Einfluss der Form auf Schallleitung?

[r***@gmx.de]

Hallo liebes Forum!

Nachdem schon bei einer anderen Frage zum Thema Schall viele gute
Antworten kamen, richte ich mich erneut mit einer Frage an euch:

Welchen Einfluss hat die Form bzw. die Länge/Breite/Höhe auf die
Schallleitung?
Wenn man verschiedene Materialien miteinander vergleichen möchte,
indem man z.B. auf ein Ende eines Brettes klopft und am anderen Ende
hört, müssen dann alle Materialien (Holz, Kork, Gummi, Metall...)
möglichst die gleiche Länge, Breite und Höhe haben? Oder macht vor
allem die Länge zwischen Klopfen und Hören etwas aus und die Höhe und
Breite ist weniger wichtig (vgl. dünner langer Faden beim
Fadentelefon)?

Ich freu mich über eure Antworten (ihr braucht auch nicht an Formeln
zu sparen)

Liebe Grüße
Jörg und Jessi

[Raimund Nisius]

Post by r***@gmx.de
Welchen Einfluss hat die Form bzw. die Länge/Breite/Höhe auf die
Schallleitung?

Im homogenen Medium breitet sich Schall als Kugelwelle aus. Die Kugel
findet ihr jähes Ende an den Grenzen des Körpers (an den Übergängen zu
anderer Schallgeschwindigkeit). Dort findet Reflexion und oder Dämpfung
statt. Das wird sehr schnell beliebig kompliziert. Selbst einfache
Quader besitzen viele Eigenschwingungsmoden.

Post by r***@gmx.de
Wenn man verschiedene Materialien miteinander vergleichen möchte,
indem man z.B. auf ein Ende eines Brettes klopft und am anderen Ende
hört, müssen dann alle Materialien (Holz, Kork, Gummi, Metall...)

Ähm, hast Du schon mal auf einen Holztisch und auf eine Blechplatte
geklopft? Du hörst vor allem, wie der Klöppel vom Körper gebremst wird.

Post by r***@gmx.de
möglichst die gleiche Länge, Breite und Höhe haben? Oder macht vor
allem die Länge zwischen Klopfen und Hören etwas aus und die Höhe und
Breite ist weniger wichtig (vgl. dünner langer Faden beim
Fadentelefon)?

Der dünne Faden zwingt den Schall in eine einzige Richtung. Nach kurzem
Weg haben sich viele Reflexionen herausgemittelt und es bleibt der Teil
der Schallkugel übrig, der in Fadenrichtung geht. Darum kommt der so
unverfälscht am anderen Ende an.

Sucht euch einen Maschendrahtzaun und einen elektrischen Weidedraht
(natürlich abgeschaltet!). Ihr werdet die klanglich unterscheiden
können. Womöglich dämpft der Maschendraht zu stark.

[r***@gmx.de]

Post by Raimund Nisius
Im homogenen Medium breitet sich Schall als Kugelwelle aus. Die Kugel
findet ihr jähes Ende an den Grenzen des Körpers (an den Übergängen zu
anderer Schallgeschwindigkeit). Dort findet Reflexion und oder Dämpfung
statt. Das wird sehr schnell beliebig kompliziert. Selbst einfache
Quader besitzen viele Eigenschwingungsmoden.

Klingt ja wie eine punktförmige Lichtquelle. Wenn es bei Schallwellen
auch Totalreflexion gibt, dann könnte man die Schallleitung beim
Fadentelefon ja mit einer Glasfaser bei der Lichtleitung vergleichen,
oder?

Post by Raimund Nisius
Ähm, hast Du schon mal auf einen Holztisch und auf eine Blechplatte
geklopft? Du hörst vor allem, wie der Klöppel vom Körper gebremst wird.

Meinst du damit, dass man mit solch einem Versuch (z.B. auch
Stimmgabel an ein Ende eines Brettes und am anderen Ende hören) gar
nicht die Schallleitungsfähigkeit der verschiedenen Materialien messen
kann?

Post by Raimund Nisius
Der dünne Faden zwingt den Schall in eine einzige Richtung. Nach kurzem
Weg haben sich viele Reflexionen herausgemittelt und es bleibt der Teil
der Schallkugel übrig, der in Fadenrichtung geht. Darum kommt der so
unverfälscht am anderen Ende an.
Sucht euch einen Maschendrahtzaun und einen elektrischen Weidedraht
(natürlich abgeschaltet!). Ihr werdet die klanglich unterscheiden
können. Womöglich dämpft der Maschendraht zu stark.

Leider geht es in dem Versuch darum, dass die Schüler verschiedene
Materialien (Kork, Gummi, Holz, Metall usw.) daraufhin untersuchen, ob
sie Schall gut oder schlecht leiten, daher bringt der Maschendrahtzaun
nichts. Fällt dir (bzw. euch) ein besseres (und 7. Klasse Sonderschule
geeignetes) Experiment ein?
Die Frage ist also, wie kann man die Materialien auf ihre
Schallleitung hin miteinander vergleichen, so dass es physikalisch
richtig ist? Andere stellen über einen tickenden Wecker Schachteln aus
verschiedenen Materialien, aber meiner Meinung nach geht es dabei
weniger um Schallleitung im Körper als vor allem um Reflexion am Luft-
Material-Luft Übergang.

Viele Grüße
Jörg

[roland franzius]

Post by r***@gmx.de

Post by Raimund Nisius
Im homogenen Medium breitet sich Schall als Kugelwelle aus. Die Kugel
findet ihr jähes Ende an den Grenzen des Körpers (an den Übergängen zu
anderer Schallgeschwindigkeit). Dort findet Reflexion und oder Dämpfung
statt. Das wird sehr schnell beliebig kompliziert. Selbst einfache
Quader besitzen viele Eigenschwingungsmoden.

Klingt ja wie eine punktförmige Lichtquelle. Wenn es bei Schallwellen
auch Totalreflexion gibt, dann könnte man die Schallleitung beim
Fadentelefon ja mit einer Glasfaser bei der Lichtleitung vergleichen,
oder?

Nein, wenn du zwecks Vergleichbarkeit Schallleitung in Fäden von einigen
1000 Wellenlängen Radius und einigen 10^5 Wellenlängen Länge
untersuchst, bekommst du doch ganz andere Probleme als beim Licht.
Umgekehrt würden so enge Glasfasern Licht sperren, weil die Welle quer
nicht hineinpasst. Schallleitung ist eben Volumenschwingung des
Materials, da gibts keine Reflektion an der Fadenoberfläche.

Post by r***@gmx.de

Post by Raimund Nisius
Ähm, hast Du schon mal auf einen Holztisch und auf eine Blechplatte
geklopft? Du hörst vor allem, wie der Klöppel vom Körper gebremst wird.

Meinst du damit, dass man mit solch einem Versuch (z.B. auch
Stimmgabel an ein Ende eines Brettes und am anderen Ende hören) gar
nicht die Schallleitungsfähigkeit der verschiedenen Materialien messen
kann?

Post by Raimund Nisius
Der dünne Faden zwingt den Schall in eine einzige Richtung. Nach kurzem
Weg haben sich viele Reflexionen herausgemittelt und es bleibt der Teil
der Schallkugel übrig, der in Fadenrichtung geht. Darum kommt der so
unverfälscht am anderen Ende an.
Sucht euch einen Maschendrahtzaun und einen elektrischen Weidedraht
(natürlich abgeschaltet!). Ihr werdet die klanglich unterscheiden
können. Womöglich dämpft der Maschendraht zu stark.

Leider geht es in dem Versuch darum, dass die Schüler verschiedene
Materialien (Kork, Gummi, Holz, Metall usw.) daraufhin untersuchen, ob
sie Schall gut oder schlecht leiten, daher bringt der Maschendrahtzaun
nichts. Fällt dir (bzw. euch) ein besseres (und 7. Klasse Sonderschule
geeignetes) Experiment ein?
Die Frage ist also, wie kann man die Materialien auf ihre
Schallleitung hin miteinander vergleichen, so dass es physikalisch
richtig ist? Andere stellen über einen tickenden Wecker Schachteln aus
verschiedenen Materialien, aber meiner Meinung nach geht es dabei
weniger um Schallleitung im Körper als vor allem um Reflexion am Luft-
Material-Luft Übergang.

Wenn die Leitfähigkeit im Material groß gegen die in Luft ist, also für
harte Materialien und geringe Dämpfung, reicht enger Kontakt von Wecker
auf Material, um die Ausbreitung im Material dominant zu machen (Ohr auf
Tisch oder Schiene, Wecker oder Strimmgabel aufsetzen). Bei Styropor und
anderen schlechten Leitern muss man den Luftkurzschluss aussschalten Zb
indem man die Schallquelle mit gutem Kontakt zum Material in einen
ausgehöhlten Block einschließt.

[Jürgen Appel]

Hallo!

Post by r***@gmx.de
Welchen Einfluss hat die Form bzw. die Länge/Breite/Höhe auf die
Schallleitung?
Wenn man verschiedene Materialien miteinander vergleichen möchte,
indem man z.B. auf ein Ende eines Brettes klopft und am anderen Ende
hört, müssen dann alle Materialien (Holz, Kork, Gummi, Metall...)
möglichst die gleiche Länge, Breite und Höhe haben?

Die Geometrie des Mediums ist nur dann vernachlässigbar, wenn dieses groß
gegen die Wellenlänge ist. Bei Schall ist das selbst bei Ultraschall nicht
immer einfach zu realisieren. Wenn Du die Schalldämpfung im Medium messen
wisst müssen die Vergleichsmedien die gleichen Abmessungen relativ zur
Schallwellenlänge haben, damit sich identische Moden ausbilden.
Idealerweise sollte am Medienrand auch der Impedanzsprung ähnlich groß
sein. Das macht den direkten Vergleich von Luft mit Wasser schwierig.

Wenn die Messung nicht direkt mit einem Mikrofon vorgenommen wird, das im
Kontakt mit dem Medium steht sondern noch eine Luftschicht dazwischen ist
(wie z.B. im Ohr), dominiert die Reflexion an dieser Impedanzsprungstelle
das Ergebnis.

So ist die Dämpfung von Schall in Wasser sehr viel geringer als in Luft,
dennoch reichen nur wenige mm Wasser im Ohr aus, um die empfundene
Laustärke stark zu reduzieren.

Gruß,
Jürgen

[Wieslaw Bicz]

Post by Jürgen Appel
Hallo!

Post by r***@gmx.de
Welchen Einfluss hat die Form bzw. die Länge/Breite/Höhe auf die
Schallleitung?
Wenn man verschiedene Materialien miteinander vergleichen möchte,
indem man z.B. auf ein Ende eines Brettes klopft und am anderen Ende
hört, müssen dann alle Materialien (Holz, Kork, Gummi, Metall...)
möglichst die gleiche Länge, Breite und Höhe haben?

Die Geometrie des Mediums ist nur dann vernachlässigbar, wenn dieses groß
gegen die Wellenlänge ist. Bei Schall ist das selbst bei Ultraschall nicht
immer einfach zu realisieren. Wenn Du die Schalldämpfung im Medium messen
wisst müssen die Vergleichsmedien die gleichen Abmessungen relativ zur
Schallwellenlänge haben, damit sich identische Moden ausbilden.
Idealerweise sollte am Medienrand auch der Impedanzsprung ähnlich groß
sein. Das macht den direkten Vergleich von Luft mit Wasser schwierig.
Wenn die Messung nicht direkt mit einem Mikrofon vorgenommen wird, das im
Kontakt mit dem Medium steht sondern noch eine Luftschicht dazwischen ist
(wie z.B. im Ohr), dominiert die Reflexion an dieser Impedanzsprungstelle
das Ergebnis.
So ist die Dämpfung von Schall in Wasser sehr viel geringer als in Luft,
dennoch reichen nur wenige mm Wasser im Ohr aus, um die empfundene
Laustärke stark zu reduzieren.
Gruß,
Jürgen

Diese Erklärung ist völlig in Ordnung. Ich würde noch dazu sagen, dass
es bei mechanischen Wellen zwei Wellenarten gibt (longitudinale und
transversale) und bei begrenzten Körpern (klein im Vergleich zu der
Wellenlänge) enstehen besondere Moden, die ganz andere Geschwindigkeiten
als Volumenwellen haben. Gutes Beispiel dafür ist die schwingende Saite.
Durch Modenwandlung wird der Impuls außerdem erheblich verlängert, da es
bei verschiedenen Moden u.U. starke Dispersion gibt.

Zusätzlich spielen solche Sachen, wie die internen Spannungen eine große
Rolle (sehr wichtig bei Violinen und ähnlichen Instrumenten) und auch
Oberflächenbeschichtung, sowie die Umgebung (in der Luft natürlich
meistens vernachlässigbar).

Deswegen ist die Messung der Schallgeschwindigkeit in Festkörpern
eigentlich nur mit Ultraschall mit MHz Frequenzen möglich. Bei höheren
Präzision ist sehr große Sorgfalt erforderlich.

Ich habe auch, glaube ich, ein gutes Beispiel für deine frühere
"Aufgabe" bezüglich der Nutzung der Schallleitung in Festkörpern in
praktischem Leben gefunden. Es ist aber eher ein Gegenbeispiel. Die
Menschen nutzen nämlich diese Tatsache im hörbaren Schallbereich nicht
so intensiv, sie schützen sich eher davor - durch massive Wände,
Glasscheiben, usw.

Jeder weiß, das erst dicke Wände den Schall komplett dämpfen. Eine
einfache Demonstration in einem Wagen mit geschlossenen Fenstern zeigt,
dass der Schall durch Festkörpern geht. Vermindert wird es hauptsächlich
durch Reflexion, die zwar die meiste Energie der Schallwelle nicht
durchlässt, der Rest ist aber hörbar. Um das zu demonstrieren könnte man
einen geschlossenen Kasten bauen, in dem die Lauten der Umgebung zwar
deutlich leiser, aber doch zu hören sind.

W. Bicz

www.optel.pl

[r***@gmx.de]

Ihr habt wieder einige interessante Aspekte genannt! Zur weiteren
Diskussion stelle ich mal das Experiment im Detail vor, wie wir es
derzeit geplant haben:

Die Schüler (7. Klasse Sonderschule) sollen untersuchen, welche festen
Stoffe Schall gut oder schlecht leiten (dabei reicht gut bzw. schlecht
als Unterscheidungsmerkmal).

Folgende Stoffe können untersucht werden: Kork, Gummi, Plastik, Holz,
Metall, Teppich, Styropor, Schaumstoff, Beton, Glas, Fliese
Die Materialien haben dabei ungefähr die Abmaße L/B/H von 50cm/10cm/
1cm, aber leider sind manche auch z.B. doppelt so breit oder hoch
(daher die Frage bezüglich der Ausmaße).
Damit die Unterlage nicht maßgeblich mit leitet, stellt man die
Materialien z.B. auf Gummifüße.
Der Versuch ist derzeit so geplant, dass die Schüler an ein Ende des
Materials eine Stimmgabel halten und am anderen Ende mit dem Ohr
beurteilen, ob der Schall gut oder schlecht geleitet wird.

Die Materialien haben Schallgeschwindigkeiten von 150m/s (Gummi) bis
ca. 5000m/s (Metall), was bei einer 440 Hz Stimmgabel Wellenlängen von
34cm bis 11m entspricht.

Damit sind die Materialien doch eigentlich deutlich zu schmal bzw.
niedrig, damit sich irgendeine Mode ausbilden kann, oder? Wäre es dann
egal, ob die Materialien exakt gleich groß sind oder ob es
Unterschiede in den Ausmaßen gibt?

Vielen Dank für alle bisherigen Antworten!
Jörg

[Wieslaw Bicz]

Post by r***@gmx.de
Ihr habt wieder einige interessante Aspekte genannt! Zur weiteren
Diskussion stelle ich mal das Experiment im Detail vor, wie wir es
Die Schüler (7. Klasse Sonderschule) sollen untersuchen, welche festen
Stoffe Schall gut oder schlecht leiten (dabei reicht gut bzw. schlecht
als Unterscheidungsmerkmal).
Folgende Stoffe können untersucht werden: Kork, Gummi, Plastik, Holz,
Metall, Teppich, Styropor, Schaumstoff, Beton, Glas, Fliese
Die Materialien haben dabei ungefähr die Abmaße L/B/H von 50cm/10cm/
1cm, aber leider sind manche auch z.B. doppelt so breit oder hoch
(daher die Frage bezüglich der Ausmaße).
Damit die Unterlage nicht maßgeblich mit leitet, stellt man die
Materialien z.B. auf Gummifüße.
Der Versuch ist derzeit so geplant, dass die Schüler an ein Ende des
Materials eine Stimmgabel halten und am anderen Ende mit dem Ohr
beurteilen, ob der Schall gut oder schlecht geleitet wird.
Die Materialien haben Schallgeschwindigkeiten von 150m/s (Gummi) bis
ca. 5000m/s (Metall), was bei einer 440 Hz Stimmgabel Wellenlängen von
34cm bis 11m entspricht.
Damit sind die Materialien doch eigentlich deutlich zu schmal bzw.
niedrig, damit sich irgendeine Mode ausbilden kann, oder? Wäre es dann
egal, ob die Materialien exakt gleich groß sind oder ob es
Unterschiede in den Ausmaßen gibt?
Vielen Dank für alle bisherigen Antworten!
Jörg

Der Versuch ist unrealistisch, da man auch - oder vor allem - den durch
die Luft gehenden Schall hören wird.
Zusätzlich gibt es mehrere Probleme: mit der Schallübertragung in das zu
untersuchenden Material, u.U. geringen Dämpfungsunterschieden bei den
benutzten
Frequenzen, Schwierigkeiten mit der Beurteilung der Schallintensität mit
dem Ohr, usw.

Ich kann mir einiges vorstellen, was dem Versuch ähnlich wäre, das alles
ist aber nicht so primitiv - verlangt schon etwas kompliziertere Apparate.

W. Bicz

[r***@gmx.de]

Post by Wieslaw Bicz
Der Versuch ist unrealistisch, da man auch - oder vor allem - den durch
die Luft gehenden Schall hören wird.
Zusätzlich gibt es mehrere Probleme: mit der Schallübertragung in das zu
untersuchenden Material, u.U. geringen Dämpfungsunterschieden bei den
benutzten
Frequenzen, Schwierigkeiten mit der Beurteilung der Schallintensität mit
dem Ohr, usw.
Ich kann mir einiges vorstellen, was dem Versuch ähnlich wäre, das alles
ist aber nicht so primitiv - verlangt schon etwas kompliziertere Apparate.
W. Bicz

Du hast recht. Das hätte ich noch erwähnen sollen: Das freie Ohr muss
man sich natürlich zu halten, da die Materialien für die Stimmgabel
unterschiedlich gute Resonatoren bilden und damit der Schall in der
Luft unterschiedlich gut hörbar ist.
Verschiedene Frequenzen sind kein Problem, da man durch die Stimmgabel
ja nur eine Frequenz hat.

Kompliziertere Versuche sind undenkbar. Alles mit Elektronik scheidet
aus, da der Versuch möglichst schüler- und lebensnah sein soll.

Die Problematik mit der Leitung vom Material ins Ohr besteht
natürlich. Aber bei allen anderen ähnlich simplen Versuchen (z.B.
tickender Wecker in Schachteln aus verschiedenen Materialien) hat man
meist noch mehr Übergänge von einem Material in ein anderes als bei
diesem Versuch.

Wir haben gerade den Versuch selbst getestet und es kommt zumindest
eindeutig das richtige Ergebnis heraus: Materialien wie Kork,
Schaumstoff und Stypropor leiten den Schall deutlich schlechter als
Holz, Glas, Stein, Metall und Hartplastik.
Zumindest das Ergebnis ist so, wie es sein soll.

Liebe Grüße
Jörg und Jessi

[Jürgen Appel]

Post by r***@gmx.de
Die Schüler (7. Klasse Sonderschule) sollen untersuchen, welche festen
Stoffe Schall gut oder schlecht leiten (dabei reicht gut bzw. schlecht
als Unterscheidungsmerkmal).
Folgende Stoffe können untersucht werden: Kork, Gummi, Plastik, Holz,
Metall, Teppich, Styropor, Schaumstoff, Beton, Glas, Fliese
Die Materialien haben dabei ungefähr die Abmaße L/B/H von 50cm/10cm/
1cm, aber leider sind manche auch z.B. doppelt so breit oder hoch
(daher die Frage bezüglich der Ausmaße).
Damit die Unterlage nicht maßgeblich mit leitet, stellt man die
Materialien z.B. auf Gummifüße.
Der Versuch ist derzeit so geplant, dass die Schüler an ein Ende des
Materials eine Stimmgabel halten und am anderen Ende mit dem Ohr
beurteilen, ob der Schall gut oder schlecht geleitet wird.

Ich bezweifle stark, daß das, was dabei herauskommt, noch irgendetwas mit
der Fähigkeit zur Schalleitung zu tun hat. Wenn sich überhaupt Unterschiede
ergeben, dann dürften die damit zusammenhängen, daß irgendwelche
Schwingungseigenmoden des Mediums (das sind bei den Abmessungen
wahrscheinlich keine Longitudinalmoden) unterschiedlich stark angeregt
werden und daß durch den Impedanzzsprung am Hörende unterschiedlich stark
ausgekoppelt wird.

Nur mal zum Vergleich, was für Dämpfungen man so erwarten kann:
http://resource.npl.co.uk/acoustics/techguides/seaabsorption/
sagt für Wasser <0.02dB/km voraus. Das heißt das nach einem Kilometer(!)
Wasser noch mehr als 99.5%/km der Schallenergie vorhanden sind.
Bei Metall dürfte die Dämpfung noch geringer sein.
Bei Luft ist sie ebenfalls geringer als 10%/km.

Zusammen mit dem logarithmischen Hörempfinden dürften solche Dämpfungen
völlig ununterscheidbar sein. Das sollte auch aus folgender Überlegung klar
werden:

Es ist fast ausgeschlossen, eine Abnahme der Lautstärke festzustellen, wenn
man sich von einer weit entfernten Schallquelle einen Schritt weiter
entfernt. In der Nähe der Quelle gilt das natürlich nicht, da da die
Ableitung der 1/r^2 Intensitätsabnahme dominiert.

Post by r***@gmx.de
Die Materialien haben Schallgeschwindigkeiten von 150m/s (Gummi) bis
ca. 5000m/s (Metall), was bei einer 440 Hz Stimmgabel Wellenlängen von
34cm bis 11m entspricht.

Und es wird viele Wellenlängen brauchen, bis sich die Amplitude merklich
ändert.

Wenn Du anschaulich Wellenausbreitung in der Schule untersuchen willst,
empfehle ich Oberflächenwellen im Wasser. Da läßt sich die Wellenlänge
durch die Wassertiefe einstellen, man kann die Wellen sehen und Effekte wie
Reflexion und Impedanzsprünge erfahren und wegen der Dispersion gibt es
auch eine sichtbare Dämpfung der Amplitude.

Gruß,
Jürgen

[r***@gmx.de]

Nur mal zum Vergleich, was für Dämpfungen man so erwarten kann:http://resource.npl.co.uk/acoustics/techguides/seaabsorption/
sagt für Wasser <0.02dB/km voraus. Das heißt das nach einem Kilometer(!)
Wasser noch mehr als 99.5%/km der Schallenergie vorhanden sind.
Bei Metall dürfte die Dämpfung noch geringer sein.
Bei Luft ist sie ebenfalls geringer als 10%/km.

Das widerspricht doch aber vollkommen meiner physikalischen Intuition!
Wieso höre ich jemand nicht mehr, wenn er 50m von mir entfernt ist?

Das Thema der Stunde ist leider Schallleiter, da bringen die
Oberflächenwellen in diesem Fall auch nichts. Davon abgesehen, dass es
für die Schüler schon viel zu komplex wäre.

Ähnliche Versuche stehen sogar im Lehrplan, d.h. so verkehrt kann es
nicht sein. Oder jemand mit wenig Ahnung hat den Lehrplan geschrieben.

[Jürgen Appel]

Post by r***@gmx.de
Das widerspricht doch aber vollkommen meiner physikalischen Intuition!
Wieso höre ich jemand nicht mehr, wenn er 50m von mir entfernt ist?

Weil dann (einen idealen Kugelstrahler als Emitter angenommen) die
Schalleistung auf 1/50^2=1/2500 der Leistung in einem Meter Entfernung
abgenommen hat, selbst in völliger Abwesenheit von Dämpfung.

Gruß,
Jürgen

[Wieslaw Bicz]

Post by r***@gmx.de

Nur mal zum Vergleich, was für Dämpfungen man so erwarten kann:http://resource.npl.co.uk/acoustics/techguides/seaabsorption/
sagt für Wasser <0.02dB/km voraus. Das heißt das nach einem Kilometer(!)
Wasser noch mehr als 99.5%/km der Schallenergie vorhanden sind.
Bei Metall dürfte die Dämpfung noch geringer sein.
Bei Luft ist sie ebenfalls geringer als 10%/km.

Das widerspricht doch aber vollkommen meiner physikalischen Intuition!
Wieso höre ich jemand nicht mehr, wenn er 50m von mir entfernt ist?

Weil die Quelle eine de facto Punktquelle ist - die Welle breitet sich
kugelförmig aus und die Amplitude fällt entsprechend.

Post by r***@gmx.de
Das Thema der Stunde ist leider Schallleiter, da bringen die
Oberflächenwellen in diesem Fall auch nichts. Davon abgesehen, dass es
für die Schüler schon viel zu komplex wäre.
Ähnliche Versuche stehen sogar im Lehrplan, d.h. so verkehrt kann es
nicht sein. Oder jemand mit wenig Ahnung hat den Lehrplan geschrieben.

Es stimmt aber leider, dass die Dämpfung der meisten Stoffe sich bei den
hörbaren Schallfrequenzen zu wenig unterscheidet um auf dem einfachen
Wege eine Messung durchzuführen.
Bei einem solchen Experiment misst man leider hauptsächlich die
Ankopplung der Schallquelle an den Sender (Stimmgabel) oder an die Luft,
die dann die Schwingungen an das Ohr überträgt.
Mit Schalldämpfung hat das leider wenig zu tun.

W. Bicz

[roland franzius]

Post by Wieslaw Bicz

Post by r***@gmx.de

Nur mal zum Vergleich, was für Dämpfungen man so erwarten kann:http://resource.npl.co.uk/acoustics/techguides/seaabsorption/
sagt für Wasser <0.02dB/km voraus. Das heißt das nach einem Kilometer(!)
Wasser noch mehr als 99.5%/km der Schallenergie vorhanden sind.
Bei Metall dürfte die Dämpfung noch geringer sein.
Bei Luft ist sie ebenfalls geringer als 10%/km.

Das widerspricht doch aber vollkommen meiner physikalischen Intuition!
Wieso höre ich jemand nicht mehr, wenn er 50m von mir entfernt ist?

Weil die Quelle eine de facto Punktquelle ist - die Welle breitet sich
kugelförmig aus und die Amplitude fällt entsprechend.

Post by r***@gmx.de
Das Thema der Stunde ist leider Schallleiter, da bringen die
Oberflächenwellen in diesem Fall auch nichts. Davon abgesehen, dass es
für die Schüler schon viel zu komplex wäre.
Ähnliche Versuche stehen sogar im Lehrplan, d.h. so verkehrt kann es
nicht sein. Oder jemand mit wenig Ahnung hat den Lehrplan geschrieben.

Es stimmt aber leider, dass die Dämpfung der meisten Stoffe sich bei den
hörbaren Schallfrequenzen zu wenig unterscheidet um auf dem einfachen
Wege eine Messung durchzuführen.
Bei einem solchen Experiment misst man leider hauptsächlich die
Ankopplung der Schallquelle an den Sender (Stimmgabel) oder an die Luft,
die dann die Schwingungen an das Ohr überträgt.
Mit Schalldämpfung hat das leider wenig zu tun.

Es geht ja auch nicht um Schalldämpfung durch Absorption sondern durch
schlechte Kopplung der Überträger durch stark unterschiedliche
Schallhärte zB im Bau.

Nach der Meinung einzelner hier sich ungedämpft äußernden Physiker ist
Schalldämpfung an Pistolen, Autos und Baukörpern und Ohren per Kopfhörer
physikalisch völlig überflüssig.

[r***@gmx.de]

Im Grunde hatte ich ja befürchtet, dass es physikalisch nicht
einwandfrei ist. Genau deswegen habe ich ja hier angefragt.

Aber ich denke, man kann bei "gute und schlechte Schallleiter" das
Thema durchaus weiter fassen und "Schalleitung" nicht nur auf Dämpfung
durch Absorption beschränken (was dann ja im Alltag praktisch keine
Relevanz für die Schüler hat), sondern wie Roland schon meinte auch
noch die Kopplung mit rein nehmen. Im Grund hat alles was für die
Schüler mit Schallleitung zu tun hat am Ende immer Luft als Medium,
damit sie es hören können (solange man eben auf Messgeräte
verzichtet).

Und da der Lehrplan das Thema vorsieht und einen in meinen Augen noch
schlechteren Versuch dazu macht, kann ich glaube ich guten Gewissens
den Versuch so machen.

[Roland Damm]

Moin,

Post by r***@gmx.de
Im Grunde hatte ich ja befürchtet, dass es physikalisch nicht
einwandfrei ist. Genau deswegen habe ich ja hier angefragt.
Aber ich denke, man kann bei "gute und schlechte Schallleiter"
das Thema durchaus weiter fassen und "Schalleitung" nicht nur
auf Dämpfung durch Absorption beschränken (was dann ja im
Alltag praktisch keine Relevanz für die Schüler hat), sondern
wie Roland schon meinte auch noch die Kopplung mit rein nehmen.
Im Grund hat alles was für die Schüler mit Schallleitung zu tun
hat am Ende immer Luft als Medium, damit sie es hören können
(solange man eben auf Messgeräte verzichtet).
Und da der Lehrplan das Thema vorsieht und einen in meinen
Augen noch schlechteren Versuch dazu macht, kann ich glaube ich
guten Gewissens den Versuch so machen.

Vermutlich ist der Lehrplan da wirklich murks, denn wenn man den
Versuch so durchführt, kommt man zu der Erkenntnis, dass man den
Lärm aus einer lauten Disco am besten von der Umgebung fernhält,
wenn man anstatt Glas in die Fenster Korkscheiben einsetzt. Und
das ist nunmal einfach falsch.

Eine sinnvolle Alternative fällt mir auch nicht ein, nur
vielleicht diese Anmerkung: Klebt man einen Nagel mittig unter
den Boden eines Joghurtbechers, müsste daraus eine Art
Stethoskop werden, dem Becher hält man sich ans Ohr, mit der
Nagelspitze berührt man den Gegenstand, dessen Körperschall man
horchen möchte. Das ist zumindest besser, als das Ohr auf einen
Festkörper drücken zu wollen.

CU Rollo

[r***@gmx.de]

Post by Roland Damm
Eine sinnvolle Alternative fällt mir auch nicht ein, nur
vielleicht diese Anmerkung: Klebt man einen Nagel mittig unter
den Boden eines Joghurtbechers, müsste daraus eine Art
Stethoskop werden, dem Becher hält man sich ans Ohr, mit der
Nagelspitze berührt man den Gegenstand, dessen Körperschall man
horchen möchte. Das ist zumindest besser, als das Ohr auf einen
Festkörper drücken zu wollen.
CU Rollo

Die Idee klingt gut, das werde ich mal ausprobieren!

Was mir noch eingefallen ist zur Diskussion über Dämpfung:
In Wasser und Metallen mag es gerne so sein, dass die Intensität um
weniger als 1% pro Kilometer abgeschwächt wird. Dass Metalle gut
leiten soll ja am Ende rauskommen. Aber wie sieht es bei den schlecht
leitenden Materialien wie Kork, Schaumstoff und Styropor aus? Die
haben doch sicher eine deutlich höhere Dämpfung. Wäre interessant, ob
die groß genug ist, um einen Unterschied zu merken.

Viele Grüße
Jörg

[Roland Damm]

Moin,

Post by r***@gmx.de

Post by Roland Damm
Eine sinnvolle Alternative fällt mir auch nicht ein, nur
vielleicht diese Anmerkung: Klebt man einen Nagel mittig unter
den Boden eines Joghurtbechers, müsste daraus eine Art
Stethoskop werden, dem Becher hält man sich ans Ohr, mit der
Nagelspitze berührt man den Gegenstand, dessen Körperschall
man horchen möchte. Das ist zumindest besser, als das Ohr auf
einen Festkörper drücken zu wollen.

Die Idee klingt gut, das werde ich mal ausprobieren!

Hab's noch ausprobiert, ich glaube je steifer der Becher, desto
besser geht's. Aber an sich funktioniert das.

Post by r***@gmx.de
In Wasser und Metallen mag es gerne so sein, dass die
Intensität um weniger als 1% pro Kilometer abgeschwächt wird.
Dass Metalle gut leiten soll ja am Ende rauskommen. Aber wie
sieht es bei den schlecht leitenden Materialien wie Kork,
Schaumstoff und Styropor aus? Die haben doch sicher eine
deutlich höhere Dämpfung. Wäre interessant, ob die groß genug
ist, um einen Unterschied zu merken.

Schaumstoff, Gummi,... leiten Schall sicher schlechter weiter.
Nur wegen ihrer geringeren Dichte koppeln sie an den Luftschall
besser an. Deswegen lässt eine Fensterscheibe den Schall von
draußen schlechter ins Zimmer, als wenn man das Fenster mit
einem Gummituch bespannen würde. Für eine Demonstration ist das
nicht sehr praktisch.

Allerdings willst du ja den Körperschall mit einer Stimmgabel
einbringen, die Kopplung an die Luft spielt also garkeine Rolle.
Wenn das Abhorchen auch noch wie vorgeschlagen durchgeführt
wird, kann ich mit schon vorstellen, dass ein Ergebnis hörbar
ist. Aber es wird eventuell enttäuschend sein, weil alle
üblichen Festkörper den Schall hörbar gleich gut leiten, und
alles was man als Schaumstoffähnlich bezeichnen würde, leitet
den Schall hörbar garnicht. Das sieht dann aus wie entweder oder
und nicht wie besser und schlechter.

CU Rollo

[Jürgen Appel]

Post by Roland Damm
Schaumstoff, Gummi,... leiten Schall sicher schlechter weiter.
Nur wegen ihrer geringeren Dichte koppeln sie an den Luftschall
besser an.

... dafür aber schlechter an die Stimmgabel.

Post by Roland Damm
Allerdings willst du ja den Körperschall mit einer Stimmgabel
einbringen, die Kopplung an die Luft spielt also garkeine Rolle.
Wenn das Abhorchen auch noch wie vorgeschlagen durchgeführt
wird, kann ich mit schon vorstellen, dass ein Ergebnis hörbar
ist.

Auch ich bin mir sicher, daß ein Unterschied stark hörbar sein wird.

Post by Roland Damm
Aber es wird eventuell enttäuschend sein, weil alle
üblichen Festkörper den Schall hörbar gleich gut leiten, und
alles was man als Schaumstoffähnlich bezeichnen würde, leitet
den Schall hörbar garnicht. Das sieht dann aus wie entweder oder
und nicht wie besser und schlechter.

Der Grund dafür ist aber wieder nicht der Unterschied in der Schalleitung
sondern die Tatsache, daß von Anfang an die eingekoppelte Schallenergie
stark verschieden ist: Ist das Medium schallweich, prägt die Stimmgabel an
der Grenzfläche dem Medium ihre Geschwindigkeit auf, der Druck und damit
der Energiefluß ist jedoch sehr niedrig.

Wenn man sich die Schalleitung anschauen möchte, müßte man sich anschauen,
wie die Lautstärke z.B. mit der Änderung der Länge des Wellenleiters
skaliert.

Gruß,
Jürgen

[r***@gmx.de]

Post by Jürgen Appel
Wenn man sich die Schalleitung anschauen möchte, müßte man sich anschauen,
wie die Lautstärke z.B. mit der Änderung der Länge des Wellenleiters
skaliert.

Das lässt sich leider schlecht in der Schule durchführen und dazu wäre
das Ohr als Messgerät sicher nicht gut geeignet (vor allem wenn wie
oben angesprochen die Dämpfung in manchen Materialien weniger als 1%
pro Kilometer ausmacht).

Hier mal das Ergebnis, wenn man bei verschiedenen Materialien an ein
Ende die Unterseite der Stimmgabel hält und in ca. 50cm Entfernung mit
dem Ohr hört (Materialien ca. 60x10x1 cm³).

Am besten hört man die Stimmgabel bei Hartplastik und Aluminium, dann
bei Holz, dann schon schlechter bei Kork und Stypropor und fast gar
nicht mehr bei Schaumstoff. Noch ausstehend sind Beton, Stein und
Glas, die sollten aber auch recht gut leiten.

Wie Roland schon befürchtet hat, ist Schaumstoff deutlich am
schlechtesten. Obwohl Kork und Stypropor auch schlechter sind als die
anderen Materialien, könnte man sie durchaus nach diesem Versuch als
"gute Leiter" bezeichnen.

Für Schüler geht es unter anderem z.B. um Fragen wie "Worauf kann ich
meine Lautsprecher stellen, damit sie nicht so laut sind" und für
solche Fragestellungen ist der erwähnte Versuch an sich bestens
geeignet, auch wenn man damit vielleicht nicht nur die reine
Schallleitung im Festkörper bestimmt.

Grüße und vielen Dank für alle Beiträge!
Jörg und Jessi

[Roland Damm]

Moin,

Post by r***@gmx.de
Für Schüler geht es unter anderem z.B. um Fragen wie "Worauf
kann ich meine Lautsprecher stellen, damit sie nicht so laut
sind"

Betonplatte (zumindest wenn noch ein bischen Teppich drunter
ist) :-)

Post by r***@gmx.de
und für solche Fragestellungen ist der erwähnte Versuch
an sich bestens geeignet, auch wenn man damit vielleicht nicht
nur die reine Schallleitung im Festkörper bestimmt.

Na ja... Aufgabe an die Schüler: 'Korrigiere die
Aufgabenstellung, so dass sie zur Lösung passt'.

SCNR, CU Rollo

[Joachim Pimiskern]

Post by r***@gmx.de
Welchen Einfluss hat die Form bzw. die Länge/Breite/Höhe
auf die Schallleitung?

Für Schall gibt's natürliche Wellenleiter,
die die Wale und Elefanten nutzen.

http://www.wwf.de/themen/artenschutz/bedrohte-tiere-und-pflanzen/wie-wale-kommunizieren/
http://www.bioblatt.de/hintergrund/elefantenkommunikation230204.shtml

Beim Licht gibt's noch eine Besonderheit:
"The discovery, details of which appear in the Jan. 8 issue of the
journal Applied Physics Letters, defies a key principle that holds
that light cannot pass through a hole much smaller than its wavelength."

http://www.eurekalert.org/pub_releases/2007-01/bc-bpt010407.php
http://technology.newscientist.com/article/dn10911-nanoscopic-coaxial-cable-transmits-light.html

Grüße,
Joachim