Wie berechnet man die Schallgeschwindigkeit in HOLZ?
Angenommen jemand klopft 10x auf der einen Seite eines 20m langen Holzstammes - wie oft hört man das Klopfen auf der anderen Seite?
Wie muss man bei dieser Berechnung vorgehen - Schallgeschwindigkeit für das Holz bestimmen? Wie kann ich herausfinden, wie viele von den Schlägen man auf der anderen Seite hört? Bin ziemlich planlos wie ich hier vorgehen/anfangen sol.
6 Antworten
Die Rohdaten, die man misst, sind keine Geschwindigkeiten, sondern Wegstrecken und Zeitdifferenzen. Daraus berechnet man dann die Schallgeschwindigkeit.
Für die Geschwindigkeit als physikalische Größe gilt allgemein:
v = ds/dtv = Geschwindigkeit
ds = Strecke (Weg in Meter vom Ort der Schallquelle bis zum Ort der Schallwahrnehmung)
dt = Zeitdifferenz zwischen der Erzeugung des Schalls und dem Ankommen des Schalls am Zielort
Die Geschwindigkeit ist die erste Ableitung des Wegs nach der Zeit, würde der Physiker sagen.
Die Anzahl der Schläge, die man hört ist jedoch völlig gleich der
Anzahl der Schläge, die erzeugt werden, nur man hört sie zeitversetzt.
Die Strecke zu messen ist ziemlich einfach.
Eine so kleine Zeitspanne exakt zu erfassen, die der Schall braucht,
um sich in Holz 20 m weit fortzupflanzen, ist dagegen technisch
anspruchsvoller. Die Geschwindigkeit liegt nämlich laut Literatur je
nach Holzart ca. um 4000 m/s. Das heißt, in einem 20 m langen Baumstamm
dauert es nur 20/4000 s = 0,5 Hunderstel Sekunden, bis der Schall
durchtransportiert ist.
So etwas kann man mit einer Stoppuhr und menschlichen
Sinneswerkzeugen nicht ordentlich erfassen. Man bräuchte eine
Messvorrichtung, mithilfe derer man den Zeitpunkt des Aussendens des
Schallsignals und den Zeitpunkts der Ankunft des Schallsignals exakt
registrieren könnte.
Also egal ob bei einer Messung eine gleiche Holzart verwendet wird, Holz ist immer ganz individuell aufgebaut, egal ob es die gleiche Art Holz ist.
Wenn man die 10 Schläge wahrnehmen kann, kommen auch alle 10 Schläge durch.
Die Schallgeschwindigkeit in Holz kann nicht verwendbar berechnet werden, wie erwähnt kann diese nur unter exakten Messvariablen (Stärke des Klopfens, genauer Punkt an der Wand an dem man klopft, exakt gleiches Medium mit dem man klopft, sowie genaue aussen Bedingungen und ein genaues Messgerät) gemessen werden.
Diese Messung ist aber grundlegend verschieden unabhängig von der Holzart, abhängig vom verbauten Holz in einer Wand.
Also wenn man 10x klopft, dann sollten diese 10 Wellen auch auf der anderen Seite ankommen - aber eben Zeitverzögert. (so mein Gedankengang dazu)
Es reicht theoretisch einmal zu Klopfen und den Zeitunterschied zu messen, wann der Ton auf der anderen Seite "herauskommt" - damit kannst du die Geschwindigkeit bestimmen/errechnen.
Man könnte eine Aufnahme eine Aufnahme mit 2 Mikrophonen machen. (an jedem Ende des Stammes eins)
Wenn man dann auf der einen Seite einmal Klopft müssten 2 Signale auf der Aufnahme zu hören sein. Diese Zeitdifferenz kann man bestimmen und entsprechend die Geschwindigkeit ausrechnen.
Eine Stereo-Aufnahme ist an sich keine schlechte Idee. Wenn jedoch der Zeitabstand zwischen den beiden akustischen Signalen nur 0,5 Hunderstel Sekunden beträgt, ist die Auflösung auf der Tonaufnahme vielleicht nicht groß genug, um die Signale zu differenzieren.
Kein Stereo. Ein Kanal , aber 2 Mikrophone - so sind beide Signale auf einer Spur. In einer grafischen Anzeige der Signale kann man den Abstand der Peaks messen und so genau die zeitliche Differenz ablesen, sowie die Geschwindigkeit bestimmen.
Aha. Ich verstehe nichts von Tontechnik. Welche Signalauflösung gibt es denn auf einer Tonspur?
Und wie schnell geht die Weiterleitung elektrischer Signale von den Mikrophonen zum Aufnahmegerät? Kann man diese Zeitspanne vernachlässigen?
Es gibt einfache Programme (auch Studio-Aufnahmeprogramme), in denen man sich eine Tonspur als Graph(Schwingungskurve) anzeigen lassen kann. (Musiker - die Aufnahmen am PC machen haben solche Programme installiert - z.B. Cubase, Nuendo etc.) Die Auflösung dürfte in die 1000stel Sekunden gehen - ist wohl Programm- und Frequenzband der Aufnahme abhängig.
Wenn die Leitungslänge und die Mikrophone gleich sind, ist es egal ob die Aufnahme Zeitversetzt am Aufnahmegerät ankommt. Wichtig ist, dass die Differenz erkennbar (messbar) ist.
Das heißt, man könnte wohl die Schallgeschwindigkeit in einem 20 m langen Baumstamm ungefähr mit einer signifikanten Stelle erfassen. Z.B. könnte man erkennen, ob es eher 3000, 4000 oder 5000 m/s sind.
Eine genaue Differenzierung, ob es wohl 4821 m/s oder 4837 m/s sind, wäre wohl mit dieser Methode eher nicht möglich.
Warum? Einfache Geräte im Hi-Fi-Bereich können Frequenzen um 20kHz aufnehmen. Da sich das gestreckt auch als Sinuswelle in diesen Programmen noch anzeigen lässt, sollte die Genauigkeit doch theoretisch bei 1 sec/20000 sein, oder? Als Referenz könnte man die Luftschallübertragung heranziehen um die beiden Messpunkte zu "eichen"
Aber abgesehen davon, schwindet die Genauigkeit auch bei der Tatsache, das Holz nicht homogen ist und der Schall sich bei der kleinsten Ungenauigkeit beim "Anschlagen" unterschiedlich fortsetzen wird. Auch ist die Holzoberfläche nach dem ersten Schlag bereits verändert (verdichtet). ...
Es würde nicht an der Technik zum Messen, sondern an der Individualität des Baumstammes scheitern.
Mir sind lebende Bäume mit Wurzeln im Boden sowieso lieber...
Ich denke nicht, dass man die Schallgeschwindigkeit in Holz berechnen kann - die kann man höchstens messen (und ich vermute: für Balsa-Holz ergibt sich ein anderer Wert als für Teak).
Man kann Messwerte aufnehmen und aus diesen Messwerten die Geschwindigkeit berechnen.
Die Messwerte selbst sind ja noch keine Geschwindigkeiten, sondern Zeitdifferenzen und Wegdifferenzen.
v = ds/dt
v = Geschwindigkeit
ds = Strecke (Weg in Meter vom Ort der Schallquelle bis zum Ort der Schallwahrnehmung)
dt = Zeitdifferenz zwischen der Erzeugung des Schalls und dem Ankommen des Schalls am Zielort
Die Geschwindigkeit ist die erste Ableitung des Wegs nach der Zeit, würde der Physiker sagen.
Die Anzahl der Schläge, die man hört ist jedoch völlig gleich der Anzahl der Schläge, die erzeugt werden, nur man hört sie zeitversetzt.
Die Strecke zu messen ist ziemlich einfach.
Eine so kleine Zeitspanne exakt zu erfassen, die der Schall braucht, um sich in Holz 20 m weit fortzupflanzen, ist dagegen technisch anspruchsvoller. Die Geschwindigkeit liegt nämlich laut Literatur je nach Holzart ca. um 4000 m/s. Das heißt, in einem 20 m langen Baumstamm dauert es nur 20/4000 s = 0,5 Hunderstel Sekunden, bis der Schall durchtransportiert ist.
So etwas kann man mit einer Stoppuhr und menschlichen Sinneswerkzeugen nicht ordentlich erfassen. Man bräuchte eine Messvorrichtung, mithilfe derer man den Zeitpunkt des Aussendens des Schallsignals und den Zeitpunkts der Ankunft des Schallsignals exakt registrieren könnte.
Man sieht es immer wieder: Holz ist schön und Holz ist vielseitig.
Das Problem liegt bei der technischen Umsetzung für die Zeitdifferenzmessung.