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Akustik
Akustik
Untersuchung des Schalls(Enstehung, Ausbreitung und Vernichtung)
- Gitterschwingungen
im Festkörper (Schwingquarz)
1
Frequenz
Infraschall hörbarer Schall Ultraschall Hyperschall
16 Hz 20 kHz 1 GHz
-Erdbeben-Orientierung der Waale (Störung durch Schiffsdiesel)-Luftdruckschwankungen bei Föhn
-Fledermausrufe-Piezokeramiken (Druck erzeugt elektr. Spannung)-Magnetostriktive Wandler (Magnerfeld verzerrt Kristall)- Echolot
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hörbarer Schall
Rasche Luftdruckschwankungen bezeichnet manals Schall.
Akustik
Luftdruckschwankungen breitensich als longitudinale Wellen aus.
Die Schwingungsrichtung ist
parallel zur Ausbreitungsrichtung.
Schall braucht ein Medium zur Ausbreitung
(z.B. Luft)2
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Grundbegriffe der Schwingungslehre
Definition der harmonischen Schwingung:
Akustik
Bei einer harmonischen Schwingung ist die Rückstellkraft
proportional zur Auslenkung
(Hooke‘sches Gesetz bei Federschwingung) Eine harmonische Schwingung hat einen sinusförmigen Verlauf
y(t) = A* sin (ω * t ) mit ω = 2 * π / T
Die Schwingungsdauer T ist der zeitliche Abstand zwischen zweigleichartigen Schwingungszuständen (gleiche Phase)
Der Kehrwert der Schwingungsdauer heißt Frequenz f = 1/T; sie gibt die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde an.
Eine harmonische Schwingung kann als Projektion einer Kreisbewegung beschrieben werden
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Grundbegriffe der Schwingungslehre
Definition der harmonischen Schwingung:
Akustik 4
y(t) = A* sin (ω * t )
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Grundbegriffe der Schwingungslehre
Freie Schwingung: Die Schwingung wird einmal angeregt, dann sich selbst überlassen;
ihre Schwingungsfrequenz nennt man Eigenfrequenz.
Akustik 5
Erzwungene Schwingung: Die Anregung der Schwingung ist fortlaufend. Die
Schwingungsbewegung erfolgt mit der Frequenz des Anregers.
Resonanz: Die Energieübertragung ist dann am besten, wenn Anregungs- und
Eigenfrequenz gleich sind.
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Dopplereffekt
Schallquelle bewegt sich relativ zur Luftmasse mit Geschwindigkeit v :
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Akustische Wahrnehmung
Ton: Ein Ton ist eine reine Sinusschwingung.
Akustik 7
Klang: Bei einem Klang überlagern sich mehrere Sinusschwingungen.
Ob der Klang „wohlklingend“ ist, das hängt von der kulturellen Gewöhnung des Hörsinns ab. In der abendländischen Tradition gilt das rationale Zahlenverhältnis zwischen zwei Tönen als Maß für den Wohlklang:
1 : 2 Oktave; 2 : 3 Quint; 3 : 4 Quart; 4 : 5 große Terz etc.
Geräusch: Es überlagern sich beliebig viele Töne.
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Darstellung von Tönen
physikalischanalog:
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physikalischdigital:
musikalisch(Notenschrift):
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Darstellung von Tönen(Amplitude = Lautstärke)
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Darstellung von Tönen(Frequenz = Tonhöhe)
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Akustische Wahrnehmung
natürlicheObertonreihe:
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jede Schallquelle (Stimme,
Musikinstrument) strahlt
Luftschwingungen in der
Grundfrequenz ab, aber auch in den darüberliegenden „harmonischen
Vielfachen“ derselben:sie „klingt“
Ganzzahliges Vielfaches
der Grundfrequenz
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Akustische Wahrnehmung
Stimmen- undMusikinstrumentenErkennung:
Akustik 12
charakteristische
Tonhöhenlautstärke
der Obertonreihe Der Grundton bestimmt die
Tonhöhe; die Obertöne be-
stimmen die „Klangfarbe“,
durch die wir Geige von Flöte
unterscheiden können. Weißes Rauschen: alle
Frequenzen in beliebiger
Tonhöhenlautstärke
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Schwebung
Die Frequenz, mit der die beiden (nahe beieinander liegenden) TöneAn- und abschwellen, wird als ein eigener Ton wahrgenommen
Akustik 13