Direkt zum Inhalt

Versuche

Messung der Schallgeschwindigkeit mit der Soundkarte

Hinweis: Auf diesen Versuch brachten uns Frederic Schommer, Wolfgang Kabuß vom LK Physik 12 Gymnasium Korschenbroich

Fast jeder neuere Computer besitzt eine Soundkarte. Damit lassen sich jedoch nicht nur Spiele oder Multimediaanwendungen akustisch untermalen, sondern eine Soundkarte ist auch ein vielseitiges Experimentiergerät. Mit ihrer Hilfe können eine ganze Reihe von Experimenten aus der Akustik, Mechanik und Optik, für die bisher teure Laborgeräte benötigt wurden, auch zu Hause durchgeführt werden. Mit einer Soundkarte, zwei Mikrofonen, einem Knallerzeuger und einem Sharewareprogramm zum Darstellen von WAV-Dateien kann man die Schallgeschwindigkeit bestimmen.

Der Versuch wurde mit dem Programm "Cooledit" (Das etwas ältere Programm Cooledit kann man kostenfrei downloaden unter , ein entsprechendes, ebenfalls kostenfreies aktuelles Programm ist Audacity) und zwei Mikrofonen der Schule, die über einen selbst gebastelten Adapter an die Soundkarte angeschlossen wurde nachvollzogen. Die Mikrofone wurden in einer Entfernung von 2 m voneinander aufgestellt. Dann wurd in der Nähe eines der beiden Mikrofone ein scharfer Knall mit einer Schreckschusspistole erzeugt.

Die Signale der beiden Mikrofone werden dann übereinander dargestellt. Zwischen dem Ansprechen der beiden Mikrofone kann man auf ca. 1/20000 s ablesen. Die Abbildung zeigt die WAV-Datei der beiden Mikrofone übereinander. In der Abbildung gehört das obere "Oszillogramm" zum zweiten Mikrofon, das untere zum ersten Mikrofon. Man sieht deutlich den Einsetzpunkt des Schallsignals. Um die Zeiten genau zu bestimmen wurden die einzelnen Wavedateien herausvergrößert.

Signalankunft am ersten Mikrofon \({t_1} = 1{,}21240\,{\rm{s}}\) bei geeigneter Vergrößerung.
Signalankunft (oben) am zweiten Mikrofon \({t_2} = 1{,}21822\,{\rm{s}}\)bei geeigneter Vergrößerung.

Die Zeitdifferenz beträgt hier \(\Delta t = {t_2} - {t_1} \Rightarrow \Delta t = 1{,}21822\,{\rm{s}} - 1{,}21240\,{\rm{s}} = 0{,}00582\,{\rm{s}}\). Mit  \({\Delta s = 2{,}00\,{\rm{m}}}\) ergibt sich\[v = \frac{{\Delta s}}{{\Delta t}} \Rightarrow v = \frac{{2,00{\rm{m}}}}{{0,00582{\rm{s}}}} = 344\frac{{\rm{m}}}{{\rm{s}}}\]Das Ergebnis weicht von dem Wert \(343\,\frac{{\rm{m}}}{{\rm{s}}}\), der sich bei einer Temperatur von \(20^\circ {\rm{C}}\) ergeben müsste, kaum ab.

Das nebenstehende Bild zeigt einen noch stärker vergrößerten Ausschnitt der obigen WAV-Datei. Die kleinen Quadrate zeigen die einzelnen Messpunkte. Überlege dir, welchen Einfluss die Ungenauigkeit in der Zeitmessung bei dieser Geschwindigkeitsbestimmung auf das Ergebnis hat.