Im Rahmen eines Theaterprojektes zum Thema Hören bin ich auf das Phänomen Gegenschall gestoßen, d.h. dass die Möglichkeit besteht ein Geräusch aufzuheben oder zu minimieren, indem man Schallwellen dieses Geräusches genau berechnet und Gegenschallwellen produziert. Wäre es möglich dieses Experiment auf der Bühne darzustellen oder ist dazu ein Hochleistungsrechner erforderlich?
Sagen wir mal, theoretisch ist es möglich. Bereits angewendet wird es z.B. in Kopfhörern von Piloten etc.
Das Prinzip ist einfach, die Umsetzung mehr als kompliziert. Theoretisch muss nur der gleiche Schall mit der gleichen Amplitude, aber entgegengesetzter Phase erzeugt werden. Allerdings ist die dieser Schall an jeder Position im Raum unterschiedlich in der Zusammensetzung und unterschiedlich in der Richtung. Wenn man in der Lage ist, das zu beherrschen, kann man „Gegenschall“ erzeugen. Deshalb funktioniert es auch nur wrilkich im Kopfhörer, da der Schall dort drin nur eine Richtung hat: vom Außenohr zum Innenohr.
Im freien Feld ist es also nahezu unmöglich, mit vertretbaren Mitteln solch einen Gegenschall zu erzeugen, der den Ursprünglichen Schall eliminiert.
gegenschall muss IN ECHTZEIT erzeugt werden und 1:1 dem urschall entsrechen. digitale systeme haben da meistens eine latenz. du musst auch keinen schall berechnen, da du ja den originalschall auffängst um ihn zurück zu schmeißen.
in der regel muss du ein (oder hundert) mikrofone an ein (oder hundert) lautsprecher anschließen, die dem ankommenden schall (den du auslöschen willst) analog entgegenwirken. achtung, schallauslöschung funktioniert nicht in allen frequenzen gleich, am besten du machst ein kleines experiment. musikalische grüße
Hallo Naka,
das Problem an der experimentellen Darstellung von Gegenschall / Antischall ist, dass die Akustik im Alltag nicht aus unverfälschten Sinustönen besteht sondern aus einer Überlagerung mehrerer Töne.
Hinzu kommt, dass Schall an Wänden etc. reflektiert wird; im Idealfall müsste daher nun der Gegenschall in genau gleicher Weise (und um 180° versetzt) ausgesendet werden.
Experimente zur Darstellung der geräuschmindernden Interferenz gibt es allerdings.
Nachfolgend ein paar Links, die auch Versuchsaufbauten einschließlich des benötigten Equipments beschreiben.
http://www.dlr.de/schoollab/Portaldata/24/Resources/…
http://matheraum.de/forum/Antischall_Schallausloesch…
http://www.physik.uni-regensburg.de/musik/Poster/ant…
http://schulphysikwiki.de/index.php/Interferenz;_%C3…
Ansonsten gilt weiterhin: Bei Fragen fragen.
Beste Grüße
Thomas Gestrich
Ich bin jetzt kein Experte auf diesem Gebiet, insbesondere was die praktische Anwendung anbelangt. In der Praxis dürfte das allerdings schwierig sein.
Wenn Du ein beliebiges Geräusch einfach so per „Gegenlautsprecher“ dämpfen willst - vergiss es. Das ist eine höchst komplexe Angelegenheit, die von einer Vielzahl von Faktoren abhängt: Genaue Position der Schallquelle (die ja oft auch nicht punktförmig ist), genaue Position der „Gegenschallquelle“, Position der Zuhörer, Reflexionen von den Wänden … und natürlich müssen die Schallwellen dann auch noch exakt „spiegelbildlich aussehen“. In Flugzeugtriebwerken, die dieses Prinzip anwenden, sind daher auch zahlreiche „Lautsprecher“ eingebaut, nicht nur einer.
Wird der Schall über einen Lautsprecher erzeugt und durch einen exakt daneben liegenden Lautsprecher „ausgelöscht“, dann sieht das vielleicht etwas besser aus, wirkt aber natürlich bei Weitem nicht so eindrucksvoll. Und ob das in der Praxis unter Theaterbedingungen funktioniert - keine Ahnung.
Was funtkionieren könnte: Du leihst Dir einen Kopfhörer mit integriertem „Gegenschall“ aus und setzt den der Reihe nach den Leuten auf. Irgendwo im Raum Musik spielen lassen und dann den „Gegenschall“ ein- und ausschalten. Sollte funktionieren - ob das aber im Rahmen Deines Theaterprojektes praktikabel ist, weiß ich nicht.
Nabend!
Es kommt drauf an was du mache willst.
Auf Physikunterricht-niveau geht das schon.
Wenn man einen einzelnen Ton erzeugt, wie z.B. den einer Stimmgabel kann man den Schall als Sinusfunktion darstellen.
Bei einer Stimmgabel ist die Frequent 440Hz, also 440 Schwingungen pro Sekunde…
Der Schall wird genau dann anihiliert wenn der zweite Ton un eine halbe Schwingung phasenverschoben ist, wenn du also zwei Stimmgabeln im abstand von genau 1/880s anschlägst 
Das klappt nicht mit Stimmgabeln, aber mit Software, bei der du die Schwingung verschieben kannst.
Also eine Stimmgabel anschlagen, einen Computer nen Ton von 440Hz erzeugen lassen und dann die Phase langsam verschieben bis es still wird.
Dann schwingt die Stimmgabel b und man hört wieder den zweiten Ton.
Die frage ist was du darstellen willst, das oben beschriebene passt nicht grade ins Theater!
Anschaulicher ist es vielleicht mit Bass!
Bei Streichinstrumenten bzw. beim Zupfen kann man ja die Schwingung der Saite direkt sehen!
Noch anschaulicher, aber nicht mehr ganz so akustisch sind trommeln!
Die Membran erzeugt einen Luftstoß (in richtung publikum) der von einem zweiten Luftstoß abgefangen werden kann. dadurch wird er (hinter dem zweiten Trommler, der direkt vor dem Publikum sein müsste) unhörbar.
Erfordert genaues Timing. allerdings bedeuten 20Hz (tiefste hörbare Frequenz) eine Größenordnung von 1/20s, was man schon eher hinbekommt als 1/880 
Hallo Naka, die klare Antwort auf deine Frage lautet „Jein“.
Ja, es gibt sowas wie „Schallauslöschung“, sowas nennt man in der Physik „destruktive Interferenz“.
http://de.wikipedia.org/wiki/Interferenz_%28Physik%29
Kurz gesagt zwei Wellen gleicher Frequenz und gleicher Amplitude treffen sich genau mit einer halben Wellenlänge Versatz und die Summe ist genau Null. Soweit die Theorie.
In der Realität funktioniert das Ganze nur für eindimensionale Schallausbreitung, also Schall in Rohren oder Kanälen: http://www.youtube.com/watch?v=q0QgaaF1yfs
oder bei den aktiven Kopfhörern von Sennheiser weil unser Ohr im Grunde auch ein kleiner Kanal ist.
Das Ganze nennt sich dann ANC (Active Noise Control) und funktioniert wirklich gut.
Jetzt kommt das Nein: ANC funktioniert nur gut bei stationären tonalen Geräschen, also z.B. ein Lüfter rotiert mit 3000 1/min = 50 Hz und hat 6 Fügel, dann hört man Töne mit 50 x 6 =300Hz, 600 Hz und 1200 Hz usw. Diese kann man sehr gut mit synthetischen erzeugten Tönen (Sinustönen) überlagern und am Ende des Kanal ist es leiser.
Das Dumme ist nur das in offenen Räumen, wie einem Theater, die Schallausbreitung nicht eindimensional sondern dreidimensional ist. Das heisst die Schallwellen breiten sich von der Schallquelle Kugelförmig in alle Richtungen aus, selbst wenn das Geräusch stationär wäre, z.B. ein Sinuston von einem Lautsprecher, so würde man es nur lokal zu einer Verringerung des Schallpegels bringen. es entsteht ein sog. Interferenzmuster
http://www.leifiphysik.de/sites/default/files/medien…, an einigen Stellen wird es leiser, dafür wird es an anderen Stellen lauter. Diesen Effekt kann du ganz einfach mit zwei PC-Lautsprechern auf deinem SChribtisch darstellen, wenn du beien Lautsprechern ein 1000Hz Ton vorgibst und diese dann um das Vielfacher ein halben Wellenlänge (ca. 17cm) auseinanderstellst, dann kannst du mit dem Kopf laute und leiser Stellen zwischen den lautsprechern ausmachen. Vor Publikum geht sowas am Beispiel Lüfter, Lautsprecher und einem Kanal oder Rohr. Alles andere ist dann Laborphysik mit 100.000€ Equipment.
Gruss Steffen
Gegenphasige signale lassen sich nur aufwendig produzieren, das im Rahmen eines Bühnenexperiments zu zeigen wird nicht möglich sein.
Hallo NaKa
Das Phänomen Gegenschall nennt man Interferenz und man kann darüber im Internet detailliert nachlesen.
Vorerst ist zu bemerken, dass sich für ein Experiment nur ein reiner Sinuston eignet, da ganz normale Geräusche aus vielen Einzeltönen zusammengesetzt sind. Jeder einzelne Ton hat eine eigene Frequenz, d.h. eine eigene Wellenlänge. Mit speziellen Prozessoren können die einzelnen Tonfrequenzen eines Geräusches so überlagert werden, dass sie sich gegenseitig aufheben.
Bei einem Einzelton, das mit einem Tongenerator, evtl. auch mit speziellen Audioprogrammen erzeugt wird, kann mit 2 gegengerichteten Lautsprechern eine Überlagerung theoretisch durch Verschieben der Lautsprecher erfolgen.
Selbst habe ich das Experiment nie ausgeführt oder erlebt.
Die beiden Links sind nur ein Beispiel für die große Zahl im Internet:
http://www.heide-park-forum.de/index.php?topic=5183…
http://www.physik.uni-regensburg.de/infra/vorlvorb/V…
Ich hoffe, die Ausführung hat ein wenig Klarheit gebracht
Hallo,
da fehlt noch ein wenig an zusätzlichen Informationen, wie dieses Bühnenevent stattfinden soll. So benötige ich Aussagen über
- 1 einfacher konstanter Ton oder variable Signale (Sprache/Musik)???
- 1 lokale fixe Schallquelle oder bewegte Quelle, bei Bewegung => wie schnell???
- bei mehreren Quellen, welche Art Sprecher/Sänger/Instrument/Lautsprecher???
- in welchen Bereichen des Raumes soll die Schallauslöschung bemerkbar sein lokal oder ganzer Raum???
Diese Fragen sind erst einmal zu klären, bevor man an die Lösung der Aufgabe heran kann, denn die Lösungswege sind von diesen Eingangsparametern extrem abhängig.
Ich bin auf die weiteren Infos sehr gespannt!!!
Helmut
Hallo,
da ich sehr gespannt bin, ob man das Experiment auf der Bühne zeigen kann, schnell die Antworten:
- ein einfacher konstanter Ton als Schallquelle.
- lokale, fixe Schallquelle (Art der Quelle egal, das was am einfachsten geht, um das Experiment am besten darzustellen)
- wenn möglich Schallauslöschung für alle Zuschauer hörbar, d.h. im Zuschauerbereich gegenüber der Schallquelle (Zuschauer sitzen auf einer Breite von ca. 10m).
Liebe Grüße
NaKa
Guten Tag,
unter diesen Bedingungen würde ich eine kostengünstige Variante vorschlagen, die aber dafür etwas persönlichen Einsatz benötigt.
Ich stelle mir eine Box mit EINEM Lautsprecher vor. Dieser bekommt das Signal über einen Verstärker zugeführt. Der Verstärker sollte für die Zuhörer deutlich sichtbar sein und während der Vorführung sollte dieser nicht berührt werden - damit man glaubwürdig bleibt, also keinen Stereo-Verstärker.
Das zugeführte Signal wird vor Eintritt in den Verstärker gesplittet und einem zweiten Verstärker zugeführt - getrennt, vielleicht auch weit entfernt vom ersten aufstellen. Dieses Signal einer weiteren baugleichen Box zuführen. Die zweite Box steht direkt neben-unter-über der ersten Box. Der Trick besteht nun darin, dass dieser zweite Lautsprecher genau umgedreht in der Polung an den Verstärker angeschlossen wird = die Kabel z.B. rot/schwarz vertauschen.
Damit wird erreicht, dass die Membran des zweiten Lautsprechers nach hinten geht, wenn der erste sich nach vorne bewegt also entgegengesetzte Bewegungen.
Es kann sein, dass ein „Anti“-Lautsprecher wegen räumlicher Bedingungen nicht ausreicht - dann müssen 4 baugleiche Lautsprecher um den ersten herum sehr nahe dran aufgestellt werden. Diese 4 müssen in sich gleich gepolt und verkehrt zum ersten angeschlossen sein.
Als Lautsprecher-Chassis eignen sich hier schon recht preisgünstige Modelle, da ja keine qualitativ hochwertigen Signale abgestrahlt werden sollen.
Auf diesem Wege wird in einfachster Art die Anti-Schallquelle erzeugt.
Für komplexere Aufgaben müßte mindestens 1 Mikrofon aufgestellt werden, dessen Signal in einen Mess-Regel-Verstärker eingegeben werden, damit die Anti-Schall-Lautsprecher entsprechend nachgeregelt werden. Der nächst-komplexere Schritt wäre dann ein Computer, der die Raumsituation „lernen“ muß , um daraus dann die Signalstärke und deren Phasenlage für unterschiedliche Bereiche des Raumes zu berechnen. Gibt es mittlerweile käuflich zu erwerben, aber die Kosten sind recht heftig.
Abschließend sei nochmals erwähnt, dass es einiger vorbereitender Maßnahmen bedarf, um diesen einfachen Weg zu beschreiten - also nicht einfach so adhoc mal eben aufgestellt werden kann.
Bei weiteren Fragen => melden
MfG
Helmut