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Physik-LK · Skript PL2 · Wellen

Gegenschall

Kopfhörer mit Geräuschunterdrückung erzeugen einen zweiten Schall, der den Lärm am Ohr auslöschen soll. Das ist Interferenz: Am Ohr addieren sich die beiden Schalldrücke. Damit nichts übrig bleibt, muss der Gegenschall gegenphasig und gleich stark sein.

So gehst du vor

  1. 1Ziehe am roten Punkt im Zeitbild oder an der Spitze des roten Zeigers: Zur Seite änderst du die Phase, nach oben und unten die Amplitude.
  2. 2Beobachte die grüne Summe und das Trommelfell. Ziel: Die grüne Kurve liegt flach auf der Achse.
  3. 3Tippe „Neuer Lärm“ und finde die passende Einstellung ohne die Regler.
  4. 4Im zweiten Teil kommt der Gegenschall ein wenig zu spät. Verändere die Frequenz und den Wegunterschied.

Teil 1: Lärm und Gegenschall am Ohr

Zeiger: blau der Lärm, rot der Gegenschall, grün die Summe. Der innere Kreis hat die Länge 1.

Rest am Ohr
133 %
Pegeländerung
2,5 dB

Phase des Gegenschalls φ

70 °

Amplitude des Gegenschalls p

0,60

Frequenz f

200 Hz
Schütze dein Gehör!
  • Kein Kopfhörer auf voller Lautstärke.
  • Stelle das Gerät zuerst leise und mache es nur langsam lauter.
  • Tut ein Ton weh oder ist er unangenehm: sofort auf „Stopp“ tippen.

Tiefe Töne gibt ein iPad-Lautsprecher kaum wieder. Bei 300 Hz oder höher hörst du den Unterschied deutlich.

Teil 2: Der Gegenschall kommt zu spät

Der Gegenschall ist gleich stark, aber um den Wegunterschied Δs verspätet. Der rote Punkt zeigt die Frequenz aus Teil 1. Die Frequenzachse ist logarithmisch, die Kurve fällt für kleine Δs unter den Rand des Bildes.

Wegunterschied Δs

3,4 cm
Bei f = 200 Hz
λ = cf = 170 cm
Δφ = 360° · Δsλ = 7,2°
Rest: 2 · |sin(Δφ2)| = 13 %

Schallgeschwindigkeit c = 340 ms. Ein Wegunterschied von 3,4 cm entspricht 0,1 ms Verspätung, das liegt in der Größenordnung der Zeit, die Mikrofon, Rechner und Lautsprecher im Kopfhörer brauchen.

Aufträge

  1. Stelle Amplitude 1,00 und φ = 180° ein. Was bleibt übrig? Stelle danach φ = 0° ein. Wie groß ist jetzt die Summe, wie ändert sich der Pegel?
  2. Die Phase stimmt (180°), aber die Amplitude ist 10 % zu klein. Wie viel Prozent Lärm bleiben, wie viel dB gewinnst du?
  3. Die Amplitude stimmt, aber die Phase ist nur 170°. Lies Rest und Pegel ab und bestätige mit 2 · |cos(φ2)|. Bei welcher Phase ist die Summe so laut wie der Lärm allein?
  4. Tippe „Neuer Lärm“. Bringe die Summe unter 5 %. Welche Beziehung haben der rote und der blaue Zeiger am Ende?
  5. Teil 2: Stelle Δs = 3,4 cm ein. Vergleiche die Pegeländerung bei 100 Hz, 1000 Hz und 5000 Hz. Warum wirkt der Kopfhörer gegen das Brummen im Flugzeug, aber kaum gegen Stimmen?
  6. Beide Schallquellen geben Energie ab, am Ohr kommt aber nichts an. Ist die Energie verschwunden?

Theorie: Wellen-Skript, Abschnitt „Die Amplitude an einem beliebigen Punkt“ mit dem Kasten „Gegenschall und Lärmschutz“. Der Bildungsplan nennt Gegenschall als Alltagsbeispiel für Wellen.

Üben in minærva noctua

Fragen und Aufgaben zu den passenden Abschnitten im Skript:

Einordnen in minærva tela

Worauf das aufbaut und wohin es führt: