Hören wir Geräusche auf den höchsten Bergen anders?

Es gibt noch mehr Seiten dieses Szenarios, die Sie in Betracht ziehen. Erstens, wenn wir davon ausgehen, dass die Temperatur auf Meereshöhe und im Hochgebirge gleich ist, dann ändert sich die Schallgeschwindigkeit nicht wirklich, da eine konstante Temperatur für das Luftdruck-Dichte-Verhältnis sorgt.

$$c = \sqrt{\kappa \frac{p}{\rho}}$$ Wo $p$: statischer Luftdruck, $\rho$: Luftdichte u $\kappa$der adiabatische Index $c_p/c_v$.

Wieder die Aussage: Der statische Luftdruck und die Luftdichte sind bei gleicher Temperatur proportional, also das Verhältnis$p/\rho$ist immer konstant, auf einem hohen Berg oder sogar auf Meereshöhe.

Also in dem Szenario, das Sie beschreiben, wenn$T$als konstant angenommen wird, dann ändert sich die Schallgeschwindigkeit nicht, aber seine Intensität, da die Dichte der Luft auf Bergen viel geringer ist, wäre eine grobe Annäherung an die Intensität

$$I \propto p v \propto \omega² c \rho$$ Wo $v$ist die Geschwindigkeit der Luftmoleküle, $\omega$Tonfrequenz. Eines ist also sicher, Sie müssen auf einem Berg viel lauter schreien, damit die Leute weiter vorne Sie hören können.

Außerdem, wenn$T$ändert sich dann ($p/\rho=constant$) hält nicht mehr, also$c_{air}$Änderungen. Es gibt grobe Näherungswerte in Bezug auf die Schallgeschwindigkeit$T$. Grob gesagt:

$$c_{air} = 331.3 \frac{m}{s} \sqrt{1+\frac{\theta}{273.15}}$$ Wo $\theta$ist die Lufttemperatur in °C. Eine solche Schätzung ergibt z $60 \frac{cm}{s}$Änderung der Schallgeschwindigkeit für $1 °C$Änderung der Temperatur. Weitere Szenarien:

Bei$-20°C$:$c_{air} \approx 319 \frac{m}{s}$

Bei$0°C$:$c_{air} \approx 331 \frac{m}{s}$

Bei$20°C$:$c_{air} \approx 343 \frac{m}{s}$

Bei$100°C$:$c_{air} \approx 387 \frac{m}{s}$

Der nächste logische Schritt wäre, die Änderung der Wellenlänge des Schalls zu berücksichtigen, wann$c_{air}$Änderungen. Dafür gibt es die allgemeine Formel$c = \lambda f$

So$\lambda$wechselt mit$T$wenn sich die Schallgeschwindigkeit ändert und bei einer Flöte zB die Länge der schwingenden Luftsäule sich nicht ändert, also wann$c_{air}$Änderungen wegen$T$Schwankungen, dann die Tonfrequenz$f$Änderungen (oder Tonhöhe, wie Sie es nennen). Aber da wir keine Flöten zum Sprechen benutzen, geht uns das nichts an, also um in einem Berg auf die Intensität I, Schallgeschwindigkeit zu schließen$c$und die Schallwellenlänge$\lambda$ändern (die letzten beiden gelten nur für$T$unterschiedlich), aber nicht die Tonhöhe.

Ich werde diese Antwort verwenden, um einige Informationen bereitzustellen, die größtenteils orthogonal zu dem sind, was Phonon sagte.

Wie Phonon betonte, hängt die Schallgeschwindigkeit von der Temperatur ab, nicht vom Druck. Auf den Gipfeln hoher Berge ist es kalt, daher wäre die Schallgeschwindigkeit tendenziell geringer. Einige Mechanismen zur Klangerzeugung haben eine Frequenz, die von der Schallgeschwindigkeit abhängt, andere nicht. In der ersten Kategorie haben wir Blasinstrumente, die wie resonante Luftsäulen wirken, und den menschlichen Stimmapparat, der kompliziert ist, aber bis zur nullten Ordnung als Helmholtz-Resonator verstanden werden kann. Die Stimme ist also tiefer, wenn die Luft kalt ist, und ich denke, diese Tatsache ist zB professionellen Sängern bekannt. In einem Orchester haben wir einige Instrumente, die wie Luftsäulen wirken (Blechbläser und Bläser), und andere, deren Tonhöhe ungefähr unabhängig von der Lufttemperatur ist (Streicher). Wenn ein Orchester spielt, erwärmen sich die Blasinstrumente und ihre Tonhöhe steigt.

Nehmen Menschen diese Klangunterschiede wahr? Ändert sich die Tonhöhe merklich?

Der höchste, den ich je gesehen habe, war 5900 m. Es war auf jeden Fall kalt, also war die Tonhöhe unserer Stimmen höchstwahrscheinlich etwas tiefer als normal, aber es war nicht wahrnehmbar.

Der andere zu erwartende Effekt wäre, dass Töne aufgrund der schlechteren Kopplung des Strahlers an die Luft und der Luft an den Empfänger (z. B. Trommelfell) schwächer erscheinen würden. Das hat nichts mit Temperatur oder Frequenz zu tun. Ein leicht vorstellbares Beispiel ist ein Lautsprecher. Der Lautsprecher hat eine Oberfläche (die "Lautsprechermembran"), die aus etwas wie Pappe oder Gummi besteht. Wenn der Kegel vibriert, regt er Schwingungen in der Luft an. Wenn weniger Luft vorhanden ist, ist diese Anregung weniger effizient, da der Lautsprecher weniger dagegen drücken kann. Dasselbe passiert am Trommelfell oder an der schallempfindlichen Oberfläche eines Mikrofons. Aus diesen Gründen könnte man erwarten, dass menschliche Stimmen in großer Höhe leiser als normal erscheinen würden.

Die Realität ist, dass dies in keiner Höhe, in der ich jemals war, ein spürbarer Effekt war. Grundsätzlich ist es in großer Höhe, besonders auf Pässen und Gipfeln, eher windig, also ist es bei Wind einfach aus diesem Grund schlecht zu hören. Wenn die Luft ruhig ist, dann sind dies sehr ruhige Orte, weil sie draußen in der Wildnis liegen, sodass Sie über große Entfernungen leicht hören können.

Ich bin mir sicher, dass auf dem Gipfel eines hohen Berges die Intensität der Schallwellen der Stimmen der Menschen im Vergleich zu normal um einige dB geringer ist. Ich denke jedoch, dass es zwei Tatsachen über das Ohr-Gehirn-System gibt, die dies nicht bemerkbar machen. (1) Das physiologische Lautstärkeempfinden ist außerordentlich komprimiert, in dem Sinne, dass Ihr Ohr-Gehirn-System Schallintensitäten von vielen Größenordnungen aufnimmt und sie zu einem Wahrnehmungsbereich macht, der subjektiv nicht so breit erscheint. (2) Psychische Empfindungen sind leicht zu beurteilen, wenn es einen unmittelbaren Vergleich gibt, dh in einem relativen Kontext, aber viel schwerer, absolut zu beurteilen. Denken Sie an die Augenuntersuchung, bei der sie die Linsen ein- und auswechseln, und fragen Sie, was klarer ist.

Diese Effekte bemerkt man sehr deutlich in der klassischen Unterrichtsdemonstration, wo wir aus einer Glasglocke über einen Lautsprecher einen Ton abspielen und die Luft herauspumpen. Der Effekt ist sehr schwer zu bemerken, bis das Vakuum in der Glocke ziemlich gut wird (vielleicht 90-95% Vakuum). Wenn ich dies für einen Raum voller Schüler mache, bemerken sie im Allgemeinen überhaupt keinen Unterschied, selbst bei 95% Vakuum, bis ich die Luft schnell wieder einlasse, und dann können sie die relative Lautstärke leichter hören, weil es so ist ein schneller Vergleich.