Akustik Flashcards
Was ist Schall?
- Die Schwingung von Teilchen in einem elastischen Medium.
- Schallintensität wird gemessen über den Schalldruck und logarithmisch dargestellt (dB Skala).
- Schallschwingungen besitzen eine Frequenz (Spektrum) und eine Wellenlänge.
- Schall besitzt eine Ausbreitungsgeschwindigkeit, die von der Dichte des Mediums abhängt (z.B. in Luft: 343 m/s).
Schallerzeugung
Schall wird durch Muskelkraft erzeugt, die die Schallquelle direkt oder indirekt durch Frequenzmultiplikation bewegt und in Schwingungen versetzt (Stridulation, Timbalisieren , Luftanströmung)
Schallübertragung
Schall breitet sich i.d.R. kugelförmig aus und dadurch nimmt der Schalldruck mit der Entfernung ab. Reflektionen und Interferenzen degradieren das Schallsignal bei der Ausbreitung.
Nennen Sie vers. Ohren im Tierreich.
Im Tierreich gibt es tympanale Ohren zur Messung des Schalldrucks und antennale Ohren (oder Fadenhaare) zur Messung der Schallschnelle.
- Bei Wirbeltieren liegen die Ohren im Kopfbereich, bei Arthropoden können Ohren in nahezu allen Körperbereichen auftreten ( Exoskelett
Was ist Akustik?
Die Erzeugung, die Übertragung und der Empfang von Schall.
Beschreiben sie den Vorgang des Schalls auf Teilchenebene.
Schall: eine Teilchenbewegung führt zu Änderungen des Schalldrucks
- Luftschall entsteht durch Teilchenbewegungen und breitet sich durch eine Druckwelle aus.
- Die Druckwelle beruht auf Druckerhöhungen und -verminderungen des umgebenden atmosphärischen Drucks . Der Schalldruck entsteht auf einer gegebenen Fläche z.B . einem Ohr oder Mikrophon ) pro Zeit
- Nahe an der Schallquelle bewegen sich Teilchen gerichtet (Schallschnelle, Nahfeld), in einer größeren Entfernung schwingen die Teilchen einfach hin und her (Fernfeld).
- Es ergeben sich Wellenlängen aus der Teilchenbewegung.
Wie werden Druckoszillationen gemessen?
Am Beispiel Kondensator Mikrophon:
- Membran und Basisplatte sind vorpolarisiert
- Die Luftteilchen drücken die Membran zu der Basisplatte
- Negative Ladungen der Membran verdrängen die negative Ladungen der Basisplatte, ein Stromfluss entsteht
- Die Luftdruckänderungen führen zu einem wechselnden Strom, dessen Stärke proportional zu dem anliegenden Schalldruck ist
Was ist die Amplitude und Periode einer Schallwelle?
- Amplitude von der Mittellinie bis zur Spitze
- Wellenlänge/Periode von Minimum zu Maximum
Beschreben sie rechnerisch die Amplitude des Schalldrucks und des Schalldruckpegels.
P = N/m2
Wie viele Lufteile treffen auf Fläche?
SPL = 20 * log(P1/P0)
P0 = Referenzschalldruck - ab hier hört man, neg. Bereich möglich
Berechnen Sie die Frequenz.
Frequenz = 1/ Periode (Einheit: s-1; Hz)
Beschreiben Sie die Berechnung der Wellenlänge (mithilfe der Schallausbreitungsgeschwindigkeit).
Wellenlänge ist die Entfernung von Maximum zu Maximum
Jede Frequenz bestitz eine Wellenlänge, die von der Schallausbreitungsgeschwindigkeit abhängt.
cL: Schallausbreitungsgeschwindigkeit in Luft: ca. 343 m/s
cW: Schallausbreitungsgeschwindigkeit in H2O ca. 1500 m/s (Schallgeschwindikeit höher), da Wasser dichter ist, größere Wellenlängen und höhere Schallgeschwindigkeiten
Berechnung Frequenz 1/Periode (Einheit s-1; Hz); bei 1 kHz
Berechnung Wellenlänge = c * Periode = 343 m/s * 0,001 s = 0,34 m
Beschreiben Sie die meisten Schallereignisse anhand der Frequenzen.
- Die meisten Schallereignisse sind keine reinen Sinusschwingungen, sondern ein Gemisch von verschiedenen Frequenzen
- Mathematisch können Frequenzgemische als die Summe von einzelnen Sinuschwingungen beschrieben werden Fourieranalyse
Beschreiben Sie die Schritte bei der Schallproduktion.
- Muskelkontraktion
- Frequenzmultiplikation (Stridulation, Klicken/Schnalzen, Luftanströmung; Verstärkung der Muskelbewegung, da Muskelbewegung sehr langsam z.B. Stimmlippen)
- Schallerzeugung: Schwingungen der Schallquelle
- Schallkopplung (Impedanzanpassung, Verstärkung/Resonanz, Abschwächung/Filterung)
- Schallausbreitung: Schwingungen des Schallmediums
Nennen und beschreiben Sie grundlegende Formen der Schallerzeugung.
direkt durch Muskelkraft erzeugte Vibrationen → niedrige Frequenzen (20 200 Hz) (Fische und Drosophila)
durch Frequenzmultiplikation erzeugte Vibrationen (niedrige Muskelkontraktionsraten werden in hohe Schallfrequenzen übersetzt):
→ hohe Frequenzen (1 200 kHz)
- Stridulation oder Timbalisieren (Schallproduktion bei Grillen)
- Luftstrom durch eine kleine Öffnung
- Trommeln auf einem Substrat
Nennen Sie Beispiele für die direkte Muskelkontraktionen an einer Membran oder Schallblase.
- Schwimmblase der Fische (höchste bekannte Muskelkontraktionsraten , bis 200 Hz)
- Flügelschlag von Drosophila bei der Balz (ca. 50 Hz)
Beschreiben Sie die Auswirkung der Sphärischen Ausbreitung auf den Schall.
- Die Abschwächung von Schall aufgrundseiner kugelförmigen Ausbreitung
- “Sphärische Abschwächung”
- ID = I0* (D02/D12)
Beschreiben sie bildlich Ohren im Tierreich.
- Menschenähnlich:
- Druckempfänger
- Schall geht hinein, Energie wird aufgegangen und geht teilweise wieder raus
- Druckempfänger ist Übersetzer
- Heuschrecke
- Schall geht rein und wieder raus
- Druckdifferenzempfänger,
- auf verschiedenen Wege, unterschiedliche Schwingungsphasen
- zwischen Si und Si sind Lufträume, Weiterleitung des Schalldruckes
- Grille
- ganz feine Haare
- Schnelligkeit der Bewegung der Haare
- nur auf nächster Nähe nutzbar
Beschreiben Sie das Ohr, Cochlea sowie die Frequenz-Orts-Transformation.
Tektorialmembran
- Es wirken Scherkräfte zwischen Tektorialer Basalmembran auf die Haarezelle
- Scherung der Cilien
- physikalischer Reiz wirkt und regt sie an
Wanderwelle
- vorne schmal, hinten breit
- an irgendeiner Stelle stärkste Auslenkung
- niedrige Frequenz laufen weit am Ende
- hohe Frequenz lenken Basalmembran am Anfang aus
- spezialisiert an bestimmten Stellen
- Sinneszellen reagieren je nach Ort und Frequenz
