Raumakustik vs. minimalistische Einrichtung (Flatterecho, Nachhallzeit, Bassloch, Nachbarn..)

Autor

Beitrag

robilino_
Neuling

#1 erstellt: 17. Mai 2013, 06:19

Guten Morgen,

nachdem ich mich jetzt schon tagelang durch das Forum gelesen habe, muss ich jetzt doch meinen Fall mal konkret schildern, bevor ich viel Geld in Akustiklösungen investiere:

Ich bin vor 2 Wochen in meine neue Wohnung gezogen und habe mir für mein Wohnzimmer(ca. 24m²) 2x Quadral Platinum M4 und einen NAD C356BEE gegönnt (Als Zusatzinformation zur Beschallung). Bisher habe ich lediglich ein Sofa, 2 kleinere Beton Würfel(40x40x40) als Beistelltische , die Lautsprecher, meinen NAD auf einem Lowboard, einen Fernseher und ein Sideboard, gefüllt mit LPs und 2 Plattenspielern und Mixer im Raum (s. Zeichnung).

Da ich ein Fan des Minimalen und klarer Strukturen bin, soll bis auf einige Pflanzen und einer Steh- und Tischleuchte, nicht sonderlich mehr in den Raum gestellt werden (Abgesehen von 1-2 Acrylgemälden einer Bekannten..die werden aber üblicherweise gehängt und nicht gestellt).

Die Wände (ca. 2,6m hoch) sind verputzt (keine Tapete) und verlegt sind schwimmende Laminatdielen. Durch eine große Doppel-Glastür zu meiner Rechten (vom Hörplatz gesehen), sowie einer Terrassentür gegenüber habe ich schön viel Licht. In die Zimmertür ist ebenfalls Glas eingelassen.

Soweit, so gut: Wie ihr euch sicher vorstellen könnt verhält sich eine minimale Einrichtung, (bisher) nackte Wände und relativ viel Glas nicht unbedingt förderlich gegenüber eines angenehmen Hörerlebnisses..

1. Flatterecho im Hochtonbereich
2. Eine inakzeptable Nachhallzeit
3. Total ungleichmäßige Bassverteilung im Raum. (Ich habe auf meine Hörplatz nahezu 0 Bass [obwohl ich sehr wandnah sitze?!), während sich die Nachbarn von oben beschweren [Kein Wunder bei der Wandnähe + Bassreflex]. Einzig stehend, direkt vor den LS habe ich bei momentaner Aufstellung satten Bass)

Bei meinen Jazz/Soul-LPs ist das ganze noch erträglich - wirklich Tiefe Bässe kommen teilweise auch an. Nur legt man eine Hiphop und Techno-Scheibe auf, verschwinden die Kicks im Nichts... Dafür hat man an einigen Stellen im Raum unerträgliches, schwammiges und undefinierbares Wummern..Ich habe mal testweise die Boxen in die Raumecken gestellt. Da kommt definitiv mehr des angesprochenen Basses bei mir an.

Dazu kommt, dass ich die Lautsprecher aus praktischen Gründen nicht weiter als 40cm von der Wand holen kann, weil man mir sonst beim Betreten des Raumes die Rechte Box umhaut. Gerne würde ich auch mehr akustische Raumweite schaffen, indem ich die Lautsprecher weiter auseinander stelle. Dagegen spricht, dass ich in momentaner Positionierung den einen LS hinter die Tür und beim anderen mein Kabel am Fenster vorbeiziehen müsste, was ohne einen störenden Kabelkanal nicht möglich wäre..Drehe ich alles um 180° sitzt man auf der Ottomane des Sofas quasi vor der Tür..

Ich bin sehr gerne gewillt mit Absorbern,Bassfallen und Diffusoren zu arbeiten, anstatt mir das Zimmer mit Mobiliar vollzuballern. (Vermutlich bin ich in diesem Falle sogar dazu gezwungen :P) und finde besonders die Vicoustic-Produkte optisch sehr ansprechend. Mit verschiedenen Panels werde ich mich Sicherheit meine Höhen in den Griff kriegen, die Nachhallzeit ins erträgliche bringen und das Basswummern reduzieren können.

Nur was kann ich gegen mein "Bassloch" am Hörplatz tun, ohne viel an der Positionierung LS zu drehen?

Was haltet ihr in meiner Situation von LEDE? ( hinter den Hörplatz Diffusoren, hintern den LS und an den Wänden Absorber (sofern durch die "Spiegelmethode" nicht herauskommt, dass ich die Absorber vor die Türen zum Garten hängen muss

[was mach ich dann?]) und Bassfallen in die Ecken)

Ich werde am Wochenende die Eigenfrequenzen des Raumes analysieren um gezieltere, absorbierende Maßnahmen ergreifen zu können. Doch das alles nützt mir im Bassbereich ja nicht viel, wenn aus physikalischen Gründen auf meiner Sitzposition ein Minimum essentieller Bassfrequenzen vorhanden ist, oder??

Gegen den Körperschall sind bereits 3cm Granitplatten unterwegs. Spikes sind hier und die Gummimatte kommt auch noch drunter..vielleicht schafft das ja zumindest durch Reduzierung der Übertragung des Köperschalls erste Abhilfe gegen Stress mit den Nachbarn.

Bringen entsprechende justierte Plattenschwinger hinter den LS etwas gegen die "quasi" direkte Übertragung des Basses auf die Wände und somit zu meinen Nachbarn? Die kugelförmige Ausbreitung der Bässe spricht dagegen oder?

Ich hoffe die Fülle an Fragen und Infotext erschlägt nicht und ich hoffe ihr könnt mir helfen. Ich bin mit der momentanen Situation mehr als unzufrieden und weiß nicht so recht, wie ich die Problematik in den Griff kriegen kann.

Viele Grüße,
Robert

Anbei eine kleine Skizze meines Raumes (Die LS sind grün):

[Beitrag von robilino_ am 17. Mai 2013, 06:37 bearbeitet]

hobbyakustiker
Hat sich gelöscht

#2 erstellt: 17. Mai 2013, 07:40

Das wird Nichts ohne umzustellen. Das geht schon damit los dass die Lautsprecher für so eine grosse Abhörentfernung nicht gemacht sind. Wenn Du den Hall im Hochton beseitigst, fehlt am Hörplatz Hochton. Und ganz generell kann man nur in einer Top-Akustik auf solche Entfernungen von "Musikhören" sprechen, weil der Hallanteil zu hoch ist - daran ändern ein paar Akustikelemente Nichts. Ein Stereodreieck mit 2,5 - 3 Meter Kantenlänge ist das Maximum mit diesen Lautsprechern in diesem Raum - das wäre eine Basis für eine Optimierung. Überleg' doch mal ob und wie Du das entsprechend umstellen kannst. Möglichst so dass sich der Hörplatz nicht direkt vor einer Wand befindet...

[Beitrag von hobbyakustiker am 17. Mai 2013, 07:43 bearbeitet]

Klaus-R.
Inventar

#3 erstellt: 17. Mai 2013, 17:05

robilino schrieb:

1.Flatterecho im Hochtonbereich

Flatterechos entstehen, wenn die Dauer des auslösenden Impulses kleiner ist als L/c (L = Abstand zweier paralleler Wände in m, c = Schallgeschwindigkeit im m/s). Bei einem Abstand von 5,4 m wären das knapp 16 ms:

Maa, “The flutter echoes”, J. of Acoustical Society of America 1941, vol. 13, S.170

Obwohl nicht hundertprozentig auszuschliessen, denke ich, daß bei Musik die Gefahr recht gering ist. Falls ein Problem, sind die entsprechenden Wandflächen zu behandeln, Krauth gibt da Hinweise:

Krauth et al., “Modelluntersuchungen an Flatterechos”, Frequenz 1964, Bd. 18, Nr. 8, S. 247

2. Eine inakzeptable Nachhallzeit

Alles, was absorbiert, ist willkommen. Was die Verteilung im Raum angeht, habe ich bis vor kurzem geglaubt, es sei egal, habe jedoch ein paper gefunden, aus dem hervorgeht, daß bei unterschiedlicher Verteilung auch unterschiedliche Nachhallzeiten gemessen wurden:

Randall et al., “Diffusion of sound in small rooms”, Proceedings of the IEEE 1960, Part B, vol. 107, no. 35, S.439

Was die immer und überall propagierten “optimalen” Nachhallzeiten angeht, mir sind keine psychoakustischen Untersuchungen bekannt, auf denen die angegebenen Werte basieren. Solange der Raum subjektiv nicht zu hallig ist, ist’s prima.

3. Total ungleichmäßige Bassverteilung im Raum. (Ich habe auf meinem Hörplatz nahezu 0 Bass obwohl ich sehr wandnah sitze?!), während sich die Nachbarn von oben beschweren [Kein Wunder bei der Wandnähe + Bassreflex]. Einzig stehend, direkt vor den LS habe ich bei momentaner Aufstellung satten Bass)

In geschlossenen Räumen entstehen bei allen Frequenzen stehende Wellen (d.h. Überlagerung von zur Wand hinlaufender und reflektierter Welle), diese haben Druckmaxima und –minima, letztere (bei senkrechtem Schalleinfall) bei einem Wandabstand von einem viertel der Wellenlänge:

Waterhouse, “Interference patterns in reverberant sound fields”, J. of the Acoustical Society of America 1955, vol.27, no.2, S.247

Du sitzt geschätzte 50 cm vor der Hinterwand, macht 170 Hz. Warum dort ein generelles Bassloch sein soll, ist mir schleierhaft, Deine Quadral gehen laut Audio-Test bis 44 Hz runter (-3 dB), sollte eigentlich ausreichen für den Hausgebrauch. Ich selber sitze auch sehr nahe (knapp 20 cm) an der Hinterwand, von Bassloch keine Spur, von störender Bassüberhöhung aber auch nicht, die hätte ich eigentlich erwartet.

Du solltest Dir vielleicht mal eine Test-CD mit reinen Sinustönen 20-200 Hz anfertigen, um der Frage des Basslochs nachzugehen.

Was haltet ihr in meiner Situation von LEDE?

Wenn ich die Fachliteratur richtig verstanden habe, ist im LEDE-Prinzip ein heftiger psychoakustischer Fehler eingebaut:

Wrightson et al., “Psychoacoustic considerations in the design of studio control rooms”, J. of the Audio Engineering Society 1986, S. 789

Wrightson et al., “Influence of rear-wall reflection patterns in LEDE-type recording studio control rooms”, J. of the Audio Engineering Society 1986, S.796

Gegen den Körperschall sind bereits 3cm Granitplatten unterwegs. Spikes sind hier und die Gummimatte kommt auch noch drunter..vielleicht schafft das ja zumindest durch Reduzierung der Übertragung des Köperschalls erste Abhilfe gegen Stress mit den Nachbarn.

Soweit mir bekannt, ist Dämpfung/Isolierung nach aussen hin eine total andere Baustelle, mit handelsüblichen raumakustischen Massnahmen ist da nix zu machen.

Die papers kann ich bei Interesse als pdf schicken.

Klaus

hobbyakustiker
Hat sich gelöscht

#4 erstellt: 17. Mai 2013, 20:51

Klaus-R. schrieb:

Das liesst sich, als ob in diesem Raum Stehende Wellen bei allen Frequenzen entstehen würden!?

Klaus-R.
Inventar

#5 erstellt: 18. Mai 2013, 07:00

hobbyakustiker schrieb:

Klaus-R. schrieb:

Das liesst sich, als ob in diesem Raum Stehende Wellen bei allen Frequenzen entstehen würden!?

Richtig, bei allen Frequenzen. Und nicht nur in diesem Raum, sondern in jedem Raum. Warum sollte es anders sein???

Wenn ich bei mir reine Sinustöne spiele, kann ich durch die "Berge und Täler" des Schalldrucks laufen, bei 30 Hz genauso wie bei 80 oder 150 Hz. Bei einigen Frequenzen sind die Berge etwas höher, die Täler etwas tiefer.

Klaus

Klaus

hobbyakustiker
Hat sich gelöscht

#6 erstellt: 18. Mai 2013, 07:39

Nein, das ist nicht richtig. Eine Stehende Welle entsteht nur, wenn z.B. die halbe Welle "genau in den Raum passt", also ihre Wellenlänge z.B. der doppelten Länge, Breite oder Höhe des Raumes entspricht. Dann erfolgt die Reflektion in einem Zustand, an der auch die Phasenumkehr der Welle erfolgt. Hinlaufende und rücklaufende Welle liegen dann deckungsgleich, also phasengleich, übereinander - was bei Darstellung in einem Diagramm zu der Annahme führen könnte, die Welle würde nicht laufen, also stehen. Im Prinzip steht also die Phase, ortsfest, damit stehen auch auch Schalldruckminima- und maxima ortsfest, wodurch sich erst so extreme Peaks und Dips ausbilden können. Das passiert bei der beschriebenen Grundschwingung und ganzzahligen Vielfachen dieser. Bei den Frequenzen, die keine Stehenden Wellen ausbilden, überlagern sich die Wellen versetzt, so dass Schalldruckminima und -maxima "zufällig" verteilt übereinander liegen, was in der Summe zu einem mehr oder weniger ausgeglichenen Zustand führt.

Insofern stimmt auch die Berechnung auf 170 Hz nicht.

Ich bin ehrlich gesagt ein wenig enttäuscht, wie oft habe ich schon verharmlosende Statements von Dir zum Thema "Raummoden" gelesen, der Unsinnigkeit der 38%-Regel, etc. Dabei hast Du nicht einmal die Grundlagen dahinter verstanden

[Beitrag von hobbyakustiker am 19. Mai 2013, 01:24 bearbeitet]

Klaus-R.
Inventar

#7 erstellt: 18. Mai 2013, 11:45

hobbyakustiker schrieb:

Eine Stehende Welle entsteht nur, wenn z.B. die halbe Wellenlänge "genau in den Raum passt", also die Wellenlänge z.B. der Länge, Breite oder Höhe des Raumes entspricht.

Wo Du diese Weisheit herhast, möchte ich mal gerne wissen???

Aus Prof. Dr. Christian Gerthsen, „Physik; Ein Lehrbuch zum Gebrauch neben Vorlesungen“.

„Stehende Wellen entstehen durch Überlagerung zweier Wellenzüge gleicher Amplitude und Wellenlänge, die einander entgegenlaufen, z.B. durch Überlagerung einer reflektierten Welle über die auf den Spiegel zulaufenden Welle. Durch Interferenz entsteht in regelmässigen Abständen von λ/2 dauernde Auslöschung der Schwingung (Knoten); in der Mitte zwischen zwei Knoten sind Orte grösster Amplitude (Schwingungsbäuche). Je nachdem die Welle am dichteren oder dünneren Medium reflektiert wird, schaltet sich bei der Reflexion ein Gangunterschied von λ/2 (Phasensprung um π ) oder kein Gangunterschied ein. Infolgedessen ist am dichteren Medium ein Knoten, am dünneren ein Bauch.“

Was Du beschreibst, und was viele falsch verstehen, Du selber ganz offensichtlich auch, ist lediglich ein Spezialfall der stehenden Welle. In diesem Fall liegt der Resonanzfall vor, man spricht von Moden, die jeweiligen Frequenzen heissen Eigenfrequenzen des Raumes. Nur bei diesen Frequenzen kann der Fall auftreten, daß an beiden Wänden die hinlaufenden Wellen so auf die Wand auftreffen, daß sie dort einen Schwingungsknoten haben, was dazu führt, daß hinlaufende und reflektierte Welle identisch sind, so daß die Amplitude der resultierende Welle den größtmöglichen Wert erreicht. Dieser Fall tritt ausschliesslich dann auf, wenn der Abstand zw. beiden Wänden und Lautsprecher gleich λ/2 und Vielfachen davon ist. Steht der Lautsprecher so, daß die hinlaufende Welle an der Wand keinen Schwingungsknoten hat, was z.B. bei einem Abstand von λ/5 der Fall ist, dann ensteht zwar gemäss den Gesetzen der Physik eine stehende Welle, aber nicht mit maximal möglicher Amplitude.

Bei den Frequenzen, die keine Stehenden Wellen ausbilden, überlagern sich die Wellen versetzt, so dass Schalldruckminima und -maxima "zufällig" verteilt übereinander liegen, was in der Summe zu einem mehr oder weniger ausgeglichenen Zustand führt.

Mit Verlaub, das ist Unsinn! Wie die Physik uns lehrt, hat die entstehende Welle an der Wand als dichterem Medium einen Schwingungsknoten, d.h. ein Schalldruckmaximum, ebenso im Abstand von λ/2, und im Abstand von λ/4 einen Schwingungsbauch (d.h. ein Schalldruckminimum) und zwar immer (siehe auch das vom mir zitierte paper von Waterhouse).

Wenn das, was Du da behauptest, richtig wäre, wie erklärst Du dann die Tatsache, daß ich bei mir ortsfeste Druckmaxima und –minima habe, wenn ich Sinustöne mit Frequenzen spiele, die keine Eigenfrequenzen des Raumes sind?

Ich bin ehrlich gesagt ein wenig enttäuscht, wie oft habe ich schon verharmlosende Statements von Dir zum Thema "Raummoden" gelesen, der Unsinnigkeit der 38%-Regel, etc. Dabei hast Du nicht einmal die Grundlagen dahinter verstanden.

In der Regel, wie auch in diesem Fall, begründe ich meinen Aussagen ausführlich, gegebenenfalls unter Angabe der Quelle, aus der ich mein Wissen beziehe. Deine eingängliche Aussage steht in krassem Widerspruch zu physikalischem Basiswissen, es ist also nun an Dir, eine Quelle zu nennen, die Deine Aussagen bzgl. stehender Wellen stützt.

Klaus

hobbyakustiker
Hat sich gelöscht

#8 erstellt: 19. Mai 2013, 01:31

Klaus-R. (Beitrag #7) schrieb:

Was Du beschreibst, und was viele falsch verstehen, Du selber ganz offensichtlich auch...

So so

Klaus-R. (Beitrag #7) schrieb:

Wenn das, was Du da behauptest, richtig wäre, wie erklärst Du dann die Tatsache, daß ich bei mir ortsfeste Druckmaxima und –minima habe, wenn ich Sinustöne mit Frequenzen spiele, die keine Eigenfrequenzen des Raumes sind?

Aha, soo definierst Du "Stehende Wellen"? Salopp ausgedrückt: Wenn nicht alle Wellen stehen würden, müssten die Schalldruckmaxima und -minima durch den Raum wandern?

Klaus, das tun sie auch, also so ähnlich und aus einem anderen Grund (ausser eben bei Stehenden Wellen). Aber Du brauchst schon bessere Messgeräte als dein Ohr. Wie lange dauert es, bis sich das Schallfeld in deinem Hörraum aufgebaut hat? 50 ms? Danach ändert sich "Nichts" mehr. Ausser Du verrückst die Wände. Denn die Welle wird nicht verschoben, sondern breitet sich aus, wobei die Schwingungen periodisch erfolgen. Bis zum Aufbau des Schallfeldes verschieben sich die "Berge und Täler", eben weil sich Reflexionen der Ausgangswelle phasenverschoben mit dieser überlagern und so das Schallfeld mit seinen raumspezifischen "Bergen und Tälern" entsteht.

Luftschall nutzt bekanntlich Luft als Medium, Luft ist aber nicht an den Enden eingespannt wie z.B. Brücken oder Saiten, die bloss schwingen. Schall breitet sich dagegen im Medium aus. Betrachtet man den Schalldruck bei einer akustischen Stehenden Welle, liegt der Knoten "in der Mitte", die Enden sind offen. Bei dem oben beschriebenen Beispiel der Stehenden Welle, die "genau in den Raum passt", sind an den Begrenzungsflächen also offene Schalldruckbäuche - keine Knoten. Das unterscheidet Stehende Wellen in der Raumakustik von anderen Stehenden Wellen - wenn man eben den Schalldruck, nicht die Phase, betrachtet. Da im Zitat von Prof. Dr. Christian Gerthsen von Spiegeln, dünneren und dichteren Medien die Rede ist, wird es wohl ein Beispiel aus der Optik sein - daher passt es auf Schalldruck nicht.

Sengpiel erklärt zumindest für den Teilbereich Akustik die unterschiedlichen Stehenden Wellen ganz gut:

http://www.sengpielaudio.com/RaumModen.htm

aphro1
Stammgast

#9 erstellt: 19. Mai 2013, 09:56

Servus

OT:
als naturwissenschaftlich orientierter Mensch (inkl. Promotion), der aber ein akustischer Laie ist, kann ich Klaus-R.`s Argumentation sehr gut nachvollziehen und glaube ihm.
Vor allem seine ruhige, nicht persönlich werdende Art mit der jeweiligen Quellenangabe ist eine ausgesprochene Hilfe (so schickt er jedem gerne immer absolut unkompliziert die Quellen als PDF`s per Email; vielen Dank hierfür !).
Von daher lieber hobbyakustiker, bleibe bitte bei einer sachlichen Diskussion und unterlaß persönliche Angriffe.

Liebe Grüße
Markus

hobbyakustiker
Hat sich gelöscht

#10 erstellt: 19. Mai 2013, 10:23

aphro1 (Beitrag #9) schrieb:

als naturwissenschaftlich orientierter Mensch (inkl. Promotion), der aber ein akustischer Laie ist, kann ich Klaus-R.`s Argumentation sehr gut nachvollziehen und glaube ihm.

Das zeigt sehr deutlich dass Du ein "Laie" bist und offenbar auch keine Lust hast, diesen Zustand zu ändern. Aber das steht Dir natürlich frei

Sengpiel ist aber verlinkt - die Möglichkeit dazu ist also nur einen Klick entfernt!

aphro1 (Beitrag #9) schrieb:

Von daher lieber hobbyakustiker, bleibe bitte bei einer sachlichen Diskussion und unterlaß persönliche Angriffe.

Ich bin mir keiner Schuld bewusst

Klaus-R.
Inventar

#11 erstellt: 19. Mai 2013, 11:08

Die zitierte Passage aus dem Gerthsen (übrigens Professor für Experimentalphysik an der TU Berlin) stammt aus dem Kapitel „Wellenlehre und Akustik“. Stehende Lichtwellen werden im Kapitel „Wellenoptik“ beschrieben. Sinngemäß dasselbe steht in einem anderen Physikbuch aus meinem Schrank, ebenfalls von einem Hochschullehrer verfasst, im Kapitel „Wellenlehre“, nicht im Kapitel „Elektromagnetische Wellen“, in denen stehende Lichtwellen beschrieben werden.

hobbyakustiker schrieb:

Klaus-R. schrieb:

Aha, soo definierst Du "Stehende Wellen"? Salopp ausgedrückt: Wenn nicht alle Wellen stehen würden, müssten die Schalldruckmaxima und -minima durch den Raum wandern?

Wenn ich in einem Schallfeld im eingeschwungenen Zustand (im Rahmen der Messgenauigkeit der Lauscher) ortsfeste Druckmaxima und –minima wahrnehme, was habe ich dann, wenn’s keine stehende Welle ist? Der Mechanismus ist immer derselbe, Eigenfrequenz oder nicht: Überlagerung zweier gegenläufiger Wellenzüge mit (im Idealfall) 180 Grad Phasensprung, stehende Welle hat Schwingungsknoten (d.h. Druckbäuche) am Reflektor.

Was Du geschrieben hattest

Eine Stehende Welle entsteht nur, wenn z.B. die halbe Welle "genau in den Raum passt", also ihre Wellenlänge z.B. der doppelten Länge, Breite oder Höhe des Raumes entspricht. Dann erfolgt die Reflektion in einem Zustand, an der auch die Phasenumkehr der Welle erfolgt.

würde bedeuten, daß nur bei Eigenfrequenzen ein Phasensprung von 180 Grad erfolgt. Warum das so sein soll, müsstest Du mal erklären, da die Physikbücher was anderes sagen.

Du hattest weiter gesagt

Hinlaufende und rücklaufende Welle liegen dann deckungsgleich, also phasengleich, übereinander - was bei Darstellung in einem Diagramm zu der Annahme führen könnte, die Welle würde nicht laufen, also stehen.

Dies (Deckungsgleichheit der beiden Wellenzüge) ist einzig und allein der Fall, wenn die zum Reflektor hinlaufende Welle so auftrifft, daß sie am Reflektor einen Schwingungsknoten hat, denn nur dann hat die reflektierte Welle dort auch einen Schwingungsknoten. Die resultierende stehende Welle hat maximal mögliche Amplitude. Der Begriff „stehend“ wird nicht verwendet, weil die beiden Wellenzüge deckungsgleich sind, sondern weil die Schwingungsknoten und –bäuche ortsfest sind.

Hat die hinlaufende Welle am Reflektor einen Schwingungsbauch, hat auch die reflektierte Welle dort einen Bauch, und zwar wegen des 180 Grad Phasensprunges mit umgekehrtem Vorzeichen. Dies führt dazu, daß die beiden Wellenzüge nicht mehr deckungsgleich sind, sondern in jedem ihrer Punkte jeweils umgekehrtes Vorzeichen haben, sich also überall gegenseitig auslöschen, es entsteht keine stehende Welle. Im Kontext heisst das, daß die Mode nicht angeregt wird. Genau deswegen ist es nicht egal, wo der subwoofer steht: bei ungünstiger Position (Wand, Ecke) wird die axiale Grundmode mit maximalem Pegel angeregt, bei günstiger Position (Raummitte) mit minimalem bzw. gar nicht. Daß dem so ist, wirst Du nicht bestreiten!!!

Diese Vorgänge finden bei allen Frequenzen statt, warum sollte es anders sein??? Bei lambda/4 Wandabstand liegt ein Schalldruckminimum vor, bei lambda/2 ein Maximum, dies bei allen Frequenzen, warum sollte es anders sein. Weder die Physikbücher noch die Fachliteratur wie z.B. Waterhouse redet von Ausnahmen. Warum sollten für Eigenfrequenzen andere physikalische Gesetze gelten als für nicht-Eigenfrequenzen???

Gerthsen beschreibt das so, daß die hinlaufende Welle um eine halbe Wellenlänge nach vorne geschoben und dann nach hinten geklappt wird. Mit Hilfe einer Zeichnung oder eines Papiermodells kann man sich das ganz prima veranschaulichen.

Die bisherigen Überlegungen waren im Grunde für eine Schallquelle, die gegen einen Reflektor strahlt. Stelle ich diese Quelle nun zw. 2 Reflektoren oder in einen Raum, was genau passiert dann? Eine stehende Welle ist keine Welle, sondern nur ein durch 2 Wellenzüge (Original + Reflexion) erzeugtes Interferenzmuster. Stelle ich die Quelle irgendwo im Raum auf, habe ich an allen Stellen des Raumes ein Interferenzmuster, also habe ich zwangsläufig an diesen Stellen auch die Originalwelle.

Die Frage ist nun, was genau passiert, wenn ein Lautsprecher in einem Raum Schall in alle Richtungen abstrahlt, also ein Wellenzug nach vorne, ein andere nach hinten geht, wobei an beiden Wänden reflektierte Wellenzüge entstehen, die mit den jeweils hinlaufenden Wellenzügen überlagert werden, um vor und hinter dem Lautsprecher das Interferenzmuster zu erzeugen. Ich habe also praktisch 2 Interferenzmuster, eins vor, das andere hinter dem Lautsprecher. Keine der Quellen, die Raumresonanzen beschreibt, erklärt im Detail, was da eigentlich passiert. Da’s bei mir nicht klingelt, könntest Du das mal ausführlich erklären.

Klaus

flyingscot
Inventar

#12 erstellt: 19. Mai 2013, 11:14

Nur wenn die Resonanzbedingung erfüllt ist, sind die Druck/Schnellemaxima bzw. -minima ortsfest. Nur genau das bezeichnet zumindest mein Tipler ("Physik") als auch Stöcker ("Taschenbuch der Physik") als stehende Welle. Und so habe ich es auch noch in Erinnerung aus meinem Studium...

Klaus-R.
Inventar

#13 erstellt: 19. Mai 2013, 11:55

flyingscot (Beitrag #12) schrieb:

Meine beiden Physikbücher beschreiben eine Schallquelle vor einem Reflektor, mit einem Interferenzmuster mit ortsfesten Minima und Maxima, in beiden heisst das Resultat stehende Welle. Dasselbe gilt für den von mir genannten Artikel von Waterhouse, den Ausdruck der stehenden Welle verwendet er allerdings nicht.

In meiner Situation im Wohnzimmer bin ich zw. Lautsprecher und Reflektor, also voll in diesem Interferenzmuster, das auch bei Nichtresonanz ortsfeste Minima und Maxima aufweist. Wie gesagt, aus welchen physikalischen Gründen genau in Räumen ein Unterschied zw. Resonanz und Nichtresonanz existiert, ist mir bisher nicht deutlich.

Klaus

@Markus: danke für die Blumen

hobbyakustiker
Hat sich gelöscht

#14 erstellt: 19. Mai 2013, 11:55

Klaus-R. (Beitrag #11) schrieb:

Die zitierte Passage aus dem Gerthsen (übrigens Professor für Experimentalphysik an der TU Berlin)

Das muss ein anderer sein. Der Autor Gerthsen ist 1956 gestorben. Was man an der TU-Berlin über Stehende Wellen gelehrt bekommt, siehst Du hier:

http://www.ak.tu-ber..._Aufgabenblatt_5.pdf

Klaus-R. (Beitrag #11) schrieb:

Ein eingeschwungenes Schallfeld hast Du dann.

Klaus-R. (Beitrag #11) schrieb:

Der Mechanismus ist immer derselbe, Eigenfrequenz oder nicht: Überlagerung zweier gegenläufiger Wellenzüge mit (im Idealfall) 180 Grad Phasensprung, stehende Welle hat Schwingungsknoten (d.h. Druckbäuche) am Reflektor.

Nur bei eingespannten Medien! Luft ist nicht eingespannt! Siehe Sengpiel, der erklärt den Unterschied zwischen einer Stehenden Welle in der Raumakustik (Raummode) und der Akustik (Gitarrensaite). Diese tut das was Du der Raummode in Bezug auf den Schalldruck dieser unterstellst.

Klaus-R. (Beitrag #11) schrieb:

würde bedeuten, daß nur bei Eigenfrequenzen ein Phasensprung von 180 Grad erfolgt. Warum das so sein soll, müsstest Du mal erklären, da die Physikbücher was anderes sagen.

Nein, das würde es nicht bedeuten. Bedeuten würde das nur, dass Knoten nicht immer an den Begrenzungsflächen des Raumes liegen, sondern eben an den Punkt im Raum, an dem sie sich entsprechend der Wellenlänge, des Erregungsortes und der Begrenzungsfläche ergeben.

Klaus-R. (Beitrag #11) schrieb:

Der Begriff „stehend“ wird nicht verwendet, weil die beiden Wellenzüge deckungsgleich sind, sondern weil die Schwingungsknoten und –bäuche ortsfest sind.

Ich verstehe nicht was Du mir sagen willst. Schall breitet sich kugelförmig aus. Dabei bauen sich Schalldruck und Phase als zwei getrennte Sinuskurven auf, die um λ/4 versetzt laufen.

Klaus-R. (Beitrag #11) schrieb:

Die Frage ist nun, was genau passiert, wenn ein Lautsprecher in einem Raum Schall in alle Richtungen abstrahlt, also ein Wellenzug nach vorne, ein andere nach hinten geht, wobei an beiden Wänden reflektierte Wellenzüge entstehen, die mit den jeweils hinlaufenden Wellenzügen überlagert werden, um vor und hinter dem Lautsprecher das Interferenzmuster zu erzeugen. Ich habe also praktisch 2 Interferenzmuster, eins vor, das andere hinter dem Lautsprecher. Keine der Quellen, die Raumresonanzen beschreibt, erklärt im Detail, was da eigentlich passiert. Da’s bei mir nicht klingelt, könntest Du das mal ausführlich erklären.

Liess doch bitte erstmal Sengpiel, ja? Wenn wir uns dann grundsätzlich einig sind, wann wir über Phase, wann über Schalldruck sprechen, wo im Raum Knoten und Bäuche sind, ob eine Welle steht oder läuft, dann kann ich das erklären. Vorher gibt's nur noch mehr Verwirrung.

Klaus-R.
Inventar

#15 erstellt: 19. Mai 2013, 16:33

hobbyakustiker schrieb:

Da ich Laie bin, probier doch einfach mal, einem Laien anschaulich zu erklären, was bei einer Schallquelle vor einem Reflektor passiert, und was bei einer Schallquelle in einem Raum passiert. Was genau passiert in den beiden Fällen an den Reflektoren, was sind die Unterschiede zw. Eigenfrequenzen und Nicht-Eigenfrequenzen, wie kommt es zu den unterschiedlichen Pegeln? Einfach alles einbauen, was zur Verdeutlichung notwendig ist, Teilchenschwingung, Schalldruck, Phase, Knoten, Bäuche, etc. pp.

Klaus

hobbyakustiker
Hat sich gelöscht

#16 erstellt: 20. Mai 2013, 07:27

Klaus-R. (Beitrag #13) schrieb:

In meiner Situation im Wohnzimmer bin ich zw. Lautsprecher und Reflektor, also voll in diesem Interferenzmuster, das auch bei Nichtresonanz ortsfeste Minima und Maxima aufweist. Wie gesagt, aus welchen physikalischen Gründen genau in Räumen ein Unterschied zw. Resonanz und Nichtresonanz existiert, ist mir bisher nicht deutlich.

Nehmen wir an dein Hörraum ist 5 m lang, der Hörplatz befindet sich 50 cm vor der Wand hinter dem Hörplatz (Rückwand), der Lautsprecher steht in 3 m Entfernung vor dem Hörplatz. Du spielst einen 60 Hz Sinuston ab, Wellenlänge 5,71m. Schall breitet sich vom Lautsprecher zum Hörplatz aus. Nach 3,50 m erreicht der Schall die Rückwand, nehmen wir an im Nullwinkel. Der Schall reflektiert.

Die Frage ist nun, was ist mit den restlichen 2,21 m die fehlen, damit sich die Welle einmal ausbilden konnte? Deiner Auffassung nach (sofern ich es richtig verstanden habe), dreht sich an der Wand die Phase, dort entsteht also ein neuer? Knoten. Warum sollte das passieren? Dazu müsste sich die Wellenlänge ändern, denn die Knoten liegen fix am Anfang, der Mitte und am Ende der Welle, also bei 0 m, 285,5 m und 5,71 m. Und dabei bleibt es! Nach der Reflektion liegt der Knoten daher 2,21 m von der Rückwand entfernt im Raum. Also nicht deckungsgleich auf dem ersten Knoten, sondern 1,29 m von diesem entfernt. Und deshalb ist keine Stehende Welle entstanden.

Betrachet man die hin- und zurücklaufende Welle "zum Zeitpunkt" der Reflektion von der Seite, sieht man die zurücklaufende Welle, da sie nicht deckungsgleich auf der hinlaufenden Welle liegt. Man sieht sie laufen. Sie läuft.

Würde man aber einen 49 Hz Sinuston abspielen (Wellenlänge 7 m), würden Anfangs- und Endknoten aufeinanderliegen, dann ist - "örtlich und zeitlich" begrenzt - eine Stehende Welle entstanden.

Betrachet man die hin- und zurücklaufende Welle "zum Zeitpunkt" der Reflektion von der Seite, sieht man die zurücklaufende Welle nicht, weil sie deckungsgleich auf der hinlaufenden Welle liegt. Man meint die Welle steht. Eine "Stehende Welle" ist entstanden.

Aber nur "örtlich und zeitlich" begrenzt, weil der Raum auf dieser Frequenz keine Eigenmode (Eigenresonanz) hat, sich die hin- und zurücklaufende Welle zwar immer wieder überlagert, dabei aber eben mit unterschiedlicher Phasenlage. Dazu muss man die weiteren Endknotenpunkte berechnen (ab Rückwand gerechnet): 3,50 m, 0,50 m, 1,50 m, 5,50 m, ...

Wäre 49 Hz eine Eigenresonanz des Raumes, werden spätestens nach der 2. Reflektion die Knotenpunkte immer wieder getroffen. Nehmen wir dazu also an der Raum sei 7 m lang, der Lautsprecher steht weiterhin 3,50 m vor der Rückwand. Dann berechnen wir die Endknotenpunkte: 3,50 m, 3,50 m, 3,50 m, 3,50 m, ...

Ich hoffe es klingelt!

Bei 3,50 m, also in der Mitte des Raumes, befindet sich das Schalldruckminimum in dieser Dimension bei dieser Frequenz. Steht dort der Lautsprecher, steht er in (in diesem Fall negativer) Phase zum Raum. Daher überlagern sich die Wellen schon nach der ersten Reflektion deckungsgleich. Steht der Lautsprecher nicht im Schalldruckminimum, entsteht die Stehende Welle erst durch Überlagerung der Reflektionen mit sich selbst. Zu diesem Zeitpunkt ist bereits viel Energie verloren gegangen, daher bildet sich die Raummode - in diesem Fall als Auslöschung - schwächer aus.

Nehmen wir dazu an, der Lautsprecher stünde 4 m von der Rückwand entfernt und berechnen die Endknotenpunkte: 3,00 m, 4,00 m, 3,00 m, 4,00 m, ...

Da die Phase ja nunmal einer Sinuskurve folgt, ändert sich diese nicht plötzlich. Je weiter der Lautsprecher entfernt vom Schalldruckminimum/-maximum steht, desto kleiner die Amplituden mit der er sich bis zum Entstehen der Stehenden Welle überlagert. Phasengleich sind die Überlagerungen, aber sie überlagern sich nicht bei voller Auslenkung, ein weiterer Grund warum sich die Raummode schwächer ausbildet.

Ich hoffe es hat erneut geklingelt!

Um also eine Raumeigenmode voll anzuregen, muss der Lautsprecher in Phase, also auf Knotenpunkten des Raumes stehen. Daher sind solche Positionen zu vermeiden. Und betrachtet man dieses Verhalten nun in alle Richtungen und auf alle Eigenmoden, ergibt sich jeweils bei 38% (oder 62%) der Raumdimension ein Punkt, an dem der Lautsprecher für keine der möglichen axialen Eigenmoden im Schalldruckminimum oder -maximum steht, also keine der axialen Eigenmoden voll anregt. Insofern ist die 38%-Regel nicht Unsinn lieber Klaus, sondern absolut sinnig - wenn man sie denn mal verstanden hat.

[Beitrag von hobbyakustiker am 20. Mai 2013, 07:28 bearbeitet]

Klaus-R.
Inventar

#17 erstellt: 20. Mai 2013, 08:09

hobbyakustiker schrieb:

Insofern ist die 38%-Regel nicht Unsinn lieber Klaus, sondern absolut sinnig - wenn man sie denn mal verstanden hat.

Deine Erklärung werde ich mir mal in Ruhe reinziehn, wird etwas dauern.

Was die 38%-Regel angeht: Diese beruht auf der Annahme, daß der Raum leer ist, perfekt reflektierende Begrenzungsflächen hat sowie keine Wandöffnungen hat. In einem Raum, der diesen Annahmen Genüge tut, würde diese Regel das gewünschte Resultat erzielen.

Jedoch, reale Räume sehen anders aus. Möbel, inbesonders grosse absorbierende Möbel sind in der Lage, Modenfrequenzen zu verschieben, den Modenpegel zu senken und zusätzliche Moden zu erzeugen (De Melo 2007, Maluski 2004). Grosse mitschwingende Möbel können Moden aufspalten, d.h. anstelle einer Mode bei z.B. 50 Hz werden zwei Moden bei 47 und 53 Hz erzeugt (Bork 2005)

Wandöffnungen sind strukturelle Schwachstellen und die Orte von Schalldruckmaxima und – minima können sich verschieben (Welti 2006). Es hat sich weiterhin gezeigt, daß die im Raum gemessenen Modenfrequenzen deutlich von den berechneten abweichen können (Toole 2008, Fig.13.8).

Wohlgemerkt, können ist das Stichwort. Es kann sein, daß Modenfrequenzen und Orte der Maxima und Minima den theoretischen Überlegungen folgen, es kann aber auch anders sein. Generell gilt, daß ich eine Mode erstmal anregen muss, bevor sie störend wirken kann, dazu gehört ein Impuls von geeigneter Frequenz und Dauer. Hinzu kommt, daß ich diese angeregte Mode mit gegenüber anderen Bass-Frequenzen angehobenem Pegel wahrnehmen muss, um sie als störend einzustufen (Stichwort Kurven gleicher Lautstärke). Letzteres hängt von der Position des Hörplatzes im Raum ab.

Meine LS stehen ohne besondere Berücksichtigung raumakustischer Überlegungen, das Hörsofa steht direkt an der Wand. Die Spanntuchdecke senkt den Pegel der Moden, diese sind mit Sinustönen trotzdem einwandfrei als Moden wahrnehmbar. Mit Musik habe ich den 11 Jahren, die wir den ans Haus angebauten Wohnraum haben, erst 3 Stücke gefunden, bei denen die 2te Quermode am Hörplatz wahrnehmbar angeregt wird. Obige Überlegungen + meine eigene Erfahrung haben zu der Einstellung geführt, das Modenproblem z.B. bei der Planung eines Hauses oder neuen Raumes nicht überzubewerten, sondern erstmal abzuwarten, was sich unter realen Bedingungen tut. Wohlgemerkt, dies ist meine Einstellung zu diesem Punkt, es ist jedem freigestellt, sie zu teilen oder abzulehnen.

Klaus

Bork, „ Modalanalyse stehender Wellen“, Fortschritte der Akustik, DAGA ’05, 31. Jahrestagung für Akustik (Deutsche Gesellschaft für Akustik), München 2005, S.677

Maluski et al., “The effect of construction material, contents and room geometry on the sound field in dwellings at low frequencies”, Applied Acoustics 2004, S.31

De Melo et al., “Sound absorption at low frequencies: room contents as obstacles”, J. of Building Acoustics 2007, vol. 14, no. 2, S.143

Toole, „Sound reproduction - Loudspeakers and rooms”, Focal Press 2008

Welti, “Low-frequency optimization using multiple subwoofers”, J. of the Audio Engineering Society 2006, S.347

hobbyakustiker
Hat sich gelöscht

#18 erstellt: 20. Mai 2013, 09:30

Die so berechneten Moden werden immer da sein, nur nicht punktgenau auf eine 1/10-Frequenz, nicht in voller Ausprägung und es wird "Nebenmoden" geben. Eben weil Räume nie perfekt sind - das geht ja schon damit los dass der Raum nicht an jeder Stelle z.B. 5 m lang ist. Mal sind es 4,95 m, mal 5,03 m. Und wenn man riesige, schwere Möbel innerhalb des axialen Reflektionsbereiches stehen hat, muss man diese ggf. berücksichtigen, also z.B. von der Raumlänge abziehen. Dann bleibt es aber immer noch bei 38%.

Wenn Du mal ein Simulationsprogramm anwirfst und Dir die Überlagerungen anschaust, wirst du eben sehen, dass die Überlagerungen mit fast identischer Phase erfolgen. Je grösser die Wellenlänge, desto grösser der phasengleiche Überlappungsbereich. Bei einer Wellenlänge von 7 m machen 10 oder 20 cm Versatz (z.B. ein Fenstervorsprung) nur einen geringen Unterschied der Phase aus. Die "Nebenmoden" die entstehen, nehmen der Hauptmode, also der Eigenresonanz, ja quasi Energie - das ist kein Makel der 38%-Theorie oder widerlegt sie gar, sondern einfach gut so. Entfernt vom 38%-Punkt steht der Lautsprecher "immer" zumindest nah einem Knotenpunkt, es wird also immer eine Frequenz geben, die im Energiefrequenzgang starke Peaks/Dips aufweisen wird. Dips hörst Du "nicht" heraus, ausser Du kennst die Stücke auswendig. Und die Dips sind fast das grössere Problem, denn Energie baut sich von alleine ab, aber eben nicht auf. Und gegen die Dips kommt man nur schwer an, ausser durch eine optimale Aufstellung. Und dann fragt man sich wohin - und die Antwort lautet: Auf 38%. Wohin denn auch sonst, Klaus? Ausprobieren ist "völlig unmöglich", immerhin bewegt man sich in alle Richtungen im Raum, es würde Tage dauern alle Positionen durchzuprobieren. Und wenn die Frau/Freundin dann einen massiven Bauernschrank anschafft und in den Raum stellt, fängt man von vorne an

Berücksichtigen muss man auch, dass in grössen Räumen die Eigenresonanzen ja nunmal auf tieferen Frequenzen liegen als in kleineren Räumen. Die werden von Musik nicht so stark angeregt, weil die pegelstarken Bassanteile eher im Bereich 50 - 90 Hz liegen. Im Heimkino sieht das mitunter anders aus! Wenn man dann noch einen Lautsprecher nutzt, der diese Frequenzen gar nicht oder mit -6, -9, -12 dB anregt, kann man diese Eigenmoden getrost vergessen. Dadurch ergeben sich natürlich noch viel mehr Punkte abseits der 38% die ebenso ideal sind. Regt man die Eigenmode 1. Ordnung nicht an, ergibt sich ein solcher Punkt auch bei 42% bzw. 58 %.

Auch der Grundriss des Raumes ist natürlich sehr entscheidend. In einem quadratischen Raum liegen z.B. die axialen Eigenmoden auf den selben Frequenzen. Aber weil die Phase eben sinusförmig verläuft sind auch fast quadratische Räume nicht viel besser, denn dann überlagern sich die axialen Moden in Länge und Breite zwar nicht exakt, aber dennoch sind sie z.B. im Schalldruckmaximum der im 90° verlaufenden axialen Mode phasengleich und nur wenig geringerer Ausprägung.

Wurde nicht bei dem Bau deines Raumes auf eine idealen "Grundriss" geachtet? Warum die von den Handwerkern verusachte kleine Abweichung (klein in Relation zu den Wellenlängen) nicht gleich das ganze Konzept zerstört hat, ist jetzt hoffentlich klarer geworden.

Und wenn ich die Grösse deines Raumes, seine "optimale" Geometrie, die untere Grenzfrequenz der Lautsprecher, deren möglicherweise zufällig gut gewählte Position, die Akustikdecke und die Tatsache, dass Du Musik statt Sinustöne hörst (sowie natürlich das grosse Feld der Psychoakustik) mit in die Bewertung einfliessen lasse, wundert mich nicht dass Du kaum hörbare Probleme mit Raummoden hast. Aber nicht Jeder hat eine Akustikdecke, eine optimale Geometrie, eine so grossen Raum, etc., etc. Auch darf man nicht nur den Energiefrequenzgang betrachten, sondern auch die Nachhallzeit. In meinem fast quadratischen Altbau-Raum habe ich bei ungünstiger Aufstellung eine RT 60 bis zu 6! Sekunden gemessen. Bei optimaler Aufstellung (auf 38% und 42%) sind es nur noch 1,8 Sek. Auch ein Punkt den Du, wie Dips, völlig unbeachtet lässt.

[Beitrag von hobbyakustiker am 20. Mai 2013, 09:53 bearbeitet]

Klaus-R.
Inventar

#19 erstellt: 20. Mai 2013, 10:16

hobbyakustiker schrieb:

Wurde nicht bei dem Bau deines Raumes auf eine idealen "Grundriss" geachtet? Warum die von den Handwerkern verusachte kleine Abweichung (klein in Relation zu den Wellenlängen) nicht gleich das ganze Konzept zerstört hat, ist jetzt hoffentlich klarer geworden.

Warum die etwas anderen Abemssungen keine Katastrophe waren, ist mir klar, nämlich weil das Konzept optimaler Raumabmessungen einen prinzipiellen Irrtum eingebaut hat, der Dir bekannt sein dürfte.

Auch darf man nicht nur den Energiefrequenzgang betrachten, sondern auch die Nachhallzeit. In meinem fast quadratischen Altbau-Raum habe ich bei ungünstiger Aufstellung eine RT 60 bis zu 6! Sekunden gemessen. Bei optimaler Aufstellung (auf 38% und 42%) sind es nur noch 1,8 Sek. Auch ein Punkt den Du, wie Dips, völlig unbeachtet lässt.

Du meinst wahrscheinlich die Abklingzeit. Diese lasse ich bisher unbeachtet, weil ich dazu vorhandene Fachliteratur zwar im Schrank stehen, aber noch nicht gelesen habe.

Klaus

hobbyakustiker
Hat sich gelöscht

#20 erstellt: 20. Mai 2013, 10:57

Klaus-R. (Beitrag #19) schrieb:

Warum die etwas anderen Abemssungen keine Katastrophe waren, ist mir klar, nämlich weil das Konzept optimaler Raumabmessungen einen prinzipiellen Irrtum eingebaut hat, der Dir bekannt sein dürfte.

Mir sind durchaus Annahmen diesbzgl. bekannt, die nicht immer zutreffen. Einen prinzipiellen Irrtum bzgl. der Sinnhaftigkeit, auf die Geometrie zu achten, kenne ich nicht. Aber Du kannst ja deinen nächsten Hörraum quadratisch bauen lassen um ...

Klaus-R. schrieb:

"erstmal abzuwarten, was sich unter realen Bedingungen tut".

Soll man da lachen oder weinen?

Klaus-R.
Inventar

#21 erstellt: 20. Mai 2013, 13:08

Statt alle Punkte gleichzeitig anzusprechen, werde ich erstmal nur auf einen eingehen, wenn dieser abgeklärt ist, kann der folgende an die Reihe kommen, ansonsten wird es zu unübersichtlich.

hobbyakustiker schrieb:

Habe noch eine weitere Quelle (dtv-Lexikon der Physik) gefunden, die im Rahmen von Interferenz zweier gegenläufiger Wellenzüge von stehenden Wellen spricht: „Im Unterschied zu einer fortschreitenden Welle gibt es hier [stehende Welle] Stellen im Raum, für welche die Erregung immer Null ist.“

Warum sollte die Welle sich einmal ausbilden wollen? Sie trifft in einem bestimmten Phasenzustand auf die Wand und wird reflektiert. Meine beiden Physikbücher Gerthsen und Wessel (beide reden übrigens nur von Schwingung = der Auslenkung der Luftteilchen) sagen, daß bei dieser Reflexion die reflektierte Welle an der Wand eine Phasenumkehr (identisch mit einem Gangunterschied von lambda/2) gegenüber der zur Wand hinlaufenden Welle aufweist: „Das dichtere Medium wirft die auffallende Welle mit einer um die halbe Wellenlänge verschobenen Phase zurück.“

In Deinem Beispiel wird also die hinlaufende Welle in einem Punkt auf die Wand auftreffen, der zwischen Schwingungsknoten und Schwingungsbauch dieser fortschreitenden Welle liegt. Die reflektierte Welle hat nach Phasenumkehr (Welle um lambda/2 verschieben und nach hinten klappen) an der Wand ebenfalls diesen Punkt der Schwingung mit gleicher Amplitude, jedoch mit umgekehrtem Vorzeichen: die eine Welle will das Luftteilchen in die eine Richtung ziehen, die andere Welle in die entgegengesetzte, in der Summe führt es dazu, daß sich das Luftteilchen an der Wand nicht bewegt, es liegt ein Knoten des durch Überlagerung der beiden Wellenzüge entstandenen Interferenzmusters vor. Der folgende Knoten ist in einer Wellenlänge Abstand von der Wand, d.h. bei 5.71 m und nicht dort, wo der Lautsprecher steht.

Nun zu Punkt 1: findet an der Wand ein Phasensprung von 180 Grad statt oder nicht? Meine Bücher sagen ja, der Gerthsen zeigt Diagramme für verschiedene Phasen der Welle beim Auftreffen auf die Wand, in allen Fällen sind die Orte der Knoten des Interferenzmusters nicht identisch mit den Orten der Ruhelage der Luftteilchen der zur Wand hinlaufenden Welle.

Falls Du der Meinung bist, daß keine Phasenumkehr stattfindet, bitte dazu eine Quellenangabe.

Klaus

[Beitrag von Klaus-R. am 20. Mai 2013, 13:11 bearbeitet]

hobbyakustiker
Hat sich gelöscht

#22 erstellt: 20. Mai 2013, 14:45

Eine generelle Phasenumkehr um 180° an der Wand hätte aber immer eine Auslöschung der - bei einem Sinuston konstant - einlaufenden und zurücklaufenden Welle zur Folge. So könnten wir nicht Musik hören, oder?

Meines Wissens nach geschieht das nur, wenn die Schallkennimpedanz entsprechend niedrig ist. Weicher Boden z.B. soll wohl einen Phasensprung auslösen und die zurücklaufende Welle die einlaufende Welle auslöschen. Das hat mir ein Physik-Prof. so erklärt. Ist mir aber ehrlich gesagt ein wenig zu hoch, auch da man die Impedanzen der im Raum befindlichen Materialien kennen muss um damit zu arbeiten. Ich gehe da lieber von schallharten Flächen aus, die Wohnräume insb. an den Begrenzungsflächen ja zumeist aufweisen.

Buschel
Inventar

#23 erstellt: 20. Mai 2013, 16:55

Hilft das hier noch dem TE?

Klaus-R.
Inventar

#24 erstellt: 20. Mai 2013, 17:42

Buschel (Beitrag #23) schrieb:

Hilft das hier noch dem TE?

Nee, ist aber bestimmt für viele der hier mitlesenden interessant. Moderation benachrichtigen und Ausgliederung in einen neuen Fred vorschlagen wäre ein Option.

hobbyakustiker (Beitrag #22) schrieb:

Gerthsen und Wessel reden von der Teilchenschwingung, die eine Phasenumkehr durchmacht. Dabei kommt es nur dann zur Auslöschung, wenn die zur Wand hinlaufende Welle dort einen Schwingungsbauch hat.

Im Kontext geschieht dies dann, wenn der Lautsprecher im Abstand lambda/4 vor der Wand steht. Da laut Sengpiel ein Knoten der Teilchenschwingung gleichbedeutend ist mit einem Schalldruckbauch, Du in Beitrag #6 selber von Phasenumkehr sprichst, gehe ich mal davon aus, daß Gerthsen und Wessel recht haben. Diese Erklärung passt auch zur Tatsache, daß an der Wand ein Schalldruckmaximum vorliegt, denn dort hat das entstehende Interferenzmuster einen Knoten. In einem Text der TU Dresden, Fachrichtung Physik, habe ich gefunden, daß die Teilchschwingung eine Phasenumkehr durchmacht, Schalldruck hingegen nicht. Passt auch ins Bild.

In allen anderen Fällen entsteht ein Interferenzmuster mit Knoten und Bäuchen. Ich gehe also mal davon aus, daß mein Erklärungsversuch in Beitrag #21 durch die Physik gestützt wird.

Wenn Du eine Quelle nennen kannst, die besagt, daß bei der Teilchenschwingung keine Phasenumkehr erfolgt...

Ich werde mal im Büro schauen, was da so an Physikbüchern rumsteht.

Klaus

hobbyakustiker
Hat sich gelöscht

#25 erstellt: 20. Mai 2013, 19:23

Klaus-R. (Beitrag #24) schrieb:

Gerthsen und Wessel reden von der Teilchenschwingung, die eine Phasenumkehr durchmacht. Dabei kommt es nur dann zur Auslöschung, wenn die zur Wand hinlaufende Welle dort einen Schwingungsbauch hat.

Das klingt so digital - als ob es nur zwei Zustände gäbe, also Knoten oder Bauch. Wenn wir mal definieren dass der Bauch 100% Auslenkung entspricht, der Knotenpunkt 0%, dann erzeugt die dann also gegensätzlich schwingende rücklaufende Welle immer eine 1:1-Situation. Erfolgt die Reflexion bei einer Auslenkung von +60% der einlaufenden Welle, läuft die Welle mit -60% Auslenkung zurück. Nach meinem Verständnis bleibt da Nichts übrig. Wo mache ich den Denkfehler?

Wenn ich dich richtig verstehe, kommt es nur zur Auslöschung wenn die hinlaufende Welle an der Wand +100% Auslenkung hat, entsprechend läuft die Welle mit -100% Auslenkung zurück. Wie ist das zu erklären?

hobbyakustiker
Hat sich gelöscht

#26 erstellt: 21. Mai 2013, 10:32

Klaus-R. (Beitrag #21) schrieb:

In Deinem Beispiel wird also die hinlaufende Welle in einem Punkt auf die Wand auftreffen, der zwischen Schwingungsknoten und Schwingungsbauch dieser fortschreitenden Welle liegt. Die reflektierte Welle hat nach Phasenumkehr (Welle um lambda/2 verschieben und nach hinten klappen) an der Wand ebenfalls diesen Punkt der Schwingung mit gleicher Amplitude, jedoch mit umgekehrtem Vorzeichen: die eine Welle will das Luftteilchen in die eine Richtung ziehen, die andere Welle in die entgegengesetzte, in der Summe führt es dazu, daß sich das Luftteilchen an der Wand nicht bewegt, es liegt ein Knoten des durch Überlagerung der beiden Wellenzüge entstandenen Interferenzmusters vor. Der folgende Knoten ist in einer Wellenlänge Abstand von der Wand, d.h. bei 5.71 m und nicht dort, wo der Lautsprecher steht.

Ich habe nochmal ein wenig darüber nachgedacht.

Edit: Ich denke noch weiter darüber nach

[Beitrag von hobbyakustiker am 21. Mai 2013, 11:13 bearbeitet]

Klaus-R.
Inventar

#27 erstellt: 21. Mai 2013, 12:10

hobbyakustiker) schrieb:

Es gibt natürlich Knoten und Bäuche und alle Zustände dazwischen.

Die zurücklaufende Welle erzeugt nur dann eine 1:1 Situation, wenn in allen Punkten beider Wellen die Amplitude gleich gross ist UND die Phase umgekehrt, und beides ist nur dann der Fall, wenn die hinlaufende Welle mit einem Schwingungsbauch auf der Wand auftrifft (d.h. Abstand Quelle - Wand = λ/4). Zeichnung mit verschiedenen Phasen am Auftreffpunkt machen, um λ/2 in die Wand hinein verschieben, zurückklappen, Dann wird's deutlich.

Klaus

hobbyakustiker
Hat sich gelöscht

#28 erstellt: 21. Mai 2013, 13:28

Die Amplitude wird wohl kaum merklich abnehmen, bei der Reflexion an einer schallharten Begrenzungsfläche.

Wenn keine Phasenverschiebung um mehr oder weniger als einer halben Wellenlänge erfolgt, überlagert sich entweder "Berg auf Berg und Tal auf Tal" oder aber "Berg auf Tal und Tal auf Berg". Kann es sein dass mein Blatt Papier kaputt ist?

Vielleicht verstehe ich aber auch einfach nicht was Du mit "Umklappen" meinst

Es wundert mich auch, dass wir in deinem Beispiel der Quelle im Abstand λ/4 plötzlich einen Bauch - und damit einen Schalldruckknoten - an der Begrenzungsfläche haben

Widerspricht das nicht deiner Theorie? Oder sind wir hier evtl. im Fernfeld, wo Druck und Schnelle in Phase sind?

Fragen über Fragen...

Klaus-R.
Inventar

#29 erstellt: 21. Mai 2013, 15:19

hobbyakustiker schrieb:

Wenn keine Phasenverschiebung um mehr oder weniger als einer halben Wellenlänge erfolgt, überlagert sich entweder "Berg auf Berg und Tal auf Tal" oder aber "Berg auf Tal und Tal auf Berg". Kann es sein dass mein Blatt Papier kaputt ist?

Vielleicht verstehe ich aber auch einfach nicht was Du mit "Umklappen" meinst :?

Vorweg, habe noch ein Physikbuch gefunden (Crawley, Physikprof. an der Universität Berkeley), speziell über Wellen, in dem eine stehende Welle definiert ist entstehend durch die Überlagerung zweier gegenläufiger Wellenzüge gleicher Amplitude und Frequenz. In diesem Buch steht ebenfalls, daß die Teilchenschwingung ihre Phase an der Wand umkehrt, der Schalldruck hingegen nicht.

Ich könnte Dir die entsprechenden Seiten aus dem Gerthsen als pdf schicken. Ansonsten ist wie folgt vorzugehen: eine sinusförmige Welle läuft nach rechts auf die Wand zu, wo sie endet. Im Endpunkt verschiebe man die Welle um eine halbe Wellenlänge nach rechts, klappe sie nach links um, und erhält so die reflektierte Welle. Gerthsen zeigt dies für den Fall der Totalauslöschung und 4 andere Phasenzustände am Auftreffpunkt.

Es wundert mich auch, dass wir in deinem Beispiel der Quelle im Abstand λ/4 plötzlich einen Bauch - und damit einen Schalldruckknoten - an der Begrenzungsfläche haben

Widerspricht das nicht deiner Theorie? Oder sind wir hier evtl. im Fernfeld, wo Druck und Schnelle in Phase sind?

Ich stelle mir das so vor, daß die Schallquelle im Schwingungsknoten der erzeugten Welle steht. In Abständen von (n+1) λ/4 hat die Welle einen Bauch, in Abständen von (n+1) λ/2 einen Knoten. D.h.,wenn ich die Quelle im Abstand (n+1) λ/4 vor die Wand stelle, trifft die Welle dort so auf, daß sie einen Schwingungsbauch hat. Nach obiger zeichnerischer Methode ist an der Wand der Bauch der reflektierten Welle auf der anderen Seite der x-Achse, die Amplituden addieren sich zu Null, die Interferenzwelle hat einen Knoten. Druck und Teilchenauslenkung sind um λ/2 gegeneinander verschoben, damit liegt an der Wand ein Druckmaximum vor.

Klaus

hobbyakustiker
Hat sich gelöscht

#30 erstellt: 21. Mai 2013, 16:57

Klaus-R. (Beitrag #29) schrieb:

Langsam wird's kompliziert - und die Knoten entstehen in meinem Kopf!

Gehen wir also davon aus es kommt es zu einer Phasenumkehr, käme es das nicht, würde sich der Schall auslöschen - also genau andersherum als ich bisher annahm. Dann bitte meinen Post #16 einfach auf den Kopf stellen, dann stimmt's. Vielleicht

hobbyakustiker
Hat sich gelöscht

#31 erstellt: 21. Mai 2013, 20:07

Ich habe jetzt nochmal meine Literatur durch. Ich finde zum Thema "Phasenumkehr bei Reflexion" zwar Beispiele, aber die beziehen sich immer auf Situationen, an denen der Knoten eben sowieso am Reflexionspunkt liegt. Das sind dann eben "meiner Definition nach" Stehende Wellen. Bei Akustik - > Luftschall wohlgemerkt, bei eingespannten Saiten z.B. einer Gitarre liegen die Knoten eben immer an den Enden der Saite, somit steht die Welle immer, weil die Phase ja nicht läuft, sondern die Saite lediglich örtlich schwingt. Bei Luftschall läuft die Phase zwar, aber eben nur bis sich das Schallfeld aufgebaut hat, was IMHO nach 50 ms passiert ist, also bei einem typischen Hörraum. Die Schwankungen in den ersten 50 ms kann man mit dem Ohr nicht wahrnehmen unterstelle ich mal. Eine Ausnahme sind da eben "Stehende Wellen" des Luftschalls (die man daher besser einfach Raummoden nennt, um keine Verwechslungsgefahr zu erzeugen), denn da liegt Knotenpunkt eben aus der Raumgeometrie heraus an den Begrenzungsflächen und die Welle überlagert sich dadurch direkt deckungsgleich - bei idealer Anregung ohne Phasenverschiebung wohlgemerkt.

Allerdings habe ich gerade wirklich Knoten im Kopf, da ich völlig unterschiedliche Darstellungen finde, wann eine Auslöschung auftritt und wann eine Addition. Ich hatte einst ein Lehrvideo gesehen, wo ziemlich anschaulich gezeigt wurde wie sich die Welle immer weiter aufbaut und dann deckungsgleich zurückläuft, was eben als "Stehende Welle" bezeichnet wurde - weil man die zurücklaufende Welle (Phase) nicht sieht, eben wg. Deckungsgleichheit. Kann aber auch sein, dass dazu eben eine Phasenumkehr nötig ist, weil ja ohnehin eine Phasenumkehr stattfindet.

Letztlich ist das aber gar nicht wirklich entscheidend, ob die Welle nun so oder so zurückläuft, denn die eigentliche Diskussion dreht sich ja die Frage, ob an der Wand immer ein Knoten entsteht und damit immer ein Schalldruckmaximum. Meiner Meinung nach würde bei einem Knoten eine neue Welle entstehen. Per Definition wäre eine Phasenumkehr dann also das Entstehen einer neuen Welle am Nullpunkt, aber mit umgekehrter Polarität.

So würde sich auch erklären, was "mein" Physik-Prof. meinte als er sagte, dass "weicher Boden aufgrund seiner niedrigen Impedanz einen Phasensprung um 180° und damit eine Auslöschung des Schalls bewirkt". Denn das was da am "weichen Boden" geschieht muss ja etwas Anderes sein als eine Phasenumkehr, sonst würde es eben wie ich schon mehrfach kritisiert habe immer - also bei jeder Reflexion - zu einer "idealen" Auslöschung kommen. Zudem hätte meine Definiton von "Stehenden Wellen" weiterhin bestand, denn die Welle ist ja ohnehin am "Nullpunkt", macht dann einfach zwei Phasendrehungen und läuft damit wieder phasengleich/deckungsgleich zurück. Lediglich die Knotenpunkte verschieben sich dann, was nach Sichtung meiner Messergebnisse gut sein kann. Die im Messschrieb dominant hervortretenden axialen Raummoden verändern dadurch ja nicht ihre Position, lediglich im Kleinen gibt es Änderungen, die man aufgrund der vielen gleichzeitigen Überlagerungen aus anderen Richtungen ja ohnehin nicht substrahieren kann.

Klaus, ist das eine Lösung die sich mit den Zeichnungen von Gerthsen deckt? Du hattest ja geschildert dass da ein Knotenpunkt in exakter Entfernung der Wellenlänge eingezeichnet war. Den gäbe es nur mit dieser Theorie, oder wenn die einlaufende Welle eben eine "Stehende Welle" nach meiner Definition wäre.

So, Kopf leer, Knoten aber noch da

ingo74
Inventar

#32 erstellt: 22. Mai 2013, 06:04

und das bedeutet nun rein praktisch was..?

Hosky
Inventar

#33 erstellt: 22. Mai 2013, 06:09

Kann es sein, dass Ihr Euch gerade etwas festrennt?

Vielleicht hilft es, sich mal von allzu theoretischen Betrachtungen zu lösen und das Ganze nochmal per Veranschaulichung anzugehen:

Poison Nuke hat das auf seiner Website sehr schön getan. Vielleicht hilft es ja, den Knoten zu lösen (der nicht an der Wand liegt, sondern bei lambda/4 - zumindest wenn man eine Sinuswelle als grafische Beschreibung der Druckverteilung und nicht der Teilchengeschwindigkeit betrachtet)

SonnyTucson
Hat sich gelöscht

#34 erstellt: 22. Mai 2013, 09:33

Am Anfang der Diskussion wusste ich noch wie es funktioniert.....

Nein, mal im Ernst, schaut euch die Simulation in Zeitlupe an, dann wird es klarer:

http://www.walter-fendt.de/ph14d/stwellerefl.htm

Eine stehende Welle muss auch nicht zwingend eine Raummode darstellen. Umgekehrt schon!
Die stehende Welle hat zur Voraussetzung lediglich zwei gegenläufig fortschreitende Wellen gleicher Frequenz und Amplitude.

Daher sind die ersten Ausführungen von Hobbyakustiker nicht ganz richtig gewesen.

Viele Grüsse
Guido.

hobbyakustiker
Hat sich gelöscht

#35 erstellt: 22. Mai 2013, 10:03

Hosky (Beitrag #33) schrieb:

Kann es sein, dass Ihr Euch gerade etwas festrennt?

Nö

Hosky (Beitrag #33) schrieb:

Vielleicht hilft es, sich mal von allzu theoretischen Betrachtungen zu lösen und das Ganze nochmal per Veranschaulichung anzugehen:

Poison Nuke hat das auf seiner Website sehr schön getan.

Er hat da eine Grafik, bei der zwei gegenläufige Wellen eine Stehende Welle bilden. Die Darstellung ist allerdings falsch. Der Raum hat keine "sinusförmige Struktur", auf der die Welle fortgeschoben wird, sondern sie wächst immer weiter. Die Luftteilchen sind ortsfest und geben nur Schwingung weiter!

Hosky (Beitrag #33) schrieb:

Vielleicht hilft es ja, den Knoten zu lösen (der nicht an der Wand liegt, sondern bei lambda/4 - zumindest wenn man eine Sinuswelle als grafische Beschreibung der Druckverteilung und nicht der Teilchengeschwindigkeit betrachtet) :.

Wir sprechen aber über die Teilchenauslenkung, denn die bewirkt ja letztlich die Druckverhältnisse.

hobbyakustiker
Hat sich gelöscht

#36 erstellt: 22. Mai 2013, 10:13

SonnyTucson (Beitrag #34) schrieb:

Eine stehende Welle muss auch nicht zwingend eine Raummode darstellen. Umgekehrt schon!
Die stehende Welle hat zur Voraussetzung lediglich zwei gegenläufig fortschreitende Wellen gleicher Frequenz und Amplitude. Daher sind die ersten Ausführungen von Hobbyakustiker nicht ganz richtig gewesen.

Ich gebe mir eigentlich immer grösste Mühe, zwischen Stehender Welle, Raumeigenmode und Raummode zu unterscheiden. Die Unterschiede habe ich ja auch in #16 ausgeführt.

SonnyTucson
Hat sich gelöscht

#37 erstellt: 22. Mai 2013, 10:52

Ähem,

ich bezog mich auf deine Aussage:

Den Beitrag #16 habe ich ehrlich gesagt nicht ganz verstanden, kam mir ein bisschen wirr vor (nicht böse gemeint), aber es mangelt mir bei vielen der Ausführungen an physikalisch nachvollziehbaren Zusammenhängen.

Grüsse
Guido

Hosky
Inventar

#38 erstellt: 22. Mai 2013, 11:14

hobbyakustiker (Beitrag #35) schrieb:

Ortsfeste Teilchen könnten gar keine Schwingung weitergeben oder unterschiedliche Druckverhältnisse aufbauen. Dazu müssen sie in Bewegung sein (natürlich nicht in dem Sinne, dass ein Luftteilchen zwischen den Wänden hin und herläuft). Diese Bewegung zu bremsen, ist die Funktionsweise poröser Absorber. Ohne Teilchenbewegung keine Ausbreitung von Druckwellen, wie Du ja selbst schreibst:

Wir sprechen aber über die Teilchenauslenkung, denn die bewirkt ja letztlich die Druckverhältnisse.

An der Wand bewegt sich aber nicht mehr viel, aber es wird komprimiert und expandiert, und das mit voller Amplitude. Genau das hat PoisonNuke schön dargestellt - insbesondere, dass es sich bei einer stehenden Welle durchaus um ein dynamisches Gebilde handelt. Deswegen funktionieren auch Plattenschwinger im Druckmaximum, während poröse Absorber am Schnellemaximum am wirksamsten sind. Luft bewegt sich immer vom Druckmaximum zum Druckminimum, Stillstand gibt es nur am absoluten Nullpunkt.

Eine stehende Welle bedeutet ja nicht, dass die Luftteilchen nicht mehr in Bewegung sind. Dies ist lediglich genau am Ort des Druckmaximums/-minimums der stehenden Welle der Fall, also bei x=0, l/2, l,...
Der Ort der Knotenpunkte (= Punkt des Schnellemaximums, an dem der Druck konstant bleibt weil die Phasen der hin- und zurücklaufenden Welle immer um l/2 = 180 ° verschoben ist) bei l/4, 3l/4,... bewegt sich wir die der Ort der Druckmaxima/-minima nicht mehr im Raum. An diesen Punkten ist kein Schall wahrzunehmen, weil es zur Auslöschung (= keine periodische Druckveränderung) kommt.

[Beitrag von Hosky am 22. Mai 2013, 11:34 bearbeitet]

ehemals_Mwf
Inventar

#39 erstellt: 22. Mai 2013, 11:27

hobbyakustiker (Beitrag #31) schrieb:

...bei eingespannten Saiten z.B. einer Gitarre liegen die Knoten eben immer an den Enden der Saite, somit steht die Welle immer,:.

Das ist bei Luftschall an einer -- unendlich steifen -- Begrenzungfläche genauso.
Die Teilchenbewegung ist direkt an der Wand per Definition null, die Energie steckt ausschließlich im Schall-Druck.

Sobald die Wand mit-schwingen kann (Absorption), ist ein Grund klar, warum sich Raummoden real nicht ganz exakt bei den theoretischen Werten finden (Frequenz, Ort).

hobbyakustiker
Hat sich gelöscht

#40 erstellt: 22. Mai 2013, 11:44

SonnyTucson (Beitrag #37) schrieb:

Ähem, ich bezog mich auf deine Aussage:

Man (also ich) kann leider nicht in einem Satz alle Möglichkeiten auflisten, wann eine Stehende Welle im Raum entsteht. Deshalb steht da jeweils "z.B." davor. Im Folgenden ist ja auch erklärt, was an einer Stehenden Welle denn überhaupt steht. Aus dem Kontext ergibt sich ja auch, dass ich damit nur widerlegen wollte, dass bei allen Frequenzen Stehende Wellen entstehen, es also eine Gesetzmässigkeit gäbe.

Ich denke #16 ist ganz gut vom Aufbau her, weil ein Beispiel immer wieder aufgegriffen wird um die Unterschiede zwischen einer lokal auftretenden Stehenden Welle, einer voll angeregten Raumeigenmode und einer nicht voll angeregten Raumeigenmode zu beschreiben. Gerade "wirr" finde ich es nicht, die beschriebenen Phänomene sind ja bekannt - nur selten anschaulich erklärt. Insb. warum eine Raumeigenmode auf dem Schalldruckminimum heraus "nicht" angeregt werden kann. Es gibt auch Erklärungsversuche diesbzgl. die besagen, dass es am dort herrschenden Unterdruck liege, aber das ist ja ein "Henne-Ei-Problem", denn der Raum muss ja erst angeregt werden, bevor dort Unterdruck herrscht.

Ob meine Schilderung exakt so stimmt, hängt natürlich davon ab, was am Reflexionspunkt passiert. Ich gehe eben davon aus dass die Welle normalerweise und im Idealfall (Nullwinkel, ideal schallharte Fläche, ...) mit einem Phasenversatz von 0° - oder eben 360° - zurückläuft. Nur bei Stehenden Wellen erfolgt ein Phasensprung, eben weil der Knoten exakt auf dem Reflexionspunkt liegt.

hobbyakustiker
Hat sich gelöscht

#41 erstellt: 22. Mai 2013, 11:56

Hosky (Beitrag #38) schrieb:

hobbyakustiker (Beitrag #35) schrieb:

Ortsfeste Teilchen könnten gar keine Schwingung weitergeben oder unterschiedliche Druckverhältnisse aufbauen. Dazu müssen sie in Bewegung sein

Ja, sie schwingen um ihre Ruheachse. Dennoch sind sie ortsfest im Raum. Wie Dominosteine, einer fällt um, trifft den nächsten, der fällt um, usw. Daher baut sich die Welle eben immer weiter auf und wird nicht durch den Raum geschoben, wie es die Animation zeigt.

Man kann natürlich über die Definition von "ortsfest" streiten - ist ein Pendel einer Uhr ortsfest, während es pendelt?

[Beitrag von hobbyakustiker am 22. Mai 2013, 13:11 bearbeitet]

Hosky
Inventar

#42 erstellt: 22. Mai 2013, 11:57

hobbyakustiker (Beitrag #40) schrieb:

Gerade "wirr" finde ich es nicht, die beschriebenen Phänomene sind ja bekannt - nur selten anschaulich erklärt. Insb. warum eine Raumeigenmode auf dem Schalldruckminimum heraus "nicht" angeregt werden kann. Es gibt auch Erklärungsversuche diesbzgl. die besagen, dass es am dort herrschenden Unterdruck liege, aber das ist ja ein "Henne-Ei-Problem", denn der Raum muss ja erst angeregt werden, bevor dort Unterdruck herrscht.

Dort herrscht kein Unterdruck, sondern es gibt keine Druckveränderungen. Und anregen kann ich die Mode deshalb nicht, weil ich, wenn ich eine Punktschallquelle bei l/4 platziere in einem Raum mit schallharten Begrenzungsflächen eine kugelförmige Schallausbreitung habe. Die von der Rückwand hinter l/4 reflektierte Welle trifft am Entstehungsort also genau mit gegengleicher Phase ein => Auslöschung => keine Modenanregung.

hobbyakustiker (Beitrag #40) schrieb:

Ob meine Schilderung exakt so stimmt, hängt natürlich davon ab, was am Reflexionspunkt passiert. Ich gehe eben davon aus dass die Welle normalerweise und im Idealfall (Nullwinkel, ideal schallharte Fläche, ...) mit einem Phasenversatz von 0° - oder eben 360° - zurückläuft. Nur bei Stehenden Wellen erfolgt ein Phasensprung, eben weil der Knoten exakt auf dem Reflexionspunkt liegt.

Warum denn ein Phasensprung? Druck löst sich bei senkrecht aufteffenden Wellen an ideal harten Begrenzungsflächen nicht auf

Lediglich die Abweichung von einer linear und senkrecht auftreffenden Wellenfront, also insbesondere bei schräger Reflexion und kurzen Wegstrecken bis zur Reflexion hat einen merklichen Einfluss auf die Phase.

hobbyakustiker
Hat sich gelöscht

#43 erstellt: 22. Mai 2013, 12:57

Hosky (Beitrag #42) schrieb:

Und anregen kann ich die Mode deshalb nicht, weil ich, wenn ich eine Punktschallquelle bei l/4 platziere in einem Raum mit schallharten Begrenzungsflächen eine kugelförmige Schallausbreitung habe. Die von der Rückwand hinter l/4 reflektierte Welle trifft am Entstehungsort also genau mit gegengleicher Phase ein => Auslöschung => keine Modenanregung.

Also herrscht am Schalldruckminimum normaler Luftdruck? Meine "Physikbücher" beschreiben dort einen Unterdruck, um etwa den gleichen Wert, den z.B. der dort stehende Lautsprecher abgibt. Daher sei dort eben keine Druckabgabe möglich.

Ist es vielleicht einfach nicht der einzige Grund?

hobbyakustiker (Beitrag #40) schrieb:

Warum denn ein Phasensprung? Druck löst sich bei senkrecht aufteffenden Wellen an ideal harten Begrenzungsflächen nicht auf

Gut, dann kein Phasensprung. Phasensprung war wohl sowieso der falsche Begriff. Die Welle läuft also deckungsgleich zurück, d.h. sie steht, die Orte im Raum mit Druckmaximum und -minimum überlagern sich exakt wieder. Es gibt also auf dieser Frequenz keine Druckveränderung am Ort des Schalldruckminimums, daher hört man Nichts. So richtig?

[Beitrag von hobbyakustiker am 22. Mai 2013, 13:09 bearbeitet]

hobbyakustiker
Hat sich gelöscht

#44 erstellt: 22. Mai 2013, 13:04

Mwf (Beitrag #39) schrieb:

hobbyakustiker (Beitrag #31) schrieb:

...bei eingespannten Saiten z.B. einer Gitarre liegen die Knoten eben immer an den Enden der Saite, somit steht die Welle immer,:.

Das ist bei Luftschall an einer -- unendlich steifen -- Begrenzungfläche genauso. Die Teilchenbewegung ist direkt an der Wand per Definition null, die Energie steckt ausschließlich im Schall-Druck.

Warum definieren Sengpiel und Andere dann einen Unterschied?

http://www.sengpielaudio.com/StehendeWellen.htm

SonnyTucson
Hat sich gelöscht

#45 erstellt: 22. Mai 2013, 13:34

hobbyakustiker (Beitrag #40) schrieb:

SonnyTucson (Beitrag #37) schrieb:

Ähem, ich bezog mich auf deine Aussage:

Man (also ich) kann leider nicht in einem Satz alle Möglichkeiten auflisten, wann eine Stehende Welle im Raum entsteht. Deshalb steht da jeweils "z.B." davor.....

Einspruch, da der erste Teil der Aussage (auch ohne das z.B) nicht korrekt ist. Eine stehende Welle ensteht immer dann, wenn zwei in Frequenz und Amplitude gleiche, aber gegenläufige Wellenzüge sich überlagern. That's all...
Deshalb können stehende Wellen halt auch bei allen Frequenzen entstehen, wie Klaus schrieb, und nicht nur bei den Bedingungen einer Raummode (also Vielfachen von Lambda/2 entsprechend den Raumabmessungen)!

Doch, es ensteht ein Phasensprung um Pi, der Schwingungszustand der reflektierten Welle ist dem der einlaufenden Welle entgegengesetzt. Der Schalldruck macht aber keinen Phasensprung am Reflektor, addieren sich also (idealerweise) am Reflektionspunkt.

Du machst bei vielen deiner Betrachtungen den Fehler, eine stehende Welle auch zeitlich als stehend (eingefroren) zu betrachten, nur weil die Knotenpunkte ortsfest sind, deren Amplitude ist aber zeitlich veränderlich!

Klaus-R.
Inventar

#46 erstellt: 22. Mai 2013, 14:08

Jungs, die Diskussion kann, was mich betrifft, beendet werden. In einem der Physikbücher, die ich heute morgen an der TU Delft ausgeliehen habe, steht folgendes:

"Zwischen zwei Spiegeln sind stehende Wellen nur als Eigenschwingungen möglich: Der Spiegelabstand muss immer ein ganzzahliges Vielfaches von λ/2 sein."

Somit ist meine Eingangsaussage, daß in Räumen bei allen Frequenzen stehende Wellen entstehen, falsch. Die allgemeine Aussage, daß stehende Wellen bei allen Frequenzen entstehen, ist trotzdem richtig, nur gilt dies nicht in geschlossenen Räumen, sondern nur für eine Schallquelle vor einem Reflektor, wie z.B. ein Lautsprecher im Garten vor einer Hauswand.

Warum in Räumen nur bei Eigenfrequenzen stehende Wellen entstehen, bei allen anderen nicht, bleibt trotzdem eine interessante Fragestellung.

Klaus

hobbyakustiker
Hat sich gelöscht

#47 erstellt: 22. Mai 2013, 14:20

SonnyTucson (Beitrag #45) schrieb:

Deshalb können stehende Wellen halt auch bei allen Frequenzen entstehen, wie Klaus schrieb, und nicht nur bei den Bedingungen einer Raummode (also Vielfachen von Lambda/2 entsprechend den Raumabmessungen)!

Klaus hat aber nicht geschrieben "kann", sondern wird. Also immer. Deshalb schrieb ich als Beispiel, das passiert nur "wenn z.B. die halbe Welle genau in den Raum passt". Das ist die übliche Definiton, die auch Sengpiel benutzt:

"Zwischen zwei zueinander parallelen Wänden wird eine Schallwelle hin und her reflektiert. Bei einer bestimmten Wellenlänge λ = 2 · L (L = Raum- Länge, Breite oder Höhe) passen beide Wellen exakt übereinander und prägen eine stehende Welle voll aus. Wenn der Abstand der parallelen Wände gerade dem Vielfachen der halben Wellenlänge entspricht, dann gibt es 'stehende' Wellen, also eine Schalldruckerhöhung. Die Frequenz, bei der das passiert, nennt man auch Resonanzfrequenz oder Raummode."

http://www.sengpielaudio.com/RaumModen.htm

Würde es bei jeder Reflexion zu einer Stehenden Welle kommen, bräuchte man "Stehende Welle" nicht gesondert definieren. Gleiche Amplitude bedeutet ja nicht (nur) "gleich starke Auslenkung" (was man bei einer Reflexion an einer schallharten Wand annehmen darf), sondern "gleich starke Auslenkung in die gleiche Richtung". In entgegengesetzter Richtung schwingend würden sich die gleich stark auslenkenden Amplituden aufheben, das wäre eine Auslöschung - dabei würde sich aber nicht örtlich "Schalldruckberge und -täler" ausbilden. Also entstehen nicht immer "Stehende Wellen", sondern zum Glück ziemlich selten.

Hosky
Inventar

#48 erstellt: 22. Mai 2013, 14:22

SonnyTucson (Beitrag #45) schrieb:

Du machst bei vielen deiner Betrachtungen den Fehler, eine stehende Welle auch zeitlich als stehend (eingefroren) zu betrachten, nur weil die Knotenpunkte ortsfest sind, deren Amplitude ist aber zeitlich veränderlich!

Das ist auch mein Eindruck und imho des Pudels Kern. "Schalldruckmaximum" ist im Grunde ein zweideutiger Begriff. Bei einer sich fortpflanzenden Welle gibt es wandernde Druckmaxima, wandernde Knotenpunkte und wandernde Druckminima. Bei einer stehenden Welle gibt es fixe Knotenpunkte, aber keine fixen oder wandernden Druckmaxima/Minima. Der Ort des Druckmaximums ist gleichzeitig der Ort des Druckminimums eine halbe Periode später. Die Druckveränderung nach der Zeit (1. Ableitung) entspricht einer Cosinus-Funktion. Damit wird vielleicht auch das klarer:

hobbyakustiker (Beitrag #43) schrieb:

Da es kein sich fortpflanzendes Schalldruckminimum bei einer Stehenden Welle gibt, sondern nur periodisch auftretende Minima am gleichen Ort, ist das imho eine Fehlinterpretation bzw unklare Ausdrucksweise. Klarer wird es vielleicht mit dem oben beschreibenen Bild der von der Wand zurücklaufenden Welle, die bei Wandabstand l/4 den LS mit einem Druckminimum trifft und daher an diesem Ort zu Auslöschung führt.

Wenn man den Ort der maximalen Druckänderung bei einer stehenden Welle vereinfachend als "Druckmaximum" beschreibt, so ist dass irreführend und könnte fälschlicherweise dazu führen, den Knotenpunkt (= Ort konstanten Drucks) als Druckminimum zu beschreiben, was er definitiv nicht ist. Richtig wäre Schwingungsbauch (=Ort mit maximaler Druckschwankung). Leider habe ich auch schon Physikbücher gehabt, in denen hier nicht ausreichend differenziert wird.

[Beitrag von Hosky am 22. Mai 2013, 14:42 bearbeitet]

hobbyakustiker
Hat sich gelöscht

#49 erstellt: 22. Mai 2013, 14:37

Klaus-R. (Beitrag #46) schrieb:

Warum in Räumen nur bei Eigenfrequenzen stehende Wellen entstehen, bei allen anderen nicht, bleibt trotzdem eine interessante Fragestellung.

Das hatte ich aber schon beantwortet. Weil eine Stehende Welle eben immer eine phasengleiche Überlagerung bedingt, die entsteht eben nur wenn der Knotenpunkt an der Begrenzungsfläche liegt, also quasi "das Ende der Welle" auf "dem Ende des Raumes" liegt. Der Raum hat nur eine Länge, jede Frequenz eine andere Länge - also treffen nur wenige Frequenzen genau diesen Punkt.

Hosky
Inventar

#50 erstellt: 22. Mai 2013, 15:01

Strenggenommen entstehen in einem typischen Hörraum natürlich jede Menge mehr kurzzeitige stehende Wellen (Im Sinne phasengleicher Addition gegenläufiger Wellen): zB zwischen den LS, Wellenlänge abhängig vom Abstand der LS, und eigentlich immer bei frontaler Reflexion an einer schallharten Reflexionswand. Diese klingen aber schnell ab (spätestens wenn die nächste Reflexion der Rückwand eintrifft und diese wegen Nichterfüllung der Bedingung Raumlänge = n * lambda/2 phasenverschoben ist), während die stehenden Wellen, die der Raumresonanz entsprechen, durch die Reflexionen der beiden parallel gegenüberliegenden Wände immer wieder phasengleich "gefüttert" und damit zum akustischen Hauptproblem werden.

[Beitrag von Hosky am 22. Mai 2013, 15:26 bearbeitet]

SonnyTucson
Hat sich gelöscht

#51 erstellt: 22. Mai 2013, 15:33

Sengspiel erklärt das aber hier nur beispielhaft für den Sonderfall einer Raummode. Er schliesst nirgends die allgemeine Erklärung für stehende Wellen aus.

Alle anderen Seiten (wenn Du nach standing waves oder stehenden Wellen suchst) erklären, daß eine stehende Welle lediglich zur Voraussetzung hat, daß zwei in Frequenz und Amplitude gleiche, aber gegenläufige Wellenzüge sich überlagern.

Vielleicht wird es hier klarer:

Standing Wave Applets

Hosky hat recht, daß die meisten stehenden Wellen aufgrund der kurzen Abklingzeiten nicht ins Gewicht fallen, sondern die nur Raummoden hier dominant sind.
Vielleicht entzündet sich daran die Diskussion, weil Hobbyakustiker nach STÖRENDEN stehenden Wellen sucht, ich aber lediglich die physikalische Enstehung beschreiben will. Diese kann aber laut akustischen Gesetzmässigkeiten bei jeder Frequenz auftreten. Wir gehen hier theoretisch von schallharten Wänden und senkrechter Reflektion aus, damit die Zusammenhänge erklärt werden können.

Der Raum hat nur eine Länge, jede Frequenz eine andere Länge - also treffen nur wenige Frequenzen genau diesen Punkt.

Nein, jede. Du machst wieder den Fehler, die Welle als ortsfest anzunehmen und mit einer Raummode zu verwechseln. Nur diese stellt den Sonderfall mit den Beziehungen zwischen Wellenlänge und Wandabständen dar und kann somit leichter störende Schallpegel erreichen.