Audio Klausur

ebs · Full Member Anmeldungsdatum: 03.11.2007 Beiträge: 217

Da bisher niemand Antworten zu diesem Posting gegeben hat, will ich es endlich einmal tun. Ich weiß, dass diese Fragen oft gestellt werden und hoffe, dass Google dann diese Stelle hier finden wird.

Hier sind Antworten zu den obigen Fragen:

Frage 1: Um welchen Faktor ändert sich die Schallstärke eines Tonsignals, wenn der Abstand zur Schallquelle verdreifacht wird? Nach welcher Gesetzmäßigkeit errechnet sich das?

Das Wort Schallstärke ist recht alt und heutzutage ungebräuchlich. Da ich das Tonsignal höre und meine Trommelfelle nur vom Schallwechseldruck bewegt werden, nehme ich die Gesetzmäßigkeiten des Schalldrucks p.

Gesetz beim Schalldruck (Schallfeldgröße) - wird von Praktikern mit Ohren, wie etwa Tontechnikern verwendet - Das Abstandsgesetz:
p2 / p1 = r1 / r2
p2 = p1 ∙ (r1 / r2)
Hierbei ist:
p1 = Schalldruck 1 bei Abstand r1 von der Schallquelle
p2 = Schalldruck 2 bei Abstand r2 von der Schallquelle

p ~ 1/r. In dreifacher Entfernung ist der Schalldruck noch 1/3 des Ausgangsschalldrucks.

Gesetz bei der Schallintensität (Schallenergiegröße) - wird von Theoretikern, wie etwa Physikern und Akustikern verwendet - Das Quadratgesetz:
I2 / I1 = (r1 / r2)²
I2 = I1 ∙ (r1 / r2)²
Hierbei ist:
I1 = Schallintensität 1 bei Abstand r1 von der Schallquelle
I2 = Schallintensität 2 bei Abstand r2 von der Schallquelle

I ~ 1/r². In dreifacher Entfernung ist die Schallintensität noch (1/3)² = 1/9 der Ausgangsschallintensität.

Wie man erkennen kann, ist somit Schalldruck nicht das Gleiche wie Schallintensität. Dieses wird leider sehr häufig falsch angenommen; siehe:
"Falsche Abnahme vom Schalldruck mit der Entfernung zur Schallquelle"
http://www.sengpielaudio.com/FalscheAbnahmeDesSchalldrucksMitEntfernung.pdf

Frage 2: Wie verhält sich die Frequenzempfindlichkeit des Gehörs bei sehr leiser Musik, verglichen zur lauter Musik?

Die neuen roten Kurven zeigen die psychoakustisch empfundenen "Kurven gleicher Lautstärkepegel":
http://www.sengpielaudio.com/Acoustics226-2003.pdf

Dabei erkennt man, dass wir Frequenzen zwischen 3 und 4 kHz am Empfindlichsten hören. Die hohen Frequenzen in der Oktave zwischen 10 kHz und 20 kHz sind wenig bedeutsam. Über 1000 Herz sind alle "Kurven gleicher Lautstärkepegel" fast parallel zueinander, aber die tiefen Frequenzen sind bei leisem Abhören von Musik deutlich viel stärker gedämpft, als bei lautem Abhören, das heißt sie sind viel leiser bis gar nicht zu hören. Das ist eine Eigenart unseres Gehörs.

Frage 3: Nenne / beschreibe zwei psychoakustische Maskierungen?
Moderne Audiokodierer nutzen psychoakustische Prinzipien, wie beispielsweise Frequenzgruppenbildung
oder Maskierungseffekte aus, um eine starke Datenreduktion der kodierten Audiodaten zu erreichen, ohne jedoch die wahrnehmbare Qualität der digitalisierten Signale zu vermindern. Psychoakustische Audiokodierer bedienen sich spezieller Eigenschaften des menschlichen auditiven Systems, um nur die irrelevanten, also nicht wahrnehmbaren Teile eines akustischen Signals zu entfernen.
Einzeln auftretende Töne werden vom menschlichen Hörer, je nach Frequenz, erst ab einem gewissen Schalldruckpegel, der Ruhehörschwelle, wahrgenommen. Treten mehrere akustische Signale gleichzeitig auf, so kann es zu Maskierungen kommen.
Dieses bedeutet, dass ein dominantes Schallereignis ein anderes überlagert und damit dessen Hörschwelle deutlich über der Ruhehörschwelle liegen kann. Da das menschliche Gehör bestimmte Frequenzbereiche gemeinsam an einer spezifischen Stelle der Basilarmembran verarbeitet, also im Grunde die Funktionsweise eines Bandpassfilters besitzt, verhalten sich Maskierer innerhalb einer Frequenzgruppe und in benachbarten Frequenzgruppen stets additiv.
Die Aufgabe des psychoakustischen Modells ist es, alle maskierenden Frequenzkomponenten innerhalb des Frequenzspektrums eines Schallereignisses zu identifizieren und, abhängig von ihrer Amplitude und Frequenz, eine globale Maskierungsschwelle für jedes Frequenzband zu berechnen. Diese globale Maskierungsschwelle ist in anderen Worten der Schalldruckpegel einer Frequenzkomponente, der minimal benötigt wird damit der Hörer diese Komponente überhaupt wahrnehmen kann; siehe:
"Psychoakustische Maskierung":
http://www.bseeber.de/itg_page/maskierung.html

Frage 4: Welche Frequenz f hat eine Wellenlänge λ von 3,5 cm?
Nachgetragen werden muss hierbei unbedingt: … als Schall in Luft von einer Temperatur von 20°C.
c = λ ∙ f
f = c / λ
Die Schallgeschwindigkeit c = 343 m/s bei 20°C.
Also ist f = 343/0,035 = 9800 Hz.

Frage 5: Um wieviel dB hat sich die Schallstärke erhöht, wenn sie sich verdoppelt hat?

Das Wort Schallstärke ist weiterhin alt und heutzutage recht ungebräuchlich. Es ist anzunehmen, dass hier eigentlich nach der empfundenen Lautstärke, der psychoakustischen Lautheit gefragt ist, bei der man den Schall als doppelt so laut empfindet. Die Psychoakustiker meinen, dass 10 dB Erhöhung des Schalldruckpegels doppelt so laut sei. Das Gefühl dafür ist bei den Menschen individuell recht verschieden und nicht genau feststellbar. Gieße doch mal in eine Tasse warmen Kaffees heißes Wasser, bis der Kaffee "doppelt" so heiß ist. Versuche die Nachrichten im Radio am Lautstärkeregler mal auf doppelt so laut zu drehen und du wirst sehen, das geht eigentlich nicht. Wann ist es denn genau doppelt so laut?

Frage 6: Welcher Frequenzbereich ist durch Lärm besonders gefährdet und welche Nachteile bringt eine entsprechende Hörschädigung mit sich?

Für das Hören und sich Verständigen ist der übliche empfindlichste Bereich zwischen 3 und 4 kHz besonders notwendig. Durch laute Kopfhörer und durch Diskothekenbesuch wird besonders dieser Präsenz-Bereich "abgenutzt", was dann zur nicht reparierbaren Hörschädigung führt, weil man seine Mitmenschen kaum noch verstehen kann.

Viele Grüße ebs
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ebs - Mikrofonaufnahmetechnik und Tonstudiotechnik
http://www.sengpielaudio.com