EINFUHRUNG IN DIE AKUSTIK VON FERDINAND TRENDELENBURG DR.PHIL.. HONORARPROFESSOR AN DER UNIVERSITÄT FR E I BUR G I. B R. ZWEITE UMGEARBEITETE AUFLAGE

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1 EINFUHRUNG IN DIE AKUSTIK VON FERDINAND TRENDELENBURG DR.PHIL.. HONORARPROFESSOR AN DER UNIVERSITÄT FR E I BUR G I. B R. ZWEITE UMGEARBEITETE AUFLAGE MIT 280 ABBILDUNGEN SPRINGER-VERLAG BERLIN / GOTTINGEN / HEIDELBERG 1950

2 ISBN ISBN (ebook) DOI / ALLE RECHTE, INSBESONDERE DAS DER "OBERSETZUNG IN J!'REMDE SPRACHE:N, VORBEHALTEN_ COPYRIGHT 1939 AND 1950 BY SPRINGER VERLAG OHG. BERLIN / GOTTINGEN / HEIDELBERG. SOFTCOVER REPRINT OF THE HARDCOVER 2ND EDITION 1950

3 FRAU AENNE TRENDELENBURG GEB. BRÄHLER ZUGEEIGNET

4 Vorwort zur zweiten Auflage. Für die zweite Auflage der "Einführung in die Akustik" wurde die Einteilung des Stoffes beibehalten. Am ersten, die grundlegenden Fragen der Schwingungs- und Wellenlehre behandelnden Abschnitt brauchte naturgemäß nur wenig geändert zu werden. Alle übrigen Abschnitte des Buches wurden im Hinblick auf die schnelle Weiterentwicklung, welche die Akustik seit Erscheinen der ersten Auflage genommen hat, weitgehend umgearbeitet und ergänzt. Eine Reihe von Ziffern wurd~ praktisch völlig neu geschrieben. Der Bearbeitung der Neuauflage standen zunächst große Schwierigkeiten dadurch entgegen, daß die neuere ausländische Literatur 1 schwer Zu beschaffen war. Es wäre nicht möglich gewesen dieser Schwierigkeiten Herr zu werden, wenn dem Verfasser nicht aus dem Ausland auf das freundlichste geholfen worden wäre. Besonderer Dank sei in diesem Zusammenhang Fräulein A. BLEEK, Los Leones (Argentinien), Herrn J;'. A. FIRESTONE, Washington (D. C.), Professor A. GIACOMINI, Rom und Professor A. T. JONES, Northampton (Mass.) ausgesprochen. Eine Reihe von Fehlern der ersten Auflage, auf welche der Verfasser freundlicherweise aufmerksam gemacht worden war, konnte beseitigt werden; besonders wertvoll erwiesen sich kritische Bemerkungen, die der Verfasser Herrn Professor H. BACKHAUS verdankt. Herr Dr.-Ing. W. WILLMS unterzog sich der großen Mühe, die Neuauflage vor der Drucklegung durchzuarbeiten, der Verfasser dankt ihm herzlich für zahlreiche Anregungen. Im April FERDINAND TRENDELENBURG. 1 Auf folgende inzwischen erschienene akustische Bücher sei hier no~h hingewiesen: Lord RAYLEIGH: Theory of SoUnd, New York 1945 (amerikanische Ausgabe, enthält eine von R. B. LINDSAY verfaßte Übersicht über Leben und Wirken des Forschers). - OLSON, H. F.: Elements of Acoustical Engineering 2. Auf I. New York RWHARDSON, E. G.: Sound. 4. Aufl. London WOOD, A.: Acoustics. London BERGMANN, L.: Der Ultraschall und seine AnwendUng in Wissenschaft und Technik. 5. Aufl. Stuttgart ZusammeI:\stellungen über das gesamte neuere akustische Schrifttum sind enthalten in der AkUstischen Zeitschrift (im vorliegendei:\ BUch A. Z. abgekürzt; erschienen bis 1943) Und in dem Journal of the Acoustical Society of America (J. A. S. A. abgekürzt). In den in dieser Zeitschrift enthaltenen, von A. T. JONES besorgtei:\ References to Contemprorary Papers on Acoustics sind, wie noch bemerkt sei, seit 1942 mehr als 6000 einschlägige Arbeiten nachgewiesen.

5 Vorwort zur ersten Auflage. Das vorliegende Buch bezweckt, dem Studierenden eine Einführung in die moderne Akustik zu geben; es soll weiterhin dazu dienen, dem auf einem Spezialgebiet arbeitenden Ingenieur und Wissenschaftler einen Einblick in ihm fernerstehende Gebiete der Akustik zu ermöglichen. Das Buch ist so aufgebaut, daß zunächst die allgemeinen Grundlagen der Schwingungslehre und der Wellenlehre behandelt werden; die theoretischen Darlegungen wurden hierbei in möglichst großem Umfang durch Beispiele aus der akustischen Praxis ergänzt. Die weiteren Abschnitte des Buches behandeln dann Schallfeldgrößen und ihre Messung, Schallerzeugung, Schallausbreitung, Schallempfang und Schallaufzeichnung, Schallanalyse und physikalische Eigenschaften natürlicher Schallvorgänge. Ein Anhang enthält ein Verzeichnis der Benennungen in der Akustik und eine Zusammenfassung wichtiger akustischer Formeln. Der Verfasser war bemüht, eine sachlich knappe Darstellung der modernen Akustik zu bringen; er hielt es aber für angebracht, die sachlichen Darstellungen auch durch einige historische Bemerkungen zu ergänzen. Manche großen Leistungen auf akustischem Gebiet sind bisher in der Allgemeinheit nur wenig bekanntgeworden. Der Verfasser denkt hierbei z. B. an G. S. OHM, welcher die grundlegenden Gesetze des Zusammenhangs von Schallreiz und Schallempfindung fand, und der hierbei zuerst das Fouriertheorem auf dem Gebiet der Akustik anwendete; er denkt auch an WERNER VON SIEMENS, welcher - der modernen Entwicklung um 50 Jahre vorgreifend - das elektrodynamische Telephon erfand und in genialer Weise seine besondere Eignung für klanggetreue Schallübertragung erkannte. Es würde dem Verfasser Freude bereiten, wenn diese Bemerkungen zur Klärung einiger historischer Fragen beitragen würden. Eine gewisse Schwierigkeit bildete die richtige Auswahl des in den Anmerkungen nachgewiesenen Schrifttums. Bei der raschen Entwicklung, welche die Akustik in den letzten Jahren genommen hat, ist es ausgeschlossen, alle akustischen Arbeiten anzuführen. Der Verfasser war aber bestrebt, alle diejenigen Arbeiten in Anmerkungen nachzuweisen, die in unmittelbarem Zusammenhang mit den im Text behan-

6 Vorwort zur ersten Auflage. VII delten Fragen stehen. Bezüglich weiterer Arbeiten sei auf andere einschlägige Werkel verwiesen. Der besondere Dank des Verfassers gebührt dem Leiter des Forschungslaboratoriums I der Siemens-Werke, Herrn Professor GERDIEN, der die vom Verfasser in dem genannten Laboratorium durchgeführten Arbeiten stets auf das wohlwollendste förderte. Im August FERDINAND TRENDELENBURG. 1 Handbuch der Physik 8, Akustik. Berlin Handbuch der Experimentalphysik 17/1, Schwingungs- und Wellenlehre, Ultraschall. Leipzig 1934; 17/2, 3, Technische Akustik. Leipzig MEYER, E.: Beitrag "Akustik" zur Physik i. rege1m. Ber. 2, H. 3, 1 (1934); 6, H. 4, 1 (1938). - TRENDELENBURG, F.: Die Fortschritte der physikalischen und technischen Akustik, 2. Aufl. Leipzig HIEDEMANN, E.: Ultraschall, Ergebn. exakt. Naturw.: 14, 201 (1935). - Literaturzusammenstellung auf dem Gebiet der technischen Mechanik und Akustik. Herausgegeben von W. ZELLER. H. 1 (W. ZELLER) : Wohn lärm. Berlin H. 2 (W. ZELLER) : Boden- und Gebäudeschwingungen, Lärm, Fahrzeugschwingungen. Berlin H.3 (W. ZELLER U. E. BOEDEKER): Fortsetzung von Heft 2. Berlin H. 4 (K. TEGTMEYER u. E. BOEDEKER): Allgemeine Akustik. Raumakustik. Berlin H. 5 (H. W. KOCH U. E. BOEDEKER): Schwingungen im Bauwesen, bci Fahrzeugen und Maschinen. Schwingungs_ messung. Berlin H. 6 (W. ZELLER) : Lärmabwehr. Berlin BRAUNMÜHL, H. J. v., u. W. WEBER: Einführung in die angewandte Akustik. Leipzig BERGMANN, H.: Ultraschall, 2. Aufl. Berlin 1939.

7 Inhaltsverzeichnis. I. Grundlegende Fragen der Schwingungslehre und der Wellenlehre Einfache Schwingungen Zusammengesetzte Schwingungen 4 3. Fourierdarstellung Lissajousschwingungen Freie und erzwungene Schwingungen (Systeme von einem Freiheitsgrad) Schwingungen von Systemen mit nichtlinearen Eigenschaftm Koppelungsschwingungen (Systeme von mehreren Freiheitsgraden) Selbsterregte Schwingungen Wellengleichung. Die verschiedenen Wellenarten Eigenschwingungen von Luftsäulen, Saiten, Membranen, Stäben Einfluß einer Bewegung von Schallquelle oder Schallempfänger. Dopplereffekt II. Schallfeldgrößen und ihre Messung Schalldruck, Bewegung, Schnelle, Temperaturschwankung, Dichteschwankung Frequenz, Wellenlänge, Schallgeschwindigkeit Schallstärke, Schalleistung L9-utstärke III. Schallerzeugung Grundlegende theoretische Bemerkungen zur Schallabstrahlung Mechanische Schallsender, Musikinstrumente Die menschliche Stimme Elektrische Schallsender Thermische Schallsender 163 IV. Schallausbreitung Schallgeschwindigkeit HUYGENssches Prinzip, Reflexion, Beugung, Brechung Schallabsorption Vorgänge, in geschlossenen akustischen Systemen (Resonatoren, Filter, Leitungen) Raum- und Bauakustik V. Schallempfang und Schallaufzeichnung Wirkungsweise und Bauart technischer Schallempfänger Gerichteter Schallempfang Eichung von Schallempfängex( Das Ohr als Schallempfänger Schallanfzeichnung VI. Schallanalyse. Physikalische Eigenschaften natürlicher Schall vorgänge Verfahren zur Schallanalyse..' Physikalische Eigenschaften natürlicher Schallvorgängc 339 VII. Anhang Benennungen in der Akustik Zusammenstellung praktisch wichtiger akustischer Formeln 364 Sachverzeichnis