Klausur SS 2003

Fachhochschule Köln
Technische Akustik
Prof. Dr.-Ing. Alfred Schmitz
Klausur SS 2003
Diese Klausur gliedert sich in zwei Teile:
Der Aufgabenteil enthält drei Aufgaben, die mit insgesamt 50 Punkten bewertet
werden.
Der Fragenteil enthält 25 Fragen, die mit jeweils zwei Punkten bewertet werden.
Von jeweils drei Antworten ist nur eine richtig. Um Manipulationen
auszuschließen, wird innerhalb des Fragenteils von der hier erreichten
Punktzahl für jede falsch angekreuzte Antwort ein Punkt abgezogen.
Statistisches Ankreuzen ergibt damit null Punkte. Es darf nur jeweils eine
Antwort angekreuzt werden.
Die Klausur ist mit 50 Punkten bestanden.
Aufgabe 1: (15 Punkte)
Fassade
Gegeben sei ein Wohnraum mit einer Grundfläche von 50 m 2 , einer
Höhe von 2,5 m und einer Nachhallzeit von T= 1s. Auf die Außenfassade
mit einer Breite von 5 m falle eine ebene Welle mit einem
Schalldruckpegel von 75 dB ein.
a.) Berechnen Sie die Intensität der einfallenden Schallwelle.
b.) Wie groß ist die auf die Fassade eintreffende Schallleistung?
c.) Wie groß muss die Schalldämmung der Wand mindestens sein,
damit im Raum der Schalldruckpegel im Diffusfeld nicht über
35 dB ansteigt?

Klausur Technische Akustik SS 2003 11. Juli 2003 Seite 2
Lösung Aufgabe 1: (15 Punkte)
a.) Ebene Welle ⇒ Intensitätspegel = Schalldruckpegel ⇒
Intensität kann direkt aus Schalldruckpegel berechnet werden
L
p
=
L
b.) Schallleistung
I
⎛
= 10 ⋅ lg ⎜
⎝
I
I
B
⎞
⎟
⎠
⇔
I
=
I
B
⋅10
P = I ⋅ S mit S = Fassadenoberfläche
2
S = B ⋅ H = 5m ⋅ 2,
5m
= 12,
5m
2
−5
W
P = 12, 5m
⋅3,
15 ⋅10
= 0,
395mW
2
m
c.) Definition der Luftschalldämmung
⎛ P
R = ⋅ ⎜
L 10 lg
⎝ P
ein
durch
⎞
⎟
⎠
Lp
10 −5
= 3,
15 ⋅10
Pein ist aus b.) bekannt, jetzt Pdurch ausrechnen, dass einen
Schalldruckpegel im diffusen Feld von 35 dB erzeugt.
p =
diffus
p
2
P diffus
ρ0c
⇔ P =
4ρ
0
4
A
s V
A = 0, 163 ⋅
m T
2
= 20,
38 m
pdiffus
L p
20
−5
= p0
⋅10
= 2 ⋅10
N
m
P
durch
=
p
2
diffus
4ρ c
0
⋅ A
=
1,
56
⋅10
2
−8 W
⋅ A
c
⋅10
⇒
35
20
=
R
L
W
m
mit A = Absorptionsfläche
1,
12
⋅10
−3
N
m
⎛ P ⎞ ein
=
10 ⋅ lg ⎜ = 44 dB
P ⎟
⎝ durch ⎠
2
2

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Aufgabe 2: (20 Punkte)
50 m
100 m
25 m
Auf der Laufbahn eines Sportplatzes fährt ein Go-Kart mit einer
konstanten Geschwindigkeit von 50 km/h viele Runden. Die dominante
Frequenz des durch das Go-Kart verursachten Lärms sei 1 kHz. In der
Mitte des Platzes steht ein Zuschauer, der den Rundenfahrten zuschaut.
a.) An welchen Positionen des Go-Karts auf der Bahn sind die
Doppler-Frequenzverschiebungen für den Zuschauer am größten.
b.) Berechnen Sie die niedrigste und höchste wahrgenommene
Frequenz.
Jetzt pfeift der Zuschauer mit einer Frequenz von 2 kHz.
c.) Welche minimale und maximale Frequenz nimmt der Go-Kart-
Fahrer vom Pfiff wahr?

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Lösung Aufgabe 2: (20 Punkte)
a.)
B v0 C
50m
25 m
A D
vradial
vnormal
Jeweils an den Enden der Geraden (Punkte A, B, C, D) sind die
Frequenzverschiebungen am größten, da dort die Normal-
komponente der Geschwindigkeit relativ zum Aufpunkt maximal ist.
Die niedrigste Frequenz herrscht an den Punkten B und C, die
höchste an den Punkten A und D.
b.) Bewegter Sender:
f
f
f
max
min
Doppler
=
=
f
f
1
1
=
f
0
1
⋅
v
1 −
c
1
⋅
v
1 −
c
normal
1
⋅
− v
1−
c
normal
normal
c.) Bewegter Beobachter:
= 1037Hz
= 965Hz
⎛ vnormal
⎞
f min = f 2 ⋅ ⎜1
− ⎟ = 1927Hz
⎝ c ⎠
f Doppler
⎛ − vnormal
⎞
f max =
f 2 ⋅ ⎜1
− ⎟ = 2072Hz
⎝ c ⎠
=
f
0
⎛
⋅ ⎜1
−
⎝
vnormal vradial
v normal
α
v0
25m
α = arctan = 26,
57°
50m
v ⎞
⎟
c ⎠
= v ⋅ cosα
= 12,
42
0
m
s

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Aufgabe 3: (15 Punkte)
Gegeben sei folgendes mechanisches Ersatzschaltbild:
n
n
F
m
w
a.) Vereinfachen Sie das Ersatzschaltbild soweit wie möglich.
b.) Zeichnen Sie das zugehörige elektrische Ersatzschaltbild.
c.) Berechnen Sie die mechanische Eingangsimpedanz.

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Lösung Aufgabe 3: (15 Punkte)
b.)
c.)
a.)
v
n
n
F
F
m
w
w
n
=^
⎛ 1 ⎞
j ⎜ω
m − ⎟
F
ω n
z mech =
= w +
⎝ ⎠
2
v 2 − ω n
m
n
m
n
n
F
w

Klausur Technische Akustik SS 2003 11. Juli 2003 Seite 7
Fragenteil: (25 Punkte)
1. Akustische Transversalwellen gibt es
nur in Flüssigkeiten
nur in Gasen
nicht in Flüssigkeiten und Gasen
2. Der funktionale Zusammenhang zwischen dem Schalldruck und der
Mediendichte ist in Luft
linear
exponentiell
konstant
3. Der akustische Wellenwiderstand hat die Einheit
Ns/m 3
Nm 3 /s
mN/s 2
4. Der Reflexionsfaktor an der Grenzschicht von Wasserstoff zu Luft ist
- 0,58
+0,58
+1
5. Das Schallfeld einer Kolbenmembran auf der Mittelachse
hat immer mehrere Minima und Maxima
kann durch eine Welle aus dem Mittelpunkt und einen gegenphasige
Welle aus dem Randbereich der Kolbenmembran dargestellt werden
besitzt erst ab dem Fernfeldabstand einen konstanten Schalldruck
6. Die Ruhehörschwelle des menschlichen Gehörs ist
nicht messbar
frequenzabhängig
nur nach einer lauten Schalldarbietung (z.B. Diskothekenmusik)
vorhanden

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7. Für die Kugelwellenimpedanz gilt:
Die Kugelwellenimpedanz im Nahfeld des Kugelstrahlers ist
frequenzkonstant.
Der Betrag der Kugelwellenimpedanz ist unabhängig von der
Entfernung zur Quelle .
Die Kugelwellenimpedanz ist für kr >>1 gleich dem Wellewiderstand
einer ebenen Welle.
8. In einer stehenden Welle
sind Schalldruck und Schallschnelle zeitlich in Phase
sind die Schalldruckminima und -maxima nicht ortsfest
ist der mittlere zeitliche Engergietransport = 0
9. Bei einem Querschnittssprung mit einer Halbierung der Querschnittsfläche ist
der Transmissionsfaktor
1,33
0,67
0,33
10. Die subjektive Lautstärke wird verdoppelt bei
Verdopplung des Schalldrucks
Verzehnfachung der Schallintensität
Verdopplung der Schallintensität
11. Für das Richtungshören gilt:
Das Richtungshören in der Medianebene ist nur für monofrequente
Signale möglich.
Die Form der Ohrmuschel macht eine vorne-hinten Unterscheidung
möglich.
In der Horizontalebene werden bei tiefen Frequenzen maßgeblich die
Pegeldifferenzen vom Ohr ausgewertet.

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13. Ein zweifacher Frequenzsprung von einer Quinte und einer Quarte erhöht die
Ausgangsfrequenz um den Faktor:
7/5
2/1
8/9
14. Für die Änderung von Signaleigenschaften gilt:
Ein Änderung des Schalldruckpegels von 3 dB ist gerade noch nicht
hörbar.
Unterhalb von 500 Hz beträgt der wahrnehmbare Frequenzunterschied
ungefähr 3,5 Hz.
Der Phasengang von Lautsprechern ist bei der Wiedergabe im diffusen
Schallfeld besonders gut hörbar.
15. Die Koinzidenzgrenzfrequenz
16. Im-Kopflokalisation
beschränkt den Frequenzgang eines dynamischen Lautsprechers
nach oben
bewirkt eine Verbesserung der Schalldämmung von einschaligen
Bauteilen
liegt bei leichten biegeweichen Bauteilen relativ hoch
tritt bei Lautsprecherwiedergabe immer auf
tritt meist bei Kopfhöhrerwiedergabe nicht-kopfbezogener Signale auf
hilft bei der Ortung von Signalen in der Medianebene
17. Die Umwandlung mechanischer Ersatzschaltbilder in solche mit elektrischen
Bauteilen ist
widerstandstreu und schaltungstreu
widerstandsreziprok und schaltungsreziprok
widerstandstreu und schaltungsreziprok
18. Die Polarisation der Mikrophonkapsel eines Elektretkondensatormikrophons
wird hergestellt durch
eine externe Spannungsquelle
eine externe Stromquelle
zusätzlich auf die Membran einbebrachte Ladungen oder
Ladungsverschiebungen

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19. Für einen nahezu optimal abgestimmten Lautsprecher in geschlossenem
Gehäuse gilt:
Die totale Güte Qt muss ungefähr = 0,7 sein.
Die Resonanzfrequenz liegt in der Mitte des Übertragungsbereiches.
Das Gehäuse sollte so groß wie möglich gemacht werden.
20. Die Luftschalldämmung von doppelschaligen Wänden ist
21. Die Nachhallzeit
immer genauso gut wie die Luftschalldämmung einer Einfachwand
bei der Doppelwandresonanz besonders hoch
bei hohen Frequenzen besser als die Luftschalldämmung einer
gleichschweren Einfachwand
ist die Zeit, die vergeht, bis der Nachhall nicht mehr wahrnehmbar ist
steigt mit zunehmenden Raumvolumen nicht an
ist in Räumen meist frequenzabhängig
22. In einem diffusen Raumschallfeld
kann kein Schalldruck gemessen werden
gibt es keine Vorzugsrichtung
sind nur wenige Moden vorhanden
23. Ein Kondensatormikrophon
wird hoch abgestimmt
hat immer eine achtförmige Richtcharakteristik
hat systembedingt einen sehr welligen Frequenzgang
24. Die Überführung eines mechanischen Ersatzschaltbildes über einen M-
Wandler
ist widerstandstreu und schaltungstreu
ist nur für dynamische Wandler möglich
führt zur Bildung der inversen Schaltung
25. Die Richtcharakteristik einer N-elementigen geraden Strahlerzeile
hat immer 2-N Nebenmaxima
kann nur für hohe Frequenzen berechnet werden
ist bei sehr tiefen Frequenzen kugelförmig