Es ist wahrscheinlich zumindest theoretisch bis zu einem gewissen Grad möglich, aber Sie benötigen ein ziemlich großes Instrument. Oder besser gesagt, ein ziemlich großer Reflektor.

Wenn sich Schall frei im dreidimensionalen Raum ausbreitet, nimmt er ungefähr quadratisch mit der Entfernung ab. Der einfachste Weg, um zu sehen, warum, ist wahrscheinlich, sich eine große Kugel um die Schallquelle vorzustellen und zu erkennen, dass der Ton um die ganze Kugel herum gleich laut klingen sollte. Da die Fläche der Kugel wie das Quadrat des Radius r zunimmt, muss die Lautstärke also wie 1/r^2 abklingen. Dies ist jedoch freier Raum, und jede Art von reflektierenden Materialien könnte dies erschweren.

Wahrscheinlich ist das einfachste Beispiel, eine große Mauer zu bauen; Wenn wir uns eine ideale Wand vorstellen (wie ich es fortan für alle Oberflächen tun werde), verdoppelt ihre Reflexion die Lautstärke des Schalls in der Richtung außerhalb der Wand, aber sie würde immer noch mit der Entfernung abklingen.

Wenn wir uns in einem sehr breiten Gebäude mit einem Boden und einer niedrigen Decke befinden, könnten wir das gleiche Argument wie oben verwenden, um zu sehen, dass die wahrgenommene Lautstärke entlang eines Kreises gleich sein sollte und daher wie 1/r abfällt. Obwohl dies immer noch abnimmt, ist dies eine enorme Verbesserung, wenn die Entfernung groß ist.

Damit unser Instrument lauter klingt, wenn wir uns entfernen, müssen wir es besser machen. Betreten Sie die Ellipse !

Eine Ellipse im mathematischen Sinne ist eine genau definierte geschlossene Kurve mit vielen interessanten Eigenschaften. Das Interessante für uns ist, dass es zwei sogenannte Brennpunkte hat: Wenn etwas, wie Licht oder Ton, an einem der Brennpunkte emittiert wird, prallt es von den Wänden ab und kommt zusammen, um sich am anderen zu fokussieren. Dies gilt unabhängig von der Länge der Ellipse.

Dies gibt uns eine erste Antwort auf Ihre Frage: In einem elliptischen Raum mit dem Instrument in einem Brennpunkt könnte sich eine Zuhörerin wegbewegen und zunächst hören, wie die Lautstärke abklingt, um sich dann wieder zu erhöhen, wenn sie am anderen Brennpunkt ankommt.

Nun, ich nehme an, Sie wollen, dass das draußen funktioniert. Die wichtigste Beobachtung ist, dass Sie ein Segment der Ellipse wegnehmen könnten und dennoch den Schall von dem abprallen lassen, was übrig bleibt, um ihn auf den anderen Brennpunkt zu fokussieren! Für den Zuhörer in der Mitte zwischen den Punkten wird die meiste Schallenergie sozusagen um ihn herum gehen.

Wenn Sie sich nur um die Lautstärke in einer Richtung kümmern, ist dies ziemlich einfach.

Zweite Antwort : Machen Sie einen großen (10 m?) schüsselartigen Reflektor und platzieren Sie Ihre Schallquelle am nächsten Brennpunkt.

Für große Entfernungen wird dies einem Parabolreflektor sehr ähnlich sein , jedoch mit dem wichtigen Unterschied, dass der reflektierte Schall nicht "parallel", sondern fokussiert wäre. Für einen sehr nahen Zuhörer ist der Ton laut. Beim Entfernen wird es zunächst leiser, nimmt dann aber mit Annäherung an den Fokuspunkt zu.

Nun, ich nehme an, Sie würden es vorziehen, wenn dies in jede Richtung funktioniert. Ich bin mir nicht sicher, wie machbar das tatsächlich wäre, aber hier geht es:

BEARBEITEN: Ich habe die dritte Antwort aktualisiert und bin viel zuversichtlicher, dass es jetzt funktionieren könnte. Der alte "Pilz" aus meiner vorherigen Antwort wird durch eine andere Form ersetzt, die vielleicht eher der Unterseite einer "Blume" ähnelt.

Dritte Antwort: Bauen Sie eine große runde Decke mit folgender Form: Der Querschnitt hat die Form von Segmenten zweier sich schneidender Ellipsen mit einem gemeinsamen Brennpunkt auf derselben Höhe, auf der das Instrument erklingen würde (vorzugsweise in Bodennähe, um so viel Reflexionsgewinn zu erzielen möglichst von unten) in der Mitte. Der andere Brennpunkt würde einen Kreis um den Spieler bilden. Wie ich es gezeichnet habe, wäre der "Fokusring" am Boden, aber Sie möchten wahrscheinlich die Ellipsen neigen, um den Ring auf Ohrhöhe zu bringen.

Sie könnten sogar mit einem Reflektor davonkommen, der klein genug ist, um fast tragbar zu sein! Je mehr von dem elliptischen Bogen Sie abdecken, desto mehr Verstärkung in der Nähe des Rings. Die meisten Reflexionen finden in der Nähe der Mitte statt. Wenn Sie also eine bestimmte Größe erreicht haben, gewinnen Sie nicht enorm, wenn Sie sie nur ein bisschen größer machen (bis die Kante dem anderen Brennpunkt nahe kommt). Die in meinem Bild gezeigten Proportionen sollten a ergeben wahrnehmbarer Effekt, solange er groß genug ist, dass ein Großteil des Klangs über die Köpfe der Zuschauer in der Nähe hinausgeht.

Wenn Sie sich nur für bestimmte Richtungen interessieren und insbesondere wenn Sie eine tragbare Lösung wünschen, ist meine zweite Antwort wahrscheinlich die relevanteste. Es könnte weiter angepasst werden, je nachdem, welchen Kontext Sie genau im Sinn haben.

Ja – aber nur, wenn sich die Sterne akustisch ausrichten.

Das ist also ein sehr zusammengebrautes Setup, aber hoffentlich vermittelt es die Idee dessen, was passiert.

Ein am gelben Punkt gespieltes Instrument, das von einem Zuhörer am grünen Punkt beobachtet wird, hört man von den beiden roten Punkten, die die Öffnungen in der Wand sind.

Da die Geometrie nicht perfekt ist – der Ton legt eine etwas kürzere Strecke zu einer Seite um einen genauen Betrag zurück, wenn die Wellenformen am grünen Punkt wieder zusammenkommen, sind sie phasenverschoben und heben sich gegenseitig auf. Dies führt zu einer deutlichen Reduzierung der Lautstärke einer bestimmten Frequenz, die aufgrund des Glücks bei den Messungen genau die Note ist, die in dem Stück, das das Instrument gerade spielt, am meisten betont wird.

ZB beim mittleren C muss der Abstand vom gelben zu den beiden roten Punkten um ca. 66cm unterschiedlich sein.

Wenn der grüne Beobachter die Linie entlang geht, wird die Phasendifferenz weniger signifikant und die scheinbare Lautstärke wird lauter und lauter, gegen Ende der Linie wird sie leider wieder leiser. Aber für ein Stück seiner Reise wird es zunehmen.

Was Sie beschreiben, sieht aus wie das akustische Äquivalent eines optischen Verstärkers.

Wie funktioniert ein optischer Verstärker?

Sie benötigen ein Medium mit invertierter Besetzung, was bedeutet, dass sich alle seine Moleküle in einem angeregten Zustand befinden, und Sie benötigen einen Lichtstrahl, der durch das Medium wandert. Die Photonen des Lichtstrahls induzieren eine stimulierte Emission im aktiven Medium und daher werden auf dem Weg weitere Photonen hinzugefügt. Da Sie keinen Hohlraum haben, um die Frequenz auszuwählen, verstärken Sie im Grunde alle Wellenlängen im Strahl: Je mehr der Strahl im invertierten Medium zurückgelegt hat, desto mehr Photonen wurden ihm hinzugefügt, und die Intensität wächst exponentiell sein.

Mir ist kein allgemeines Mittel zur Erzeugung einer invertierten Population im akustischen Bereich bekannt, daher kann das, was Sie beschreiben, streng genommen nur passieren, wenn Sie eine Kombination aus Mikrofonen und Lautsprechern verwenden.

Sie benötigen eine elliptische Schüssel, die einen zweiten Brennpunkt hat, der weit von der Rauschquelle entfernt ist, und einen Block, der zwischen der Quelle und dem Beobachter sitzt.

Wenn der Beobachter direkt auf der anderen Seite des Blocks steht, hört er nichts, wenn der Block und die Schüssel perfekt sind. Wenn es nur ein teilweiser Block ist, werden sie ein Geräusch hören, wenn sie nahe sitzen. Wenn sie sich entfernen, verlassen sie die durch den Block erzeugte tote Zone und beginnen, mehr Geräusche zu hören. Wenn sie sich dem Brennpunkt nähern, wird der Ton lauter und lauter. Sobald sie den Brennpunkt passiert haben, wird es wieder ruhiger.

Man braucht also kein spezielles Instrument, sondern ein spezielles Setting. Unabhängig davon, welches Instrument sie halten, muss der Musiker vor einer gekrümmten Oberfläche sitzen, die den Klang auf das Publikum fokussiert. Diese Oberfläche könnte ein tragbarer Satz von Holzplatten sein, die sich zu einem Reflektor von etwa 10 Fuß Durchmesser oder so zusammenfügen, oder sie könnte ein dauerhaftes Merkmal einer Bühne sein.

Mit konventioneller Physik, nein. Einfach deshalb, weil die Schallwelle, sobald sie in Ihrem Beispiel von der Saite erzeugt wird, in das umgebende Medium zerstreut wird.

Jedoch...

Wenn Sie bereit sind, ein Instrument zu verwenden, das die Lautstärke beibehält , je weiter Sie davon entfernt sind, dann gestatten Sie mir freundlicherweise, Ihnen zwei Konzepte vorzustellen: die Stroh-Geige und die Sprechröhre.

Die Stroh-Geige ist ein Instrument, das den Klang eines Saiteninstruments verstärkt und projiziert und den Klang durch eine Röhre und ein Horn kanalisiert. Die Schwingungen der Saiten aktivieren eine Grammophonmembran, deren Ton dann vom Horn verstärkt wird.

Die Sprechröhre ist ein Instrument, das Schall über eine Distanz transportiert, indem er durch eine Röhre geleitet wird.

Ihr Instrument verbindet einfach die beiden Teile miteinander: Ersetzen Sie die Fackel des Horns durch ein langes Rohr und fügen Sie dann ein Grammophonhorn am Ende des langen Rohrs hinzu. Schallwellen, die einmal von der Membran emittiert wurden, breiten sich durch die Länge der Röhre aus, ohne sich zu zerstreuen und ohne großen Energieverlust.

Das Geräusch scheint mit zunehmender Entfernung lauter zu werden, einfach weil es lauter ist als das Geräusch, das sich ohne Unterstützung durch die Umgebungsluft ausbreitet.

Eine einzelne Welle wird an der Quelle immer am lautesten sein, aber es gibt Optionen:

Leiten Sie den Ton über das Publikum: Ein Instrument, das dies tut, wenn es in einem großen Saal oder von einem speziellen Pavillon gespielt wird, könnte so konstruiert sein, dass es den Ton von einer hohen Decke abprallt, während die direkte Übertragung stummgeschaltet wird. Der Ton in Bodennähe ist in einem bestimmten Radius vom Instrument am lautesten und wird leiser, wenn Sie sich nähern, bis Sie sich direkt darüber befinden.

Schummeln und Ultraschall verwenden: Während das Design selbst anachronistisch wäre, sollte ein nicht elektronischer Richtlautsprecher möglich sein. So etwas wie eine verstellbare Hundepfeife konnte lange vor seiner Zeit konstruiert werden. Das gibt Ihnen die Möglichkeit, Ultraschall mit einer kontrollierten Frequenz zu erzeugen. Ein mechanischer Aufsatz wandelt den Quellton in zwei unhörbare Ultraschallwellen um, die auf ein Ziel gerichtet werden. Wenn die Wellen mit dem Ziel kollidieren, bildet sich eine hörbare Welle bei der Differenzfrequenz. Passen Sie die Wellenfrequenzen an und richten Sie die Wellen auf das richtige Ziel, und der Ton sollte scheinbar von diesem Ort ausgehen.

Ihr Instrument ist der Raum

Wir wissen, dass ein griechisches Amphitheater ein Wunderwerk der Akustik ist: Bei richtiger Aufstellung gibt es Stellen auf der Bühne, an denen ein Flüstern zu hören ist, als ob der Redner neben dem Zuhörer stünde, dieser aber etwa 50 Meter entfernt ist! Durch die gerade Rückwand und die schüsselartige Form der Ränge entsteht eine konstruktive Resonanz von der Rednerposition zum Zuschauerraum.

Jetzt können Sie einen Raum auch so gestalten, dass Schallwellen, die zuvor ausgetreten oder in die vorderen Ränge geleitet worden wären, jetzt stärker in die hinteren Ränge geleitet werden. Mit dem richtigen Setup erhalten zunächst die hinteren Reihen einen gleichen Klang wie die vorderen, und mit strategisch platzierten Reflektoren nach oben können die hinteren Reihen mehr Lautstärke bekommen als die vorderen Reihen.

Die vordere Hälfte der unteren Hälfte dieses Reflektoraufbaus reflektiert den Schall nach oben in die Schüssel, die dann den Schall in den angezeigten oberen Bereich rechts fokussiert - die allererste Schallwelle wird dreimal innerhalb der Schüssel reflektiert, bevor sie am oberen Rand endet der profitierende Sektor, der auf jene Wellen trifft, die aus der Mitte des unteren Reflektors kommen . Wenn der Weg, den der Schall zurücklegen muss, ein Vielfaches der Wellenlänge des Schalls ist, dann erhalten wir eine positive Welleninterferenz und als Ergebnis nimmt die Amplitude (die wir als Lautstärke empfinden) zu. Wenn die Schallwellen aber so kommen, dass es ein ungeradzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge ist, dann bekommen wir einen Punkt, an dem sich diese Schallwellen auslöschen – und dieser Punkt ist plötzlich still.

Schallakustik ist wirklich schwer zu korrigieren, aber die alten Griechen haben es geschafft, ihre Amphitheater ohne Computer und Kenntnisse der zugrunde liegenden Physik zu bauen! Wir haben mehr als 1000 Jahre gebraucht, um dieses Meisterwerk der Tontechnik nachzubilden.

Erstellen Sie einen Dichtegradienten in der Atmosphäre über Ihnen, indem Sie sorgfältig kontrollierte Temperatur und Feuchtigkeit verwenden, der Schallwellen bricht und nach unten beugt. Strahlen Sie Ihren Sound in die Luft. In der Nähe des Instruments (in Bodennähe) ist es leise und wird weiter entfernt lauter. Sie könnten dasselbe unterirdisch tun und seismische Wellen nach oben brechen.

Oder bauen Sie ein kreisförmiges Instrument, das das Publikum vollständig umgibt. Die Klänge werden zur Mitte hin konzentrierter, weiter weg vom Instrument.

Oder bauen Sie das Instrument auf einen sehr hohen vertikalen Turm, der so phasenverschoben ist, dass sich die Wellen in der Nähe des Fußes des Turms aufheben, aber weiter außen verstärkt werden.

Es ist möglich, für bestimmte Sinusfrequenzen das Stehwellenprinzip zu verwenden. Der Ton wird in Pfeilspitzen periodisch lauter und in Knoten einer stehenden Welle leiser. Der Abstand zwischen reflektierenden Oberflächen und Wänden in Gebäuden muss für Frequenzen angepasst werden, und die Position des Zuhörers muss auf Pfeilpunkte fokussiert werden. Dies ist für niedrige Frequenzen und lange Wellen wirksam. Hohe Frequenzen haben kurze Wellen, für die die Strahlakustik bei der Lösung eines solchen Problems besser geeignet ist, wie @EdvinW zeigt.

Ein weiteres Prinzip, das wirklich möglich ist, ist der Dichtegradient, früher ansteigen von @Nullius in Verba bewegen sich langsamer in Bodennähe und schneller in der Luft, was zu einer Beugung der Schallwellen zum Boden führt, die sich in einiger Entfernung von der Quelle fokussieren.Dies kann in der Spätsommerdämmerung in einer Entfernung von etwa 2-10 km vom Konzertort beobachtet werden und ist meistens bei niedrigen Frequenzen hörbar schlägt.

Bei beiden Lösungen ist der Ton an der Quelle am lautesten, wenn kein elektrisches Verstärkergerät verwendet wird.