Transcript Ausgearbeiteter Fragenkatalog SFK 1.Teil (power
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FRAGENKATALOG
GRUNDLAGEN DES SCHALLS
Ing. G. Kulle
1
Slide 2
Was wird im physikalischen Sinn
unter Schall verstanden?
Schall ist eine periodische Druckschwankung,
die sich in einem elastischen Medium (z.B.
Luft, Wasser, Festkörper, etc.) ausbreitet.
Schall besteht seiner physikalischen Natur
nach aus mechanischen Schwingungen
elastischer Medien.
Ing. G. Kulle
2
Slide 3
Was ist eine harmonische
Schwingung?
Lässt sich die Zeitabhängigkeit eines
Vorganges
durch
eine
Sinusfunktion
beschreiben, so heißt dieser Vorgang
Sinusschwingung
oder
"einfache
Schwingung".
Eine derartige Sinusschwingung wird auch
harmonische Schwingung genannt, in der
Akustik heißt sie reiner Ton.
Ing. G. Kulle
3
Slide 4
Was wird unter der Frequenz
verstanden? Welche Eigenschaft wird
durch sie beim Schall beschrieben?
Mit der Frequenz f wird die Anzahl der
Schwingungen pro Sekunde bezeichnet, stellt
also eine Wiederholungshäufigkeit dar. Sie
bestimmt die Tonhöhe.
(Einheit: das Hertz: 1 Hz = 1/s).
Ing. G. Kulle
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Slide 5
Erkläre den Begriff der Wellenlänge
und der Periodendauer.
Eine Wellenlänge l ist eine Strecke, die eine
Schallwelle
während
einer
Schwingung
zurücklegt.
Der
Frequenzumfang
des
hörbaren Schalls beträgt etwa 16 Hz bis 20
kHz. Der entsprechende Wellenlängenbereich
umfasst 20m bis 2 cm.
Die
Zeitdauer
eines
vollständigen
Bewegungszyklus, nach der wieder der gleiche
Bewegungszustand erreicht wird, nennt man
Periode T.
Ing. G. Kulle
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Slide 6
Was bedeutet der Begriff Amplitude?
Welche Eigenschaft des Schalls wird durch
die Größe der Amplitude beschrieben?
Als Amplitude a wird die (maximale)
Auslenkung bzw. Schwingungsweite aus der
Ruhelage (Nulldurchgang) bezeichnet. Die
Amplitude stellt somit den größten Abstand
eines Schwingenden Punktes von seiner
Gleichgewichtslage
dar.
Die
Amplitude
bestimmt
den
Schalldruck
bzw.
die
Lautstärke.
Ing. G. Kulle
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Slide 7
Was ist eine Hörfläche? Welche
Faktoren bestimmen die Hörfläche?
Die untere Schallpegelgrenze bezeichnet
man als HÖRSCHWELLE und die obere
Schallpegelgrenze als Schmerzempfindungsoder SCHMERZGRENZE. Das Gebiet zwischen
beiden
Schwellen
nennt
man
die
HÖRFLÄCHE.
Die Hörfläche wird durch hörbare Schallpegel
und Frequenzen bestimmt
Ing. G. Kulle
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Slide 8
Was wird unter der Hörschwelle
bzw. Schmerzgrenze verstanden?
Die untere Schallpegelgrenze bezeichnet
man als HÖRSCHWELLE und die obere
Schallpegelgrenze als Schmerzempfindungsoder SCHMERZGRENZE.
Schall kann erst ab dem Erreichen der
Hörschwelle wahrgenommen werden.
Wird die Schmerzschwelle erreicht wird aus
dem Hör- ein Schmerzempfinden.
Beide Schwellen sind vom Schalldruck bzw.
Schallpegel abhängig.
Ing. G. Kulle
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Slide 9
Welche Schwingungseigenschaften
besitzt ein hoher bzw. tiefer Ton?
Für die Tonhöhe gilt:
Niedrige Frequenzen f erzeugen tiefe Töne,
hohe Frequenzen f erzeugen hohe Töne.
Ein tiefer Ton besitzt ein große Wellenlänge l,
ein hoher Ton ein kleine Wellenlänge l.
Ing. G. Kulle
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Slide 10
Welche Schwingungseigenschaften
besitzt ein lauter bzw. leiser Ton?
Für einen Ton mit bestimmter Frequenz gilt:
Der leise Ton hat eine kleine Amplitude a,
der laute Ton hat eine große Amplitude a.
Ing. G. Kulle
10
Slide 11
Werden zwei Töne mit gleichem Schalldruck
(Amplitude) immer gleich laut
wahrgenommen? Warum?
Genaugenommen beschreibt die Amplitude a
den
Schalldruck
p
und
nicht
das
Lautstärkeempfinden!!! Das bedeutet, dass
zwei Töne mit unterschiedlicher Frequenz f
aber gleichem Schalldruck p vom Menschen
unterschiedlich laut wahrgenommen werden.
Diese
Wahrnehmung
ist
auf
frequenzabhängige
Empfindlichkeit
menschlichen Ohrs zurückzuführen.
Ing. G. Kulle
die
des
11
Slide 12
Gib einen Richtwert für die
Schallgeschwindigkeit c an. Wie verhält sich
die Schallgeschwindigkeit bei
unterschiedlichen Temperaturen?
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit c einer
Schallwelle bei 20°C beträgt in der Luft ca.
343m/s (etwa 1235km/h), hängt jedoch von
der Lufttemperatur ab. Sie nimmt mit der
Temperatur T zu.
Ing. G. Kulle
12
Slide 13
Erkläre den Unterschied zwischen
einem Klang und einem Geräusch.
Klänge sind zusammengestetzt-periodische
Schwingungen mit harmonischen
Teilverhältnissen zwischen den
Teilfrequenzen. (Grundton mit einer
vollständigen Reihe von Teiltönen, die ein
Vielfaches der Grundfrequenz darstellen.
Geräusche sind nichtperiodische
Schwingungen. (Zwischen den
Teilschwingungen besteht kein
gesetzmäßiger Zusammenhang, Frequenz,
Amplitude und Phase schwanken).
Ing. G. Kulle
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Slide 14
Was wird unter Ultraschall bzw.
Infraschall verstanden?
Der nicht hörbare Schallbereich unter 16
Schwingungen pro Sekunde wird als
INFRASCHALL bezeichnet.
Der nichthörbare Schallbereich über 20.000
Schwingungen pro Sekunde wird als
ULTRASCHALL bezeichnet.
Ing. G. Kulle
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Slide 15
Was ist Hörschall?
Wenn das menschliche Ohr Schwingungen
(Wellen) wahrnehmen kann, handelt es sich
um HÖRSCHALL.
Bei geeignetem Schalldruck liegt der
Hörschall
zwischen
16
und
20.000
Schwingungen
pro
Sekunde
(Frequenzbereich 16Hz bis 20kHz)
Ing. G. Kulle
15
Slide 16
Was wird unter einer Längswelle
verstanden? Für welche Schallform ist die
Längswelle typisch?
Erfolgt die Schwingungsbewegung entlang der
Ausbreitungsrichtung der Welle, so bezeichnet
man
diese
als
Längsoder
Longitudinalwelle.
Dies
ist
bei
der
Schallwelle der Fall (in den Medien Gas,
Flüssigkeit und Festkörper). Die Längswelle ist
typisch für den Luftschall.
Ing. G. Kulle
16
Slide 17
Was wird unter einer Querwelle verstanden?
Für welche Schallform ist die Querwelle
typisch?
Die Schwingungsbewegung erfolgt quer zur
Ausbreitungsrichtung der Welle. Sie ist nur in
festen
Körpern
möglich,
z.B.
Saitenschwingung, Stäbe, Membrane. Die
Querwelle ist typisch für den Körperschall.
Ing. G. Kulle
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Slide 18
Beschreibe den Aufbau des Innenohrs und
die Funktionen der einzelnen „Bestandteile“.
Funktionsprinzip:
Der Schall erreicht über den äußeren Gehörgang das
Trommelfell und versetzt es in Schwingungen. Der Hammer
überträgt die Schwingungen auf den Amboss, wo sie vom
Steigbügel zur Schnecke geleitet werden. Diese wandelt den
Schall in Nervensignale um, die im Gehirn ausgewertet
18
Ing. G. Kulle
werden.
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Wovon hängt die
Lautstärkenwahrnehmung beim
Menschen ab?
Die Lautstärenwahrnehmung des Menschen hängt
von Schalldruck bzw. Schallpegel und der Frequenz
ab.
Das bedeutet, dass zwei Töne mit unterschiedlicher
Frequenz f aber gleichem Schalldruck p vom
Menschen unterschiedlich laut
wahrgenommen
werden.
Für zwei Töne mit gleicher Frequenz gilt:
Der leise Ton hat eine kleine Amplitude a, der laute
Ton hat eine große Amplitude a.
Ing. G. Kulle
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Welchen Zusammenhang gibt es
zwischen der Frequenz, Wellenlänge
und Schallgeschwindigkeit?
Das Produkt aus Wellenlänge l und Frequenz
f ergibt immer die Schallgeschwindigkeit c.
c=l.f
Ing. G. Kulle
20
Slide 21
In welcher Form breitet sich der
Luftschall aus?
Unter der Annahme einer punktförmigen
Schallquelle
erfolgt
die
Schwingungsanregung gleichmäßig nach allen Seiten des
Raumes.
Schallwellen, die sich nach allen Seiten
gleichmäßig ausbreiten, bezeichnet man
daher als Kugelwellen.
Ing. G. Kulle
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FRAGENKATALOG
GRUNDLAGEN DES SCHALLS
Ing. G. Kulle
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Slide 2
Was wird im physikalischen Sinn
unter Schall verstanden?
Schall ist eine periodische Druckschwankung,
die sich in einem elastischen Medium (z.B.
Luft, Wasser, Festkörper, etc.) ausbreitet.
Schall besteht seiner physikalischen Natur
nach aus mechanischen Schwingungen
elastischer Medien.
Ing. G. Kulle
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Slide 3
Was ist eine harmonische
Schwingung?
Lässt sich die Zeitabhängigkeit eines
Vorganges
durch
eine
Sinusfunktion
beschreiben, so heißt dieser Vorgang
Sinusschwingung
oder
"einfache
Schwingung".
Eine derartige Sinusschwingung wird auch
harmonische Schwingung genannt, in der
Akustik heißt sie reiner Ton.
Ing. G. Kulle
3
Slide 4
Was wird unter der Frequenz
verstanden? Welche Eigenschaft wird
durch sie beim Schall beschrieben?
Mit der Frequenz f wird die Anzahl der
Schwingungen pro Sekunde bezeichnet, stellt
also eine Wiederholungshäufigkeit dar. Sie
bestimmt die Tonhöhe.
(Einheit: das Hertz: 1 Hz = 1/s).
Ing. G. Kulle
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Erkläre den Begriff der Wellenlänge
und der Periodendauer.
Eine Wellenlänge l ist eine Strecke, die eine
Schallwelle
während
einer
Schwingung
zurücklegt.
Der
Frequenzumfang
des
hörbaren Schalls beträgt etwa 16 Hz bis 20
kHz. Der entsprechende Wellenlängenbereich
umfasst 20m bis 2 cm.
Die
Zeitdauer
eines
vollständigen
Bewegungszyklus, nach der wieder der gleiche
Bewegungszustand erreicht wird, nennt man
Periode T.
Ing. G. Kulle
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Slide 6
Was bedeutet der Begriff Amplitude?
Welche Eigenschaft des Schalls wird durch
die Größe der Amplitude beschrieben?
Als Amplitude a wird die (maximale)
Auslenkung bzw. Schwingungsweite aus der
Ruhelage (Nulldurchgang) bezeichnet. Die
Amplitude stellt somit den größten Abstand
eines Schwingenden Punktes von seiner
Gleichgewichtslage
dar.
Die
Amplitude
bestimmt
den
Schalldruck
bzw.
die
Lautstärke.
Ing. G. Kulle
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Was ist eine Hörfläche? Welche
Faktoren bestimmen die Hörfläche?
Die untere Schallpegelgrenze bezeichnet
man als HÖRSCHWELLE und die obere
Schallpegelgrenze als Schmerzempfindungsoder SCHMERZGRENZE. Das Gebiet zwischen
beiden
Schwellen
nennt
man
die
HÖRFLÄCHE.
Die Hörfläche wird durch hörbare Schallpegel
und Frequenzen bestimmt
Ing. G. Kulle
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Was wird unter der Hörschwelle
bzw. Schmerzgrenze verstanden?
Die untere Schallpegelgrenze bezeichnet
man als HÖRSCHWELLE und die obere
Schallpegelgrenze als Schmerzempfindungsoder SCHMERZGRENZE.
Schall kann erst ab dem Erreichen der
Hörschwelle wahrgenommen werden.
Wird die Schmerzschwelle erreicht wird aus
dem Hör- ein Schmerzempfinden.
Beide Schwellen sind vom Schalldruck bzw.
Schallpegel abhängig.
Ing. G. Kulle
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Slide 9
Welche Schwingungseigenschaften
besitzt ein hoher bzw. tiefer Ton?
Für die Tonhöhe gilt:
Niedrige Frequenzen f erzeugen tiefe Töne,
hohe Frequenzen f erzeugen hohe Töne.
Ein tiefer Ton besitzt ein große Wellenlänge l,
ein hoher Ton ein kleine Wellenlänge l.
Ing. G. Kulle
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Welche Schwingungseigenschaften
besitzt ein lauter bzw. leiser Ton?
Für einen Ton mit bestimmter Frequenz gilt:
Der leise Ton hat eine kleine Amplitude a,
der laute Ton hat eine große Amplitude a.
Ing. G. Kulle
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Werden zwei Töne mit gleichem Schalldruck
(Amplitude) immer gleich laut
wahrgenommen? Warum?
Genaugenommen beschreibt die Amplitude a
den
Schalldruck
p
und
nicht
das
Lautstärkeempfinden!!! Das bedeutet, dass
zwei Töne mit unterschiedlicher Frequenz f
aber gleichem Schalldruck p vom Menschen
unterschiedlich laut wahrgenommen werden.
Diese
Wahrnehmung
ist
auf
frequenzabhängige
Empfindlichkeit
menschlichen Ohrs zurückzuführen.
Ing. G. Kulle
die
des
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Gib einen Richtwert für die
Schallgeschwindigkeit c an. Wie verhält sich
die Schallgeschwindigkeit bei
unterschiedlichen Temperaturen?
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit c einer
Schallwelle bei 20°C beträgt in der Luft ca.
343m/s (etwa 1235km/h), hängt jedoch von
der Lufttemperatur ab. Sie nimmt mit der
Temperatur T zu.
Ing. G. Kulle
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Erkläre den Unterschied zwischen
einem Klang und einem Geräusch.
Klänge sind zusammengestetzt-periodische
Schwingungen mit harmonischen
Teilverhältnissen zwischen den
Teilfrequenzen. (Grundton mit einer
vollständigen Reihe von Teiltönen, die ein
Vielfaches der Grundfrequenz darstellen.
Geräusche sind nichtperiodische
Schwingungen. (Zwischen den
Teilschwingungen besteht kein
gesetzmäßiger Zusammenhang, Frequenz,
Amplitude und Phase schwanken).
Ing. G. Kulle
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Was wird unter Ultraschall bzw.
Infraschall verstanden?
Der nicht hörbare Schallbereich unter 16
Schwingungen pro Sekunde wird als
INFRASCHALL bezeichnet.
Der nichthörbare Schallbereich über 20.000
Schwingungen pro Sekunde wird als
ULTRASCHALL bezeichnet.
Ing. G. Kulle
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Was ist Hörschall?
Wenn das menschliche Ohr Schwingungen
(Wellen) wahrnehmen kann, handelt es sich
um HÖRSCHALL.
Bei geeignetem Schalldruck liegt der
Hörschall
zwischen
16
und
20.000
Schwingungen
pro
Sekunde
(Frequenzbereich 16Hz bis 20kHz)
Ing. G. Kulle
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Was wird unter einer Längswelle
verstanden? Für welche Schallform ist die
Längswelle typisch?
Erfolgt die Schwingungsbewegung entlang der
Ausbreitungsrichtung der Welle, so bezeichnet
man
diese
als
Längsoder
Longitudinalwelle.
Dies
ist
bei
der
Schallwelle der Fall (in den Medien Gas,
Flüssigkeit und Festkörper). Die Längswelle ist
typisch für den Luftschall.
Ing. G. Kulle
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Was wird unter einer Querwelle verstanden?
Für welche Schallform ist die Querwelle
typisch?
Die Schwingungsbewegung erfolgt quer zur
Ausbreitungsrichtung der Welle. Sie ist nur in
festen
Körpern
möglich,
z.B.
Saitenschwingung, Stäbe, Membrane. Die
Querwelle ist typisch für den Körperschall.
Ing. G. Kulle
17
Slide 18
Beschreibe den Aufbau des Innenohrs und
die Funktionen der einzelnen „Bestandteile“.
Funktionsprinzip:
Der Schall erreicht über den äußeren Gehörgang das
Trommelfell und versetzt es in Schwingungen. Der Hammer
überträgt die Schwingungen auf den Amboss, wo sie vom
Steigbügel zur Schnecke geleitet werden. Diese wandelt den
Schall in Nervensignale um, die im Gehirn ausgewertet
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Ing. G. Kulle
werden.
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Wovon hängt die
Lautstärkenwahrnehmung beim
Menschen ab?
Die Lautstärenwahrnehmung des Menschen hängt
von Schalldruck bzw. Schallpegel und der Frequenz
ab.
Das bedeutet, dass zwei Töne mit unterschiedlicher
Frequenz f aber gleichem Schalldruck p vom
Menschen unterschiedlich laut
wahrgenommen
werden.
Für zwei Töne mit gleicher Frequenz gilt:
Der leise Ton hat eine kleine Amplitude a, der laute
Ton hat eine große Amplitude a.
Ing. G. Kulle
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Slide 20
Welchen Zusammenhang gibt es
zwischen der Frequenz, Wellenlänge
und Schallgeschwindigkeit?
Das Produkt aus Wellenlänge l und Frequenz
f ergibt immer die Schallgeschwindigkeit c.
c=l.f
Ing. G. Kulle
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In welcher Form breitet sich der
Luftschall aus?
Unter der Annahme einer punktförmigen
Schallquelle
erfolgt
die
Schwingungsanregung gleichmäßig nach allen Seiten des
Raumes.
Schallwellen, die sich nach allen Seiten
gleichmäßig ausbreiten, bezeichnet man
daher als Kugelwellen.
Ing. G. Kulle
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