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
ISBN 978-3-642-53261-0 ISBN 978-3-642-53260-3 (ebook) DOI 10.1007/978-3-642-53260-3 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
FRAU AENNE TRENDELENBURG GEB. BRÄHLER ZUGEEIGNET
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 1950. 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 1947. -RWHARDSON, E. G.: Sound. 4. Aufl. London 1947. - WOOD, A.: Acoustics. London 1947. - BERGMANN, L.: Der Ultraschall und seine AnwendUng in Wissenschaft und Technik. 5. Aufl. Stuttgart 1949. - 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.
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-
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 1939. FERDINAND TRENDELENBURG. 1 Handbuch der Physik 8, Akustik. Berlin 1927. - Handbuch der Experimentalphysik 17/1, Schwingungs- und Wellenlehre, Ultraschall. Leipzig 1934; 17/2, 3, Technische Akustik. Leipzig 1934. - 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 1934. - 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 1933. H. 2 (W. ZELLER) : Boden- und Gebäudeschwingungen, Lärm, Fahrzeugschwingungen. Berlin 1933. H.3 (W. ZELLER U. E. BOEDEKER): Fortsetzung von Heft 2. Berlin 1934. H. 4 (K. TEGTMEYER u. E. BOEDEKER): Allgemeine Akustik. Raumakustik. Berlin 1935. H. 5 (H. W. KOCH U. E. BOEDEKER): Schwingungen im Bauwesen, bci Fahrzeugen und Maschinen. Schwingungs_ messung. Berlin 1936. H. 6 (W. ZELLER) : Lärmabwehr. Berlin 1938. - BRAUNMÜHL, H. J. v., u. W. WEBER: Einführung in die angewandte Akustik. Leipzig 1936. - BERGMANN, H.: Ultraschall, 2. Aufl. Berlin 1939.
Inhaltsverzeichnis. I. Grundlegende Fragen der Schwingungslehre und der Wellenlehre.............. 1 1. Einfache Schwingungen.... 1 2. Zusammengesetzte Schwingungen 4 3. Fourierdarstellung....... 7 4. Lissajousschwingungen..... 14 5. Freie und erzwungene Schwingungen (Systeme von einem Freiheitsgrad).......................... 20 6. Schwingungen von Systemen mit nichtlinearen Eigenschaftm.. 34 7. Koppelungsschwingungen (Systeme von mehreren Freiheitsgraden) 38 8. Selbsterregte Schwingungen................ 42 9. Wellengleichung. Die verschiedenen Wellenarten........ 49 10. Eigenschwingungen von Luftsäulen, Saiten, Membranen, Stäben. 59 11. Einfluß einer Bewegung von Schallquelle oder Schallempfänger. Dopplereffekt........................ 71 II. Schallfeldgrößen und ihre Messung............. 73 12. Schalldruck, Bewegung, Schnelle, Temperaturschwankung, Dichteschwankung............... 73 13. Frequenz, Wellenlänge, Schallgeschwindigkeit 83 14. Schallstärke, Schalleistung 95 15. L9-utstärke................ 97 III. Schallerzeugung.............. 102 16. Grundlegende theoretische Bemerkungen zur Schallabstrahlung 102 17. Mechanische Schallsender, Musikinstrumente 115 18. Die menschliche Stimme 138 19. Elektrische Schallsender 150 20. Thermische Schallsender 163 IV. Schallausbreitung... 166 21. Schallgeschwindigkeit. 166 22. HUYGENssches Prinzip, Reflexion, Beugung, Brechung 179 23. Schallabsorption.................. 208 24. Vorgänge, in geschlossenen akustischen Systemen (Resonatoren, Filter, Leitungen)........... 222 25. Raum- und Bauakustik............... 240 V. Schallempfang und Schallaufzeichnung....... 259 26. Wirkungsweise und Bauart technischer Schallempfänger. 259 27. Gerichteter Schallempfang.. 269 28. Eichung von Schallempfängex( 275 29. Das Ohr als Schallempfänger. 281 30. Schallanfzeichnung...... 305 VI. Schallanalyse. Physikalische Eigenschaften natürlicher Schall vorgänge............... 320 31. Verfahren zur Schallanalyse..'........ 320 32. Physikalische Eigenschaften natürlicher Schallvorgängc 339 VII. Anhang....................... 363 33. Benennungen in der Akustik............ 363 34. Zusammenstellung praktisch wichtiger akustischer Formeln 364 Sachverzeichnis....................... 369