Arbeitsblatt: Akustik

Akustik In 6 Lektionen 1.Lektion Praktische Erfahrungen draussen: Schallausbreitung: an Kletterstange schlagen Zeitdifferenz Geräusch um die Ecke hörbar, leiser Geräusch von Wand Echo Richtungshören: mit geschlossenen Augen Richtung angeben, aus der ein Geräusch kommt (Vorsicht Echo) Leise- Laut: Flüstern und Schreien (Piff, Gäuss) Drinnen: Geräusch – Ton Erzeugung eines reinen Tons mit der Stimmgabel (mit Federspitze) schnell über berusste (oder Sägemehl) Glasplatte ziehen Wellenlinie Stimmgabel führt eine Schwingung aus. Einschub Schwingungen: regelmässig, wiederkehrende Bewegung (periodische Bewegung) Versuch: Fadenpendel: Amplitude, Periode und Frequenz f1/T Andere Pendel: Feder- und Kreispendel Abschwächung Energieverlust (Reibung) 2.Lektion Schallgeschwindigkeit in Luft (340 m/s), Wasser (1480m/s) Eisen (5800m/s) Aufgabe: Zeit des Schalls Distanz ev. Kombiniert: Tluft und Twasser Ausbreitungsart: Schall geht um die Ecke Welle Versuch: • flaches Wasserbecken – tropfender Hahn punktförmige Erregung Kreiswellen • Erregung mit Bleistift (Gerade) gerade Wellen • Hafenmole von jedem Punkt der Welle geht eine Kreiswelle aus. Addition: Wellenfront: Gerade oder Kreis • Um die Ecke Welle geht um die Ecke schwächer durch Energieverteilung an der Ecke. Licht muss schräg aufs Wasser fallen. Wellenarten – Schwingungen Da Luft keine Oberfläche hat, geht die Wasserwelle( Oberflächenwelle) nicht. Schallausbreitung ist allseitig Kugelwellen Bewegung vom Zentrum aus. Versuch: SchülerInnen stehen dicht nebeneinander (Schulter an Schulter) und werden leicht angestossen. Auswertung: normal Verdichtungswelle verdünnt verdichtet normal Beim Schall wird Verdichtung und Verdünnung weitergegeben (Braucht einen Leiter) Ev. Versuch: el. Klingel unter der Vakuumglocke Hausaufgabe: Herstellen eines Büchsentelefons 3.Lektion Schwingungen – Ursache von Tönen Anregen eines Blattes – Drehscheibe mit Motor je schneller, desto höher Verhältnis der Schwingungen: Doppelt so schnell Oktave 4 Klang: 1 5 3 2 ; 1 4 2 1 Durtonleiter 1 1 Intervalle: 9 8 9 1 8 1 9 8 5 4 10 9 9 gr. Ganztonschritt 8 4 3 16 15 3 2 9 8 5 3 10 9 15 8 9 8 2 1 16 15 10 kl. Ganztonschritt 9 16 Halbtonschritt 15 Festlegung: Kammerton a‘ 440 Hz Temperierte Stimmung: Intervall 1,059 Hinweis auf fremde Tonsysteme (5Ton, Vierteltöne) Übungsblatt zum Thema Tonleiter: Ton DO vom Grundton 1 RE MI FA SO LA 9 8 5 4 4 3 3 2 5 3 9 10 DO RE 9 8 Zum Vorgänger TI DO 15 8 2 16 9 10 MI FA SO 15 9 8 9 16 LA 15 8 TI Berechnungen mit dem TR: c‘ d‘ e‘ f‘ g‘ Frequenz in Hz Tipp: g‘ 440 Frequenz in Hz a‘ h‘ h‘ 495 528 594 660 440 10 396 9 c‘ 264 d‘ 297 e‘ 330 f‘ 352 g‘ 396 a‘ 440 4.Lektion Instrumente Aus bisherigem: Ton Schallwelle Schwingung Angeregte Schwingung (Blatt am Motor) Eigenschwingung (Stimmgabel) Bsp. Saiteninstrument (Gitarre) Grundton wird höher bei Verkürzung der Länge grösserer Spannung leichterer Saite Blasinstrument: Luftsäule Schwingkörper (Orgelpfeife) Klangfarbe: Anzahl, Auswahl, Stärke und Intensität der Obertöne. (An Bsp. Erarbeiten) Schwingungen einer Saite: Länge: 1 Ton: (Bsp.) c‘ 1/3 g‘ 1/5 Name: Grundton, 1.2.3 Oberton Bsp: Fanfare Klangfarbe Eigenschwingung Versuch Zwei gleiche Stimmgabeln: Die eine regt die andere an. Zweite Stimmgabel mit Zusatzgewicht: keine Anregung. Gleiche Eigenschwingung: Anregende Frequenz Eigenfrequenz Resonanz Wenn ein „erregender Schallkörper einen „Mitschwinger genau in seiner Eigenfrequenz anregt, dann herrscht Resonanz. (Vorsicht: Ein echter Körper besitzt viele Eigenfrequenzen, Grund- und Obertöne) Resonanzkatastrophe (Brücke im Gleichschritt) Video 5.Lektion Der Mensch als Sender und Empfänger von Tönen Versuch Sichtbar gemachte Töne mit Mikroskop und Oszillograph Unterscheidung Geräusch – reiner Ton (Sinusschwingung) Versuch: Ton singen (möglichst hoch rein) Das Ohr Ohrfunktion als Resonanzmesser (Härchen) Hammer, Ambos, Steigbügel Lautstärke als Amplitude gebräuchlich: Phonzahlen 0 – 130 (Lautstärkepegel) Schallquelle (Hörschwelle) Taschenuhrticken Blätterrauschen Flüstern Normales Sprechen Schreibmaschine Lautsprechermusik normal Maschinenlärm Starker Strassenlärm Motorradlärm Laute Autohupe Niethammer Flugzeugmotor (Schmerzschwelle) Phonzahl in 4m Abstand 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 Erhöhung um 10 Phon ist eine Verzehnfachung der Schallenergie und subjektiv doppelt so laut. Phonzahlen sind abhängig von der Entfernung, es ist ein Mass für den Schalldruck am Ohr. Der Wert in Phon gibt an, welchen Schalldruckpegel (in dB) ein Sinuston mit einer Frequenz von 1000 Hz besitzt, der gleich laut wie das Schallereignis empfunden wird. Lärmskala dB 0 10 20 25 35 40 45 50 60 65 70 85 90 100 110 120 130 140 170 190 (Quelle: Bundesumweltministerium) Beschreibung Hörschwelle Blätterrauschen, ruhiges Atmen leises Flüstern Grenzwert für gewerblichen Lärm in der Nacht Obergrenze für Nachtgeräusche in Wohngebieten, Schlaf-, Lern- und Konzentrationsstörungen möglich leise Unterhaltung Obergrenze für Taggeräusche in Wohngebieten normale Unterhaltung, Zimmerlautstärke laute Unterhaltung, Stressgrenze erhöhtes Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen bis hin zum Herzinfarkt Haushalts- und Bürolärm Gehörschutz im Gewerbe vorgeschrieben, jahrelang ausgesetzt treten Hörschäden auf Autohupen, LKW-Fahrgeräusche, Schnarchen Motorrad, Kreissäge, Discomusik Walkman laut, Rockkonzert Flugzeug in geringer Entfernung, Techno-Musik, Hörschäden schon nach kurzer Einwirkung möglich Schmerzschwelle, Düsenflugzeug in geringer Entfernung Gewehrschuss, Raketenstart, EU-Grenzwert zum Schutz vor Hörschäden G3-Gewehr auf kurzer Entfernung, Ohrfeige direkt aufs Ohr innere Verletzungen, Hautverbrennungen, tödlich Schallausbreitung: Was über 0,1 Laufzeitenunterschied hat, empfinden wir als Nachhall. entspricht einer Saalhöhe von ca. 17m Lektion Geräte • Mikrophon und Lautsprecher Verwandlung von Schallwellen in el. Signale und umgekehrt. (Elektrizität, Magnetismus) • Schallplatte direkte Aufzeichnung von Schallwellen Versuch mit Nadel und Papier (alte Schallplatte) • Tonband magnetische Aufzeichnungsverfahren • Filmton Lichttonverfahren- Helligkeitsschwankungen • Compact Disc Digitale Speicherung Schallwellen elektromagnetische Schwingungen Digitalisierung Speicherung in Lasertechnologie Möglicher Test oder Vorbereitung: Das menschliche Ohr kann gewisse physikalische Gegebenheiten sehr genau feststellen. Kreuze jene 2 Fähigkeiten an, für die das Ohr am besten gerüstet ist: Richtungshören Anzahl Obertöne Tonhöhe Lautstärke Kreuze die richtigen der 4 folgenden Sätze an: Wenn man bei einer Gitarre eine Saite durch greifen verkürzt, so wird der Ton höher. Für die Klangfarbe sind die Obertöne verantwortlich Das Tonband speichert die Töne elektrisch Eine Lautsprechermembran, die sich pro Sekunde 440 mal hin und her bewegt, gibt den Kammerton von sich. Die Schallwellen sind sogenannte Verdichtungswellen. Man meint damit, dass die dichtgepackten Luftmoleküle stärker zusammengepresst werden, sich dann wieder in die ursprüngliche Grösse ausdehnen und so die Energie dem nächsten Teilchen weitergeben. dass die Luftteilchen näher zusammengedrängt werden und diese dichte Stelle weitergegeben wird. dass auf eine Verdichtung jeweils wieder eine Verdünnung folgt, usw. dass diese Wellen bedeutend dichter zusammen sind, als gewöhnliche Wellen. Resonanz entsteht, wenn der Res und der Franz wieder einmal tüchtig auf die Pauke hauen. wenn die anregende Frequenz immer gleich bleibt. wenn die anregende Frequenz gleich der Eigenfrequenz ist. wenn zum Beispiel eine Luftsäule mit der Frequenz zum Schwingen gebracht wird, die zu ihrer Länge passt. Ein Ton ist auch hörbar, wenn er hinter einer Ecke erzeugt wird, weil er immer von irgendwo als Echo zurückgeworfen wird. weil die Schallwellen sinusförmig (schlangenlinienförmig) verlaufen und so auch um die Ecke reichen. weil die Schallwellen sich von jedem Punkt her kugelförmig ausbreiten. weil der Ton auch durch die Hausmauerecke hindurchgeht. Pro Frage können 1,2 oder 3 Antworten richtig sein. Klasse 3c April 95