Übertragen niederfrequente Töne wirklich längere Distanzen?

Es ist allgemein bekannt, dass tiefe Frequenzen längere Strecken zurücklegen. In der Tat ist der Bass wirklich das, was Sie hören, wenn der Nachbar seine HiFi-Anlage laut spielt (Woom Woom). Versuchen Sie, die Leute herumzufragen, viele von ihnen glauben, dass leise Geräusche längere Entfernungen übertragen.

Aber meine Erfahrung ist nicht so einfach. Im Speziellen:

  • Wenn ich neben jemandem stehe, der laute Musik über Kopfhörer hört, höre ich die hohen Töne (tchts tchts), nicht den Bass.
  • Wenn ich neben einem unverstärkten Plattenspieler sitze (die Platte dreht sich, aber die Lautstärke ist ausgeschaltet), höre ich hohe Töne (tchts tchts), nicht den Bass.

Bei sehr schwachen Tönen scheinen sich hohe Frequenzen also weiter auszubreiten?

Das lässt mich denken, dass tiefe Frequenzen vielleicht keine größeren Entfernungen tragen, aber die sehr hohe Amplitude des Basses in den Lautsprechern meines Nachbarn kompensiert das. Vielleicht schwingen auch die tiefen Frequenzen mit den Wänden des Gebäudes mit? Wahrscheinlich macht auch das Medium, durch das der Schall wandert, einen Unterschied? Oder werden hohe Frequenzen vielleicht mehr von Wänden reflektiert als tiefe Frequenzen?

Ich habe dieses ziemlich niedliche High-School-Experiment online gefunden, das zu dem Schluss zu kommen scheint, dass niedrige und hohe Frequenzen so weit reisen, aber gibt es nicht Gesetze, die Physiker vor Jahrhunderten darüber geschrieben haben?

Sie verwechseln hier mehrere Dinge (kann die Frage in 2 geteilt werden?). Was Sie hören, wenn Sie in der Nähe des unverstärkten Plattenspielers sitzen, wird hauptsächlich durch die Empfindlichkeit Ihres Ohrs für verschiedene Frequenzen bestimmt, nicht durch Ausbreitungsphänomene (sehen Sie sich das Diagramm an: diracdelta.co.uk/science/source/t/h/threshold%20of%20hearing /… ).

Antworten (5)

Tragen tiefe Frequenzen weiter als hohe Frequenzen? Ja. Der Grund hat damit zu tun, was den Ton stoppt. Wenn es keine Dämpfung (Absorption) gäbe, würde Schall einem umgekehrten quadratischen Gesetz folgen.

Denken Sie daran, Schall ist eine Druckwellenschwingung von Molekülen. Immer wenn Sie Molekülen einen "Schub" geben, verlieren Sie etwas Energie an Wärme. Aus diesem Grund geht Schall durch Erwärmung des Mediums verloren, durch das er sich ausbreitet. Die Dämpfung von Schallwellen ist in den meisten Materialien frequenzabhängig. Siehe Wikipedia für die technischen Details und Formeln der akustischen Dämpfung.

Hier ist ein Diagramm der Schalldämpfung bei unterschiedlichen Frequenzen (unter Berücksichtigung von atmosphärischem Druck und Feuchtigkeit):

Schallabsorption bei verschiedenen Frequenzen

Wie Sie sehen können, werden tiefe Frequenzen nicht so gut absorbiert. Dies bedeutet, dass niedrige Frequenzen weiter reisen. Diese Grafik stammt aus diesem äußerst detaillierten Artikel über die Schallausbreitung im Freien .

Ein weiterer Effekt, der die Schallausbreitung beeinflusst, insbesondere durch Wände, Kopfhörer und andere relativ harte Oberflächen, ist die Reflexion. Reflexion ist auch frequenzabhängig. Hohe Frequenzen werden besser reflektiert, während niedrige Frequenzen die Barriere passieren können:

Schallfrequenzübertragung versus Reflexion

Dies und die frequenzbasierte Dämpfung sind der Grund, warum niederfrequente Töne viel leichter durch Wände zu hören sind als hochfrequente.

Frequenzlautstärke in Kopfhörern: Die obige Beschreibung gilt für Geräusche, die sich entweder über große Entfernungen ausbreiten oder anderweitig stark gedämpft werden. Kopfhörer beginnen bereits bei so niedrigen Intensitäten, dass sie nicht lange genug zurücklegen, damit die Dämpfung ein dominierender Faktor ist. Stattdessen spielt die Frequenzgangkurve des menschlichen Ohrs eine große Rolle bei der wahrgenommenen Lautstärke.

Die Kurven, die den Frequenzgang des menschlichen Gehörs zeigen, werden Fletcher-Munson-Kurven genannt :

Fletcher-Munson_Kurven

Die roten Linien sind die modernen ISO 226:2003-Daten. Alle Geräusche entlang einer Kurve sind von "gleicher Lautstärke", aber wie Sie sehen können, müssen niedrige Frequenzen viel intensiver sein, um genauso laut zu klingen wie höherfrequente Töne. Selbst wenn die niedrigen Frequenzen Ihr Ohr erreichen, ist es für Sie schwieriger, sie zu hören.

Der Klang von Kopfhörern wird durch die Schwierigkeit verstärkt, Kopfhörer mit gutem Niederfrequenzgang herzustellen. Bei Lautsprechern können Sie die Aufgabe der Frequenzerzeugung auf einen Subwoofer, einen Mitteltöner und einen Hochtöner aufteilen. Für niedrige Frequenzen sind Subwoofer groß und haben einen Resonanzraum, was bei Kopfhörern, die auf kleinem Raum einen großen Frequenzbereich erzeugen müssen, einfach keine Option ist. Selbst ein guter Kopfhörer wie der Sennheiser HD-650 kämpft mit tieferen Frequenzen :

Kopfhörer Frequenzgang

Wenn es sich also so anhört, als ob hohe Frequenzen mit Kopfhörern weiter transportiert werden, liegt das daran, dass Kopfhörer niedrige Frequenzen schlecht erzeugen und Ihr Ohr sie schlecht aufnehmen kann.

Spielt die Beugung nicht auch eine Rolle? Bässe haben eine Wellenlänge von etwa der Größe der Objekte und Wellenleiter auf ihrem Weg, während höhere Töne zunehmend tiefer in den Bereich der Strahlenoptik fallen.
@EmilioPisanty Beugung ist mit ziemlicher Sicherheit ein Faktor, es scheint jedoch schwierig zu sein, abzuschätzen, wie viel von einem Faktor ist, insbesondere bei der Variation von Kopfhörern und anderen Raumkonfigurationen. Sie haben jedoch Recht, dass Wellen mit niedrigerer Frequenz im Allgemeinen stärker gebeugt werden.
Nett. Jetzt, da Sie dreimal so viele Effekte in Betracht gezogen haben, wie eine gute Antwort rechtfertigen würde, hier noch ein weiterer zum Nachdenken :) Jedes echte Medium wird streuende und streuende Effekte haben. Dispersion bedeutet insbesondere, dass sich die Gipfel einer Schallwelle etwas schneller ausbreiten als die Täler, was zu einer Versteilerung der Wellenform führt (dh Verschiebung der Leistung zu höheren Frequenzen), was letztendlich zu einem hydrodynamischen Schock führt. Ich frage mich, auf welcher Längenskala das auftritt, aber vielleicht ist es eine separate Frage wert.
@ChrisWhite: Solche Effekte sind sicherlich in vielen Anwendungen relevant, aber sie sind kaum messbar für hörbare Geräusche in der Luft bei Pegeln, denen Sie Ihre Ohren sicher aussetzen können ...
Es scheint, dass Konturen gleicher Lautstärke nicht wirklich damit zusammenhängen, warum wir nur hohe Frequenzen hören, wenn wir Kopfhörer nicht direkt kontaktieren. Sehen Sie, wir hören ohne Probleme niedrige Frequenzen, wenn wir die Kopfhörer aufsetzen, aber je weiter die Kopfhörer von den Ohren entfernt sind, desto mehr scheint der Ton den Gehalt an niedrigen Frequenzen zu verlieren.
@ user10851: Ja, dieses Phänomen ist ziemlich gut bekannt, aber die (Entfernungs-)Skala, in der dies passiert, ist sehr groß, daher glaube ich, dass leftaroundabout richtig ist, wenn ich sage, dass es in den meisten Luftschallanwendungen nicht leicht zu beobachten ist.

Zusätzlich zu den in Brandon Enrights hervorragender Antwort gemachten Punkten müssen Sie berücksichtigen, dass Schallquellen keine wirklich idealisierten Punktquellen sind. Je nach Anwendung können Sie den oder die Lautsprecher so formen, dass Sie Zylinderwellen oder Dipolwellen oder Abschnitte einer Monopolwelle ... oder eine Kombination aus mehreren Mustern haben .

Normale Kopfhörer sind im Grunde Dipollautsprecher, und besonders für Bassfrequenzen (Wellenlänge viel größer als die Lautsprecher) beschreibt dies ihr Verhalten gut. Die Amplitide nimmt also ab ∝ 1 / r 4 . Bei höheren Frequenzen haben sie auch einige Monopolkomponenten, die langsamer abklingen, mit dem bekannten umgekehrten Quadrat. Wenn Sie also aus der Ferne zuhören, hören Sie hauptsächlich diese Höhenfrequenzen und wenig oder gar keine Bässe. OTOH, beim Tragen der Kopfhörer gibt es kaum einen Unterschied, da Sie sich im Nahfeld befinden, wo keiner der Frequenzbereiche wesentlich abgefallen ist.

Mehr Details hier könnten nützlich sein - wie groß ist eine typische Kopfhörer- (oder Ohrhörer-) Membran? Kann eine Membran wirklich Monopolklang erzeugen? Wie weit reicht das Nahfeld? Und natürlich gehorchen, wie unten erwähnt, im Fernfeld alle Frequenzen dem Gesetz des umgekehrten Quadrats.
@akrasia: Das Nahfeld umfasst das Trommelfell (oder zumindest den Gehörgang: Sobald Sie in einem Wellenleiter sind, funktioniert sowieso alles anders!). Das ist im Grunde alles, was hier relevant ist, und es folgt leicht aus der effektiven Größe des Zwerchfells: größer als der Abstand zu den Ohren. Ohrstöpsel befinden sich direkt im Gehörgang, für diese ist es also offensichtlich wahr.

Eine andere Sache, die Sie glauben lassen kann, dass niederfrequente Geräusche schneller gedämpft werden, ist, dass Sie feststellen, dass, wenn Sie sich einmal in der Nähe des Mikrofons und ein anderes Mal weiter weg aufzeichnen, Sie feststellen werden, dass je weiter Sie entfernt sind, desto mehr die niedrigsten Frequenzen werden abgeholt. Dies ist auf den Nahbesprechungseffekt zurückzuführen und nicht darauf, dass niederfrequente Töne gedämpft werden.

http://en.wikipedia.org/wiki/Proximity_effect_(audio)

Entschuldigung, aber Sie haben das genau falsch verstanden. Der Nahbesprechungseffekt bedeutet, dass niedrigere Frequenzen aufgenommen werden, je näher Sie sind, nicht je weiter entfernt. Deshalb versuchen sie in Film und Fernsehen, die Leute so nah wie möglich zu nehmen. Es gilt auch nicht für alle Mikrofone – es hängt von ihrer Richtcharakteristik ab.

Was hören wir in einiger Entfernung von einer Autobahn? Wir hören das tiefere Rumpeln, das gegenüber den höheren Tönen verstärkt wird. Wenn wir in der Nähe der Autobahn sind (vielleicht ein paar Häuserblocks) und durch eine Betonschallwand getrennt, hören wir hauptsächlich das tiefere Rumpeln. Mr. Enrights Antwort spricht die erste an, lehrte uns viel und beantwortete die grundlegende Frage. Der zweite ist auf die Schallbeugung an der Wand zurückzuführen.

Aus Wikipedia (Wellenlängen): "Die Wellenlängen der für das menschliche Ohr hörbaren Schallfrequenzen (20 Hz–20 kHz) liegen somit zwischen ungefähr 17 m bzw. 17 mm." Die niederfrequenten Töne biegen sich über die Wand und kehren zum Boden zurück. In Wandnähe ist es ruhiger als abseits. Meine Erfahrung ist, dass diese Funktion von Lärmschutzexperten oder örtlichen Behörden nicht anerkannt wird.

Beugung über größere Entfernungen tritt auch aufgrund von Änderungen in der Dichte der Luft auf. Quellen wie Autobahnlärm oder Eisenbahnpfeifen können je nach Standort des Empfängers stark variieren. An meinem Standort mit direktem Blick auf eine Autobahn kann das Geräusch von "nicht wahrnehmbar" auf überraschende 65 dB wechseln.

Welle trägt Energie immer unendlich weit. Die Energie des Schalls kann sich aus vielerlei Gründen über eine Entfernung hinweg in jeder Frequenz mit der gleichen Geschwindigkeit auflösen

Niedrigfrequenzwellen tragen nicht "weitere Entfernungen" als Hochfrequenzwellen. Aber es kann weniger Probleme haben, sich auf Dinge auszubreiten. Niedrigere Frequenzwellen neigen dazu, größere Objekte mit geringerer Absorption oder Reflexion zu passieren. Wenn also in einer solchen Situation die Umgebung viele Hindernisse hat, kann die niedrigere Frequenz weiter wandern als die höhere Frequenz

Eigentlich geht es um Wellenlänge. Sowohl Schall als auch Licht haben die gleiche Art der Wellenlängenausbreitung. Längere Wellen tendieren dazu, durch Objekte hindurchzugehen, die größer als die Länge der Welle sind

Aber die Wellenlänge ist proportional zum Kehrwert der Frequenz, also ist die Aussage "eigentlich geht es um die Wellenlänge" gleichbedeutend mit der Aussage, es geht um die Frequenz
@BinaryFunt Wenn es sich um eine Schallwelle handelt, kann die Geschwindigkeit variieren, sodass es in jeder Situation die gleiche Frequenz, aber eine unterschiedliche Wellenlänge sein kann und umgekehrt. Und ich habe eigentlich die Vorstellung vereinfacht, dass die Größe (der Welle) mit der Größe (des Objekts) übereinstimmt, um zu bestimmen, ob sie durchläuft oder nicht. Sich vorzustellen, dass die Frequenz mit der Größe des Objekts zusammenhängt, ist nicht so intuitiv
Luft ist ein nicht-dispersives Medium, daher ändert sich die Schallgeschwindigkeit nicht mit der Frequenz. Und unabhängig davon, selbst wenn er sich durch ein dispersives Medium ausbreitet, sind die Dämpfung und Absorption von Schall andere Prozesse als die Dispersion, so dass die Tatsache bleibt, dass niederfrequenter Schall weniger gedämpft und weniger absorbiert wird
Übertragen niederfrequente Töne wirklich längere Distanzen?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v