lautstärke&nbsp;wird durch die&nbsp;Amplitude&nbsp;der Schwingungen bestimmt. Je größer die Amplitude der Schwingungen ist, desto lauter ist der Ton. Die Lautstärke gibt an, wie laut oder leise wir Schall empfinden, sie wird in Dezibel kurz für dB angegeben. Geräusche bis etwa 30 dB empfinden wir als ruhig. Ständiger Lärm von über 85 dB kann längerfristig zu&nbsp;Hörschäden&nbsp;führen.

- Pappe mit Loch - gespannte Folie - Kerze

Durch das Loch vorne in der Röhre wird der Schall fokusiert.

Durch das Gegenschnipsen/Klopfen an die gespannte Folie, entstehen Schallwellen, die durch die Papprolle geleitet werden und am Ende auf die Kerze treffen, wodurch die Kerze erlischt.

Chladni-Figuren entstehen durch Resonanzschwingungen, die durch Streichen eines Bogens über eine feste Platte erzeugt werden. Die Muster werden durch feinen Sand, der sich auf den nicht-vibrierenden Bereichen ansammelt, sichtbar. Die Chladni-Figuren haben praktische Anwendungen in der Musik, Akustik und Materialwissenschaften, um Schwingungsmodi von Instrumenten oder die Festigkeit von Materialien zu untersuchen. Ernst Chladni entdeckte, dass die Muster von der Form und Größe der Platte sowie ihrer Zusammensetzung abhängen. Chladni-Figuren sind ein gutes Beispiel für die Anwendung von Resonanzen in verschiedenen Bereichen der Wissenschaft und Technologie.

Entfernungsbestimmung über Echoortung

Echoortung&nbsp;oder auch&nbsp;Echolokation&nbsp;ist die Erkennung der Lage und Art von Objekten durch Aussenden von&nbsp;Schall- oder&nbsp;Radiowellen&nbsp;und Analyse der von den Objekten&nbsp;reflektieren&nbsp;Wellen. Das Verfahren findet sowohl bei Tieren&nbsp;als auch in der Technik statt. 

In der Echoortung werden Schall- oder Radiowellen aktiv ausgesendet. Treffen die Wellen auf ein Hindernis, werden sie zurückgeworfen, aus dieser Laufzeit, kann die Entfernung, Richtung und Größe des Hindernis ermittelt werden. Die Bestimmung der Richtung, aus der die Echos eintreffen, kann mit Hilfe mehrerer Empfänger an unterschiedlichen Stellen erfolgen, aus den Laufzeitunterschieden zwischen den Empfängern kann dann die Richtung des Echos und damit die Richtung des Hindernisses bestimmt werden. Eine Alternative zur Verwendung mehrerer Empfänger ist die Verwendung von schwenkbaren Sendern und Empfängern und das Senden von gebündelten Signalen, so werden nur Hindernisse erfasst, die sich in der “Sendekeule“ befinden. Die Sende- und Empfangsrichtung entspricht dann der Richtung des Hindernisses. Um nach dem Senden eines Wellenpakets nicht warten zu müssen, bis alle Reflexionen eingetroffen sind, kann der Sender auch kontinuierlich senden, aber mit zeitabhängiger Frequenz, aus diesen ergibt sich ein Zeitpunkt, zu dem die Frequenzgesendet wurde und aus der Laufzeit, die Entfernung des Hindernisses. Den gleichen Effekt kann man auch durch das Senden zeitabhängiger Codes erreichen. Indem der Empfänger vergleicht, zu welchem Zeitpunkt der gerade empfangene Code versendet wurde, kann er die Laufzeit und daraus die Entfernung bestimmen.

Die rote/blaue Welle sind die sich überlagernden (interferierenden) Wellen. Die lila farbige Welle ist die aus der Überlagerung entstehende resultierende Welle.

Als Interferenz wird das Phänomen bezeichnet, dass sich zwei oder mehrere Wellen nach dem sogenannten Superpositionsprinzip überlagern. Das bedeutet, dass sich ihre Amplituden addieren (plus nehmen), wodurch sich die Wellen in bestimmten Bereichen verstärken oder abschwächen.

Die Wellen gehen aufeinander über wie bei einer Interferenz

Resonanz tritt auf, wenn eine periodische Bewegung auf eine Struktur übertragen wird, die eine natürliche Frequenz hat, die mit der Frequenz der Bewegung übereinstimmt. Wenn die Amplitude der Schwingung groß genug ist, kann dies dazu führen, dass die Struktur versagt. Die Resonanz tritt in verschiedenen Systemen auf, wie beispielsweise in elektrischen Schwingkreisen, akustischen Systemen oder mechanischen Strukturen wie Brücken, Gebäuden und Maschinen. Resonanz kann nützlich sein, um bestimmte Effekte zu erzielen, wie zum Beispiel in Musikinstrumenten oder in der Datenübertragung, aber sie kann auch zu gefährlichen Auswirkungen auf die Stabilität von Strukturen führen, wenn diese nicht gegen Resonanzen gesichert sind.

Das Auslenkungs- Zeit- Diagramm besitzt ein regelmäßiges Schwingungsbild

Das Auslenkungs-Zeit-Diagramm (z.B. ein Knall) zeigt ein völlig unregelmäßiges Schwingungsbild

Das Auslenkungs- Zeit- Diagramm zeigt ein kompliziertes Schwingungsbild mit sich wiederholenden Abschnitten

REFLEXION

Schall= Materie wird in mechanische Schwingungen versetzt -Bedeutet Teilchen bewegt sich um die ursprüngliche Ruhelage hin und her Schall besteht aus Schwingungen

Die Wellenmaschine erzeugt Schwingungen welche zu einem Geräusch führen, welcher sich dann in Schallwellen im Raum ausbreitet

Schall erzeugt man dadurch, indem man beispielsweise einen Körper zu elastischen Schwingungen anregt. 

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