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Langbe vom:
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Verfahren zur Ermittlung und/oder Wiedergabe von Größen aus-Wellenbewegungen
verschiedener Frequenz und/oder von Größen, die sich mit verschiedener Beschleunigung
ändern, die entweder einzeln nacheinander oder sich überlagernd gleichzeitig wirken:
1 - Die Augenblickskrafte aus Druckänderungen oder die Augenblickskräfte zur Erzeugung
dieser Druckänderungen in z.B. Luft/Gasen oder in Wasser/Flüssigkeiten, die auf
ein bestimmtes Flächenelement wirken oder von diesem bewegten Flächenelement in
Luft/Gasen oder in Wasser/Flüssigkeiten erzeugt werden, sind bei Schallwellen nicht
dem, der Schallschnelle proportionalem, Schalldruck 2 - (der im Folgenden Schallschnelledruck
genannt wird) proportional, sondern diese Augenblickskräfte sind der Änderungsgeschwindigkeit
des Schallschnelledruckes, d.h. der Beschleunigung der z.B. das betrachtete Flächenelement
treffenden oder der Beschleunigung der von diesem Flächenelement getroffenen Teilchen
(d.h. der Beschleunigung dieses Flachenelementes) proportional.
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3 - Der jeweilige Quotient aus der Augenblickskraft aus der Schallschnelledruckänderungsgeschwindigkeit,
die auf ein bestimmtes sehr klein gedachtes Flächenelement wirkt, geteilt durch
die Größe dieses Flächenelementes soll in Folgendem mit Beschleunigungsdruck bzw.
mit augenblicklicher Beschleunigungsdruck bezeichnet werden.
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4 - Sollen nun die augenblicklichen Kraftwirkungen und damit notwendigerweise
die augenblicklichen Beschleunigungsdrücke von Schallwellen verschiedener Frequenz,
die an einem Ort einzeln nacheinander oder sich überlagernd gleichzeitig einwirken,
ermittelt werden, dann darf die Tatsache nicht übersehen werden, daß bei der Uberlagerung
von z.B. zweier sinusförmiger 5 - Schallwellen gleichen effektiven Schallschnelledruckes
aber verschiedener Frequenz, die Schallwelle mit der höheren Frequenz f2 gegenüber
der Schallwelle mit der niedrigeren Frequenz r1, als Effektiv- und Spitzenwert eine
um den Faktor "(r2/1)" höhere Beschleunigung und damit auch als Effektiv- und Spitzenwert
einen höheren, der Beschleunigung proportionalen, 6 - Beschleunigungsdruck und ebenso
als Effektiv- und Spitzenwert eine um den Faktor "(r2/r1)" höhere Schallachnelledruckanderungsgeschwindigkeit
"(dPeffekt/dt)"bzw. " (dpmax/dt" hat.
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Diese mathematisch-physikalisch bedingte Tatsache ist nicht nur: 1)
bei der Ermittlung der Kraftwirkungen von Schall auf den Menschen, 7 - zu dessen
Gesundheitsüberwachung, zu beachten und ist auch nicht nur 2) bei der Aufnahme,
Verstärkung und Wiedergabe von Schall zu berücksichtigen, wo das die Überlagerung
mehrerer Schallwellen verschiedener Frequenz beinhaltende und vom Aufnahmemikrophon
fortlaufend gelieferte, dem resultierenden augenblicklichen Schallschnelledruck
proportionale, 8 - Signal (oder eine dazu proportional verlaufende Größe) mit geeigneten
Mitteln nach der Zeit (dt) differentiiert werden muß, bevor dieses Signal oder eine
dazu proportional verlaufende Größe, je nach Wunsch/Erfordernis mehr oder weniger
verstärkt, dem Wiedergabeschallgeber zugeleitet wird, der das vom Mikrophon aufgenommene
Frequenz-9 - spektrum unabhängig von der Frequenz entsprechend dem Klangbild am
Aufnahmeort, unverändert und verhältnisgleich der jeweiligen Schallwellen zueinander,
am Wiedergabeort widergibt, sondern diese Tatsache ist auch 3) in der gesamten Mechanik,
Hydraulik, Elektrotechnik, magnetischen 10 - Technik, Elektronik, Lichtleitertechnik,
Steuerungs- und Regeltechnik, Meßtechnik, Impulstechnik, Datenverarbeitung und bei
der Übermittlung von Größen an andere Orte usw., sowie bei der Aufzeichnung, Speicherung
und Wiedergabe von Musik/Sprache, Informationen und von Daten überall da zu beachten,
wo mit Trägheit und/oder 11 - Verluste "bei mechanischen Systemen mit Masse und/oder
Reibung und bei elektrischen Systemen mit Kapazitäten, Induktivitäten und/oder Energie
verbrauchende Widerstände" "behaftete" sich zeitlich ändernde Größen anfallen, von
mit Trägheit 12 - behaftete Bauglieder weiterverarbeitet und/oder so weitergeleitet
oder wiedergegeben werden sollen, daß deren relative Größe und Phasenlage zueinander
erhalten bleiben muß oder die Beibehaltung der relativen Größe und Phasenlage zueinander
angestrebt wird.
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Wenn man von einem z.B. auf der Ebene mit sich dauernd ändernder 13
- Geschwindigkeit hin und her fahrenden Schienenfahrzeug aus, ein zweites, im vorgegebenen
Abstand zu diesem ersten Fahrzeug fahrendes, gleichartiges Fahrzeug so iernsteuen
will, daß dessen Vor und Rückantrieb und dessen Bremsen bewirken, daß dieses zweite
Fahrzeug das gleiche Weg-Zeit-Diagramm, wie das erste Fahrzeug
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- durchläuft, und das zweite Fahrzeug seine Bewegungen nur um die Zeit verzögert
ausführt, die die Befehlssignale der Fernsteuerung zur Befehlsübermittlung zur Wirkgröße
im zweiten Fahrzeug benötigen. Dann darf die das zweite Fahrzeug beschleunigende
oder bremsende Schubkraft nicht proportional der Geschwindigkeit des ersten Fahrzeuges
erfolgen.
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15 - Sondern die Beschleunigung des ersten Fahrzeuges ist die zu übertragende
und die Beschleunigung des zweiten Fahrzeuges bestimmende Größe, wenn das Weg-Zeit-Diagramm
des zweiten Fahrzeuges dem des ersten Fahrzeuges entsprechen soll und nur durch
die Befehlsübertragungszeit verzögert seine Bewegungen durchführt.
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16 - Bei der Aufnahme und Wiedergabe von Tönen mutet man uns derzeit
immer noch zu, daß die Schallschnelle (die Geschwindigkeit der bewegten Teilchen)
am Authahmeort die Beschleunigung am Wiedergabeort steuert, was zur Folge hat, daß
vom wiederzugebenden Schallvellenfrequenzspektrum die wiederzugebende Schallwelle
mit der höchsten 17 - Frequenz te, relativ zur Schallwelle mit der niedrigsten Frequenz
f1, am Ausgang des Wiedergabeverstärkers im Verhältnis der Frequenzgrößen (f2/f1)
weniger verstärkt in Erscheinung tritt.
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Dieser vorgenannte international gegebene derzeitige "Stand der Technik",
der die alte "wissenschartliche Erkenntnis" mißachtet, 18 - daß man beim Gleichlauf
zweier Anlagen die Beschleunigung der zweiten Anlage nicht proportional der Geschwindigkeit
von der ersten Anlage steuern darf, macht es erforderlich, daß bei den derzeitigen
Verstärkern zur Wiedergabe der Wirkgrößen aus Wellenbewegungen verschiedener Frequenz,
die einzeln nacheinander oder sich überlagernd 19 - gleichzeitig wirken, vom zu
übertragenden Frequenzspektrum, die Wellen mit der niedrigeren Frequenz durch Bauglieder
entweder geschwächt, oder die Wellen mit der höheren Frequenz relativ höher verstärkt
werden müssen (was derzeit nur unzulänglich gelingt und deshalb mit Verzerrungen
verbunden ist), wenn z.B. eine Musiküber-20 - tragung am Ausgang einer Ubertragungs-
oder Wiedergabeanlage wenigstens einigermaßen dem Originalklangbild entsprechen
soll.
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Will man z.B. vom Schall in Luft/Gasen oder in Wasser/Flüßsigkeiten
die Beschleunigung der vom Schall bewegten Teilchen oder dazu proportionale Größen
an einem Ort ermitteln, eo sind diese meßtechnisch
21 - nicht leicht
zugänglich. Dagegen sind der augenblickliche Schallschnelledruck "p" und damit die
ihm proportionale Schallschnelle "v" meßtechnisch leichter zugängliche Größen.
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Differentiiert man nun den zeitlichen Verlauf des Schalischnelledruckes
(dp/dt) einer Schallwelle oder eine dazu proportionale Größe (z.B. den zeit-22 -
lichen Verlauf der Schallschnelle dv/dt") nach der Zeit "dt", so erhält man eine
der augenblicklichen Schallbeschleunigung "a" proportional verlaufende Größe.
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überlagern sich an einem Ort z.B. Schallwellen verschiedener Frequenz
und/ oder andere dort einwirkende sich ändernde Druckgrößen in Luft/Gasen oder 23
- in Wasser/Flüssigkeiten, so sind der am betrachteten Ort während eines bestimmten
Augenblicks herrschende augenblickliche resultierende Schalls chnelle druck und
dessen zeitlicher Verlauf meßtechnisch erfaßbare Größen.
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Aus den allgemeinen Regeln der Mathematik über die Ableitung 24 -
(Differentiation) von Summen und Differenzen ergibt sich: "Eine Summe wird differentiiert,
indem man die Summanden einzeln differentiiert und addiert." Man erhält aber auch
die resultierende Ableitung (das resultierende Differential) aus den sich überlagernden
Einzelfunktionen, wenn man diese 25 - nicht einzeln dirferentiiert und addiert,
sondern wenn man vor der Differentiation die Summe bildet und diese jeweilige Summe
der Augenblicks-Werte und deren zeitlichen Verlauf (nach der Zeit) differentiiert.
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Dies kann nun zeichnerisch, rechnerisch oder instrumentell mit dazu
geeigneten Geräten usw. z.B. an den resultierenden Augenblickswerten und 26 - deren
zeitlichen Verlauf oder an einer dazu zeitlich'proportiona1 verlaufenden Größe erfolgen.
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Die Beachtung der Notwendigkeit der Differentiation zur Ermittlung
und/ oder Wiedergabe von Größen aus Wellenbewegungen verschiedener Frequenz und/oder
von Größen, die sich mit verschiedener Beschleunigung ändern, 27 - die entweder
einzeln nacheinander oder sich überlagernd gleichzeitig wirken, wird nicht nur auf
den in den vorgenannten Positionen 1) bis 3) genannten Fachgebieten den Bau von
frequenzunabhängig oder weitgehend frequenzunabhängig verstärkenden Verstärkern
erleichtern, sondern dadurch werden auch die durch den derzeitigen Stand der Technik
zwangs-
28 - häufig verursachten sogenannten linearen (frequenzabhängigen)
Vererrungen verringert oder gar vermieden.
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Die übertragbare Frequenzbandbreite eines Verstärkers wird derzeit
bekanntlich durch die linearen Verzerrungen begrenzt. Die Begrenzung der Bandbreite
eines mit linearen Verzerrungen behafteten Verstärkers, der z.B. mit 29 - dem Verstärkungsfaktor
# = 100000 das Tonfrequenzspektrum von ft 2 16 Hz bis f2 = 16000 Hz verstärken soll,
ergibt sich dadurch, daß dieser die Amplitude des Schallschnelledruckes der Schallwelle
mit f1 = 16 Hz mit dem vollem Verstärkungsfaktor < = = 100000-fach verstärkt,
dagegen aber die Amplitude des Schalischnelledruckes der Schallwelle mit 30 - der
höchsten Frequenz f2 des Schallwellenspektrums nur noch mit dem Verstärkungsfaktor
<2= ax (f1/f2) ~ 100000 x 16/16000 = 100-fach verstärkt.
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Daraus ersieht man, wie notwendig bei der derzeitigen Schallschnelledruckverstärkung
die Aufteilung des zu verstärkenden Frequenzspektrums 31 - in möglichst viele Bänder
ist und wie notwendig die verschiedenen Bänder mit dem gleichen Verstärkungsfaktor
verstarkt werden müssen, wenn die resultierende Wiedergabe (z.B. auch über verschiedene
Lautsprecher) das musikalische Gehör nicht allzusehr verletzen soll. Durch diese
hier vorgeschlagene Differentiation und Verstärkung der Beschleunigung der 32 -
zu übertragenden Größen verschiedener Frequenz werden diese "linearen Verzerrungen"
vermieden, wodurch die Begrenzung der übertragbaren Frequenzbandbreite wegfällt.
D.h. der Weg zum Bau von Breitbandverstärkern ist hiermit freigemacht.
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Auch die derzeit gemäß DIN 45633, Blatt 1, erfolgende Schallschnelle-33
- druckmessung in "dB-Einheiten" und die derzeitige Frequenzbewertung der Wirkung
des Schalls auf den Menschen, durch den derzeit international anerkarinten unzulänglichen
Verlauf der "A"-Bewertungskurve und auch der darauf basierende § 15 "Schutz gegen
Lärm" der Arbeitsstättenverordnung des Bundesministers für Arbeit und Sozial-34
- ordnung in der BRD, werden geändert werden müssen.
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Die Ermittlung der Schallwirkungen proportional der Beschleunigung
der dadurch in Luft/Gasen bewegten Teilchen und damit proportional der Kraftwirkung
aus diesem Schall auf den Menschen, wird es auch ermöglichen nun zuverlässiger als
bisher zu ermitteln, wie weit sich der
9' - nichthörbare Schall,
wie z.B. der Infraschall und der Schall aus groben Strukturen von Gebäuden (der
sich sehr oft keiner Frequenz zuordnen läßt und deshalb der derzeitigen frequenzabhängigen
"A"-Bewertung bei der Messung des dadurch verursachten Schallschnelledruckes weitgehend
oder ganz entzog) auf die Volksgesundheit auswirkt, indem er z.B. Kopfschmerzen
und Kreislauf-36 - störungen und damit Herzkrankheiten verursacht und als Stressor
wirkt.
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Der von den derzeitigen Schallschnelledruckmeßgeräten nicht erfaßte
Teil des für den Menschen nichthörbaren Schalls, der aber von einigen Tieren wahrgenommen
wird, ist ganz offensichtlich die Ursache, daß Verhaltensforscher am Verhalten dieser
Tiere mit einiger Wahrscheinlichkeit Erdbeben vorhersagen 37 - können.
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Vielleicht ermöglicht die hier vorgeschlagene Ermittlung der Schallwirkungen
proportional der vom Schall verursachten Augenblickskrafte auch die bessere Messung
dieses für den Menschen nichthörbaren, aber von diesen Tieren wahrgenommenen, Teils
des Schalls (der z.B. auch im Grundwasser gemessen werden 38 - könntel), der durch
leichtere Erschütterungen der festen Erdkruste vor dem eigentlichen Erdbeben verursacht
wird. Woraus sich dann durch Anwendung dieser hier vorgeschlagenen mobilen Schsllmeßtechnik
auch an jedem beliebigen Ort einfacher eine zuverlässigere Erdbebenvorhersage aufbauen
ließe.
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Die auf unsere Erde (und ebenso auf andere Planeten einwirkenden und/oder
39 - im Erdinneren entstehenden dauernd sich ändernden Kräfte und die daraus resultierenden
Spannungen auch in der festen Erdkruste und die daraus entstehenden Druckstöße werden
von den dichter gepackten (z.B. mit Grundwasser gefüllten) Erdschichten besser zur
Erdoberfläche hin übertragen. Auch unterirdische Wasserläufe in wasserführenden
Schichten und z.B. unterirdische 40 - Wasserquellen können solche Druckstöße erzeugen
und/oder zur Erdoberfläche hin übertragen und in der die Erdoberfläche angrenzenden
Luft Schall erzeugen.
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Die Messung dieser Schallkomponente in der Luft gemäß dem hier vorgeschlagenen
Verfahren sollte es ermöglichen, Orte mit geringer Wassertiefe und/ 41 - oder unterirdischen
Wasserquellen aufzufinden.
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Auch sei hier noch auf die Möglichkeit der Anhebung der Amplitude
von höherfrequenten Wellenbewegungen gegenüber den niederfrequenteren Wellen eines
Frequenzspektrums proportional der Frequenz hingeviesen. So kann z.B.
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die Wirkung von Induktivitäten, d.h. die Wirkung von elektrischen
Spulen,
42 - deren P3indwiderstand (Rx = #L = 2#fL) mit der Frequenz
zunimmt und somit die dadurch verursachte Schwächung der Amplituden von Wellenbewegungen
höherer Frequenz relativ zu den Amplituden von den Wellen niedrigerer Frequenz eines
diese Spule passierenden Wellenspektrums mit Hilfe dieser Differentiation (die auch
mehrfach erfolgen kann) je nach Wunsch/ 43 - Erfordernis kompensiert werden.