- Klang
- Beispiele für Schallbeugung
- Die offene Tür eines Auditoriums
- Hinter einer Lautsprecherbox
- Die Band der Musiker auf der Straße
- Tiere, die niedrige Frequenzen nutzen
- Anwendungen der Schallbeugung
- Erhöhte Hörfläche
- Verweise
Der Beugungsschall ist das Phänomen, das auftritt, wenn die Schallkurve um eine Öffnung oder ein Hindernis herum streut. Es ist allen Wellen gemeinsam: Wenn die Schallwelle eine Öffnung oder ein Hindernis erreicht, werden die Punkte ihrer Ebene zu Quellen und emittieren andere gebeugte.
Schall ist genau eine Druckwelle, die sich durch Luft sowie durch Wasser und Feststoffe bewegt. Im Gegensatz zu Licht, das auch eine Welle ist, kann sich Schall nicht durch ein Vakuum ausbreiten. Dies liegt daran, dass Licht völlig anders funktioniert - es ist eine elektromagnetische Welle.
Abbildung 1. Auf die Rille einfallende und beugende ebene Welle. Quelle: pixabay
Der Schlüssel zum Phänomen der Beugung ist die Größe des Hindernisses im Verhältnis zur Wellenlänge: Die Beugung ist intensiver, wenn das Hindernis Abmessungen aufweist, die mit der Wellenlänge vergleichbar sind.
Im Schall liegt die Wellenlänge in der Größenordnung von Metern, während die des Lichts in der Größenordnung von Hunderten von Nanometern liegt. Während Schall eine menschliche Skala hat, hat Licht eine Mikrobenskala.
Dieser große Unterschied in der Wellenlängenskala zwischen Ton und Licht ist der Grund dafür, dass wir ein Gespräch um eine Ecke hören können, ohne diejenigen beobachten zu können, die sich unterhalten.
Und es ist so, dass der Klang sich um die Ecke krümmen kann, während das Licht gerade weitergeht. Dieses Phänomen der Krümmung bei der Ausbreitung der Schallwelle ist genau die Beugung des Schalls.
Klang
Unter Schall werden die Druckwellen verstanden, die sich durch die Luft bewegen und im hörbaren Bereich enthalten sind.
Der hörbare Bereich zum Ohr eines jungen, hörgeschädigten Menschen liegt zwischen 20 Hz und 20.000 Hz. Dieser Bereich neigt dazu, sich mit dem Alter zu verengen.
Niedrige Töne oder Frequenzen liegen zwischen 20 Hz und 256 Hz. Mittlere Töne liegen zwischen 256 Hz und 2000 Hz. Hohe Töne liegen zwischen 2 kHz und 20 kHz.
Die Schallgeschwindigkeit in Luft bei einem atmosphärischen Druck von 1 atm und 0 ° C beträgt 331 m / s. Die Beziehung zwischen der Ausbreitungsgeschwindigkeit v einer Welle mit ihrer Wellenlänge λ und ihrer Frequenz f ist die folgende:
v = λ⋅f
Aus dieser Beziehung haben wir, dass die Wellenlänge die folgenden Bereiche hat:
- Niedrige Töne: 16,5 m bis 1,3 m.
- Mittlere Töne: 130 cm bis 17 cm.
- Hohe Töne: 17 cm bis 1,7 cm.
Beispiele für Schallbeugung
Die offene Tür eines Auditoriums
Ein Auditorium oder Konzertsaal ist im Allgemeinen ein geschlossener Raum mit Wänden, die Schall absorbieren und dessen Reflexion verhindern.
Bei geöffneter Auditoriumstür ist das Konzert jedoch problemlos zu hören, auch wenn das Orchester außer Sicht bleibt.
Wenn Sie direkt vor der Tür stehen, können Sie die gesamte Bandbreite der Geräusche hören. Wenn Sie jedoch zur Seite sind, hören Sie die Bässe, während die Höhen dies nicht tun.
Bassklänge haben lange Wellenlängen und können daher die Tür umgeben und dahinter gehört werden. Es ist alles auf das Phänomen der Beugung zurückzuführen.
Hinter einer Lautsprecherbox
Ein Lautsprecher oder Lautsprecher sendet einen weiten Wellenlängenbereich aus. Die Lautsprecherbox selbst ist ein Hindernis, das einen Schallschatten hinter sich wirft.
Dieser Klangschatten ist klar für hohe Frequenzen, die hinter dem Lautsprecher nicht zu hören sind, während der Bass und ein Teil der Mitte zu hören sind, weil sie das Gerät umdrehen.
Das obige Experiment funktioniert am besten in einem offenen Raum, da berücksichtigt werden muss, dass Schall von Wänden und anderen Objekten reflektiert werden kann, sodass alle Töne auch hinter der Lautsprecherbox zu hören sind.
Die Band der Musiker auf der Straße
Eine Gruppe von Musikern, die auf der Straße spielen, ist von einer Querstraße zu hören, von der aus die Künstler nicht gesehen werden können.
Der Grund ist, wie wir bereits sagten, dass die Schallrichtung sich biegen und die Ecke überqueren kann, während sich das Licht in einer geraden Linie bewegt.
Dieser Effekt ist jedoch nicht für alle Wellenlängen gleich. Langwellige werden mehr gebeugt oder verdoppelt als kurzwellige.
Aus diesem Grund sind in der Querstraße, von der aus die Musiker nicht gesehen werden können, die akuten Instrumente wie Trompeten und Geigen nicht gut zu hören, während die Trommeln und Bassdrums deutlicher zu hören sind.
Abbildung 2. Schallbeugung in einer Straße. Quelle: selbst gemacht
Darüber hinaus dämpfen langwellige tiefe Töne mit der Entfernung weniger als kurzwellige hochfrequente Töne.
Tiere, die niedrige Frequenzen nutzen
Elefanten senden sehr niederfrequente, sehr langwellige Infraschallwellen aus, um über große Entfernungen mit Gleichaltrigen zu kommunizieren. Die Wale tun es auch, was ihnen auch eine gute Kommunikation aus der Ferne ermöglicht.
Anwendungen der Schallbeugung
Erhöhte Hörfläche
Damit ein Lautsprecher einen großen Hörbereich hat, muss die Breite des Lautsprechers kleiner sein als die Wellenlänge des von ihm abgegebenen Tons.
Es gibt ein spezielles Horndesign, das die Schallbeugung nutzt: Es ist das Dispersionshorn.
Es wird allgemein angenommen, dass je größer die Membran des Horns ist, desto mehr Fläche bedeckt es. Im Dispersionshorn ist die Membran jedoch klein und ihre Form bewirkt, dass sich der Schall verstärkt, wobei das Phänomen der Schallbeugung ausgenutzt wird.
Die Form des Horns ähnelt einem rechteckigen Mund- oder Auslasshorn, das kleiner ist als die Wellenlängen, die es aussendet.
Die korrekte Installation dieses Lautsprechertyps erfolgt mit der kurzen Seite des rechteckigen Mundes horizontal und der langen Seite vertikal. Auf diese Weise wird eine größere Breite der horizontalen Abdeckung und Richtwirkung des Schalls parallel zum Boden erreicht.
Verweise
- Physik / Akustik / Schallausbreitung. Wiederhergestellt von: es.wikibooks.org
- Construpedia. Schallbeugung. Wiederhergestellt von: construmatica.com
- Beugung (Schall). Wiederhergestellt von: esacademic.com
- Das Physik-Klassenzimmer. Beugung von Schallwellen. Wiederhergestellt von: physicsclassroom.com
- Wikipedia. Beugung (Schall). Von wikipedia.com wiederhergestellt