Was macht das Sturzfluggeräusch, wenn ein Jet über uns hinwegfliegt?

Der Effekt, den Sie bemerkt haben, ist das Ergebnis der Kombination von Doppler-Effekt und Schallabsorption.

Die Schallabsorption in einer Flüssigkeit ist proportional zu

$exp(- \alpha \nu^2 x)$

wo$\alpha$ist eine Dimensionskonstante,$x$ist der zurückgelegte Weg, und$\nu$ist die Tonfrequenz.

In seinem eigenen Bezugssystem gibt das Flugzeug immer den gleichen Ton ab, egal ob es sich dem Beobachter nähert oder entfernt. Aber für den Beobachter ist die Frequenz einer Welle (das ist$\nu_0$im Flugzeugrahmen) scheint$\nu_a = \frac{\nu_0}{(1-v_j/c_s)}$wenn sich das Flugzeug nähert, und$\nu_r = \frac{\nu_0}{(1+v_j/c_s)}$wenn das Flugzeug zurückweicht (hier$c_s$ist die Schallgeschwindigkeit und$v_j$die Geschwindigkeit des Flugzeugs). Dadurch springt die empfundene Frequenz um einen Faktor

$F = \left(\frac{1+v_j/c_s}{1-v_j/c_s} \right)$

Das bedeutet, dass der Absorptionskoeffizient zum Zeitpunkt des Überflugs des Flugzeugs (also$x \approx H$, die Höhe des Flugzeugs über dem Boden), springt ab

$D_a = \exp \left(\frac{-\alpha H \nu_0^2 }{(1-v_j/c_s)^2}\right)$

zu

$D_r = \exp\left(\frac{-\alpha H \nu_0^2 }{(1+v_j/c_s)^2}\right)$

Für typische Werte für die Atmosphäre und die Ausbreitung von Schallwellen darin bedeutet dies:$D_a \ll 1$, während$D_r \approx 1$.

Was also passiert, ist, dass, wenn das Flugzeug grob über uns hinwegfliegt, der Schall von stark absorbiert, insbesondere bei hohen Frequenzen, zu überhaupt nicht absorbiert wird (sein normaler Schall , wie Sie es nennen). Das seltsame Geräusch, das Sie bemerkt haben, ist das, was Sie wahrnehmen, wenn die niedrigeren Frequenzen immer weniger absorbiert werden und sich somit das Klangspektrum ändert.

BEARBEITEN 1 :

Nachdem ich meine Antwort geschrieben hatte, gab DClayton (in einem Kommentar oben) einen sehr wichtigen Hinweis darauf, dass genau dies passiert, als er bemerkte, dass der gleiche Effekt bei Segelflugzeugen auftritt , daher hat er nichts mit Motorgeräuschen zu tun (ich habe dies ignoriert, danke). .

BEARBEITEN 2 :

Es lohnt sich auch zu bemerken, was bei Höhenflugzeugen passiert, wenn man sie vom Boden aus betrachtet: in diesem Fall die zurückgelegte Strecke$x$so groß ist, dass alle für das menschliche Ohr hörbaren Frequenzen absorbiert werden, so dass das Flugzeug von einem nahezu lautlosen Anflug zu einem sehr deutlich wahrnehmbaren Abflug übergeht.

Sie können dies an einem klaren Tag mit hoher Luftfeuchtigkeit in großen Höhen versuchen, wenn überfliegende Jets weiße Kielwasser hinterlassen: Sie werden sie nicht hören können, wenn sie sich nähern (obwohl Sie sie dank des Vorhandenseins des weißen Kielwassers sehen können). , aber Sie können sie leicht hören, wenn sie weggehen, aber denken Sie daran, dass all dies durch die (erhebliche) Zeit verzögert wird, die es dauert, bis Schall den Boden erreicht, was bei 33.0000 Fuß oder mehr von ist 30 Sekunden bestellen. Mit anderen Worten: Etwa 30 Sekunden nachdem der Jet den Punkt passiert hat, der dem Betrachter am nächsten ist, dh 30 Sekunden nachdem er direkt darüber geflogen ist, werden Sie den Geräuschpegel merklich ansteigen hören .

Es gibt mindestens drei Effekte, die dies verursachen können

Doppler-Effekt

Wenn sich eine Geräuschquelle auf Sie zubewegt, hören Sie das Geräusch mit einer höheren Tonhöhe, und wenn sich die Quelle entfernt, hören Sie es mit einer niedrigeren Tonhöhe. Dies kann durch diese Formel beschrieben werden, die das Verhältnis der Frequenzen von Ihnen und der sich mit Geschwindigkeit bewegenden Geräuschquelle aussendet$v$, mit Schallgeschwindigkeit$c$:

$$\frac{f_{heard}}{f_{send}}=\frac{1}{1-\frac{v}{c}}$$

Da Flugzeuge in einiger Entfernung vorbeifliegen, können Sie nicht einfach die Geschwindigkeit des Flugzeugs eingeben, sondern dies:

$$v=\frac{v_{aircraft}\cdot x}{\sqrt{x^2+y^2}}$$ wobei x der horizontale und y der vertikale Abstand zum Flugzeug ist.

Ich habe dies für zwei verschiedene Geschwindigkeiten und mehrere Höhen aufgetragen und die Zeit bis zum Überholen auf der x-Achse aufgetragen:

Dies zeigt, dass die gesamte Frequenzverschiebung für höhere Geschwindigkeiten größer ist und dass die Zeit, die der Sweep benötigt, kürzer ist, je näher das Flugzeug vorbeifliegt. ABER ein Verkehrsflugzeug fliegt nicht mit 270 kt auf 1000 Fuß, sondern mit 135 kt.

Im Allgemeinen muss das Flugzeug in sehr niedriger Höhe fliegen, um einen merklichen Dopplereffekt zu verursachen. Hier ist ein YouTube-Video einer Landung des A320, aufgenommen in der Nähe der Landebahn.

Ich habe andere Effekte wie die Änderung der Schallgeschwindigkeit mit der Höhe nicht berücksichtigt. Auch Marius Matutiae hat inzwischen etwas über Schallabsorption in Luft geschrieben.

Motoren

Was man auch in diesem YouTube-Video beobachten kann, ist, dass man anfangs deutlich ein hohes, kreischendes Geräusch der Fans hören kann, das sich nach dem Vorbeiziehen in ein dumpfes Grollen des Düsenstrahls verwandelt.

Klappen

Die meisten Flugzeuge machen beim Ausfahren der Klappen Geräusche, und ich würde sagen, die Avro RJ100 ist diesbezüglich eines der lautesten Flugzeuge . Der umgekehrte Effekt ist beim Einfahren der Landeklappen zu hören, auch aus dem Flugzeuginneren (2:40)