Was! Die magische Muschel ist tatsächlich ein „Live-Streaming-Experte“?

Machen Sie einen Spaziergang am Strand, heben Sie eine Muschel auf, die von den Wellen an den Strand getragen wurde, und halten Sie sie an Ihr Ohr, um dem Rauschen des Ozeans zu lauschen. Wenn Ihnen jemand eine hornartige Muschel gibt, ist das, als würde er Ihnen ein Stück blaues Meer schenken. Sie können jederzeit und überall der Meeresbrise und der brandenden Flut lauschen und jederzeit und überall „Sie mögen den salzigen Geruch der Meeresbrise, wenn Sie auf den nassen Sand treten“ summen und „mit Blick aufs Meer, blühende Frühlingsblumen“ sagen. Es ist superromantisch, daran zu denken!

Ist die Muschel also der Phonograph des Meeres? Ist das Geräusch, das wir jederzeit und überall durch die Muschel hören, wirklich das Geräusch des Ozeans?

Bildquelle: Institut für Akustik, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Die Praxis ist das einzige Kriterium zur Prüfung der Wahrheit.

Wir legen unsere Finger zusammen und biegen sie in eine halbgeschlossene konkave Form, oder wir nehmen eine Tasse, eine kleine Schüssel oder ein anderes Gefäß, halten es an unser Ohr und lauschen leise, und wir können auch das Rauschen des „Meeres“ hören . Diese Container stammen nicht aus dem Meer. Könnte es sich bei dem Geräusch, das von ihnen ausgeht, dennoch um das Rauschen des Meeres handeln? Natürlich nicht. Dann ist das Geräusch, das man aus der Muschel hört, natürlich nicht das Rauschen des Meeres.

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Ist das Geräusch, das Sie aus der Muschel hören, das Geräusch von fließendem Blut?

Manche Leute sagen, dass das Geräusch, das man aus der Muschel hört, das Geräusch von fließendem Blut sei, weil das Geräusch von fließendem Blut verstärkt wird, wenn man die Muschel ans Ohr hält.

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Lassen Sie uns noch ein kleines Experiment machen. Als dieselbe Person in derselben Klangfeldumgebung gebeten wurde, sich im Normalzustand und nach anstrengender körperlicher Betätigung eine Muschel anzuhören, war zwischen den beiden Klängen kein offensichtlicher Unterschied festzustellen. Der Ton wurde durch anstrengende Übungen weder schärfer noch lauter, was darauf hindeutet, dass es sich bei dem Ton in der Muschel nicht um das Geräusch des im menschlichen Körper fließenden Blutes handelt .

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Woher kommt der Klang der Muschel?

Woher also kommen die Geräusche, die man in Muscheln und ähnlichen kleinen Behältern hört?

Wir können dies auch mit einem kleinen Experiment überprüfen. Suchen Sie sich mehrere Kapseln unterschiedlicher Größe und führen Sie sie langsam an Ihre Ohren heran. Wenn die Öffnung der Tasse eine bestimmte Stelle Ihres Ohrs berührt, können Sie ein Geräusch hören, das dem „Meer“ ähnelt. Wenn Sie Tassen unterschiedlicher Größe verwenden, sind die Geräusche, die Sie hören, leicht unterschiedlich.

Je größer die Tasse, desto tiefer der Klang; Je kleiner die Tasse, desto klarer der Klang. Das Geräusch, das wir hören, entsteht durch die Filterung der Umgebungsgeräusche durch die Tasse . Zu diesem Zeitpunkt kann die Tasse als ein Klangfilter betrachtet werden, der fachmännisch als Filter bezeichnet wird.

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Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Klang der Muschel nicht das Rauschen des Meeres ist, sondern das durch die Muschel gefilterte Geräusch der Schallfeldumgebung . Wenn Sie am Meer dem Klang einer Muschel lauschen, hören Sie hauptsächlich das gefilterte Rauschen des Ozeans. Wenn es sich bei dem Schallfeld nicht um das Meer handelt, ist das, was Sie aus der Muschel hören, nicht das Rauschen des Meeres.

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Conch ist ein Experte für Live-Übertragungen

Das Meeresrauschen in der Muschel stammt nicht aus ihrem ursprünglichen ökologischen Gedächtnis, sondern ist eine Live-Übertragung der aktuellen Klangumgebung. Die Live-Übertragung von Conch basiert auf einem in der Physik weit verbreiteten Phänomen – der Resonanz . Resonanz bezieht sich auf zwei Objekte, die mit der gleichen Frequenz schwingen. Wenn ein Objekt vibriert, verursacht dies auch Vibrationen beim anderen Objekt. In der Akustik wird Resonanz als „Resonanz“ bezeichnet und bezeichnet das Phänomen, dass ein Objekt durch Resonanz Geräusche erzeugt.

Muschelhörner, kleine Schalen, Tassen usw. sind physikalische Systeme, die leicht Resonanzen hervorrufen. Wenn die Tonfrequenz mit der Eigenfrequenz des Hohlraums übereinstimmt, tritt eine Resonanz auf, die den Ton verstärkt . Wenn Sie es zu diesem Zeitpunkt an Ihr Ohr halten, können Sie das Rauschen des „Meeres“ hören.

Wenn die Frequenz der Stimme des Schauspielers mit der Eigenfrequenz des Glases übereinstimmt, zerbricht das Glas aufgrund der Resonanz. GIF-Quelle: „Auf in die Zukunft“

Eine Stimmgabel zur Demonstration des Resonanzphänomens. Bildquelle: Institut für Akustik, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Der Helmholtz-Resonator , der 1850 vom deutschen Physiker und Biologen Hermann von Helmholtz entwickelt und benannt wurde, ähnelt im Prinzip dem Hören des Meeresrauschens durch eine Muschel. Das Designkonzept des Helmholtz-Resonators besteht darin, durch das Prinzip der Resonanz Töne unterschiedlicher Frequenzen oder Töne in Geräuschen oder Musik zu unterscheiden.

Die ursprüngliche Form des Helmholtz-Resonators ist ein Behälter mit einem dünnen Hals oder einer kleinen Öffnung. Der Schall in der Umgebung verursacht Luftstörungen und die elastische Verformung der Luft führt zu Druckänderungen, die die Luftsäule am dünnen Hals oder der kleinen Öffnung des Behälters hin und her bewegen. Dieser kontinuierliche Schwingungsprozess erzeugt Ton. Sowohl die Muschel als auch der Helmholtz-Resonator haben eine kleine Öffnung und einen großen Hohlraum und ihre Prinzipien der Tonerzeugung sind dieselben. In gewissem Sinne kann die Muschel als ein „Experte“ für Live-Übertragungen in der Natur betrachtet werden. Es filtert nicht nur Umgebungsgeräusche, sondern verstärkt auch den Schall.

Schematische Darstellung eines Helmholtz-Resonators. Bildquelle: Institut für Akustik, Chinesische Akademie der Wissenschaften

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Vom Hören des „Meeres“ von Muschelschalen bis zu antiken akustischen Anwendungen

Das Prinzip der Schallresonanz wurde im alten China angewendet.

Bereits zu Beginn der Zeit der Streitenden Reiche wurde in „Mozi·Beixue“ die Verwendung von Resonatoren zur militärischen Verteidigung beschrieben: Man grub in regelmäßigen Abständen einen tiefen Brunnen unter der Stadtmauer, vergrub einen Krug mit großer Öffnung und kleiner Mündung, bedeckte die Mündung des Krugs mit dünnem Leder und stellte ihn dann in den Brunnen. Schicken Sie Leute mit feinem Gehör an die Öffnung des Gefäßes, um dem Geräusch zu lauschen und so die Richtung des feindlichen Tunnels zu bestimmen und dann einen Gegenangriff zu starten. Dieses zur Verteidigung einer Stadt geeignete Gerät wird „Wengting“ oder „Diting“ genannt.

Was das „Aufstellen von Urnen zur Klangverbesserung“ betrifft, ist die antike Bühne des Longtian-Tempels im Dorf Shita in der Stadt Fenyang in der Provinz Shanxi ein gutes Beispiel. Auf beiden Seiten des Giebels sind drei Arten großer, mittlerer und kleiner Keramikurnen symmetrisch eingelassen (insgesamt 14 Stück), wobei die Öffnungen der Urnen einander zugewandt sind, um den Effekt einer Schallverstärkung zu erzielen.

Im Giebel der antiken Bühne des Longtian-Tempels im Dorf Shita, Fenyang, Shanxi, sind 14 Tonurnen eingelassen. Bildquelle: Dokument 3

Um das Tragen bei Märschen und Schlachten zu erleichtern, war die Konstruktion von „Bodenhörgeräten“ in der Antike eher leicht und praktisch. In der Tang-Dynastie beschrieb Li Quan in „Taibai Yinjing·Youyi Diting Pian“ eine Art hohles Kissen namens „Kong Hulu“. Er schrieb: „Wählen Sie diejenigen aus, die weniger schlafen, und lassen Sie sie mit einem hohlen Hulu-Kissen schlafen. Wenn eine Person oder ein Pferd dreißig Meilen entfernt rennt, sind im Hulu Geräusche aus dem Osten, Westen, Süden und Norden zu hören. Dies nennt man ‚Diting‘.“

In seinen „Mengxi Bitan·Anleitungen“ aus der Nördlichen Song-Dynastie beschrieb Shen Kuo die Materialien und die allgemeine Form dieser Art von Warnkissen: „Nach der alten Methode wurde Rindsleder für Köcher verwendet und dann beim Liegen als Kissen benutzt. Aus dem hohlen Teil im Inneren wurde ein Köcher gefertigt, der als Kissen auf den Boden gelegt wurde. Wenn es im Umkreis von wenigen Kilometern Geräusche von Menschen oder Pferden gab, konnte man sie alle hören. Das liegt daran, dass der hohle Teil den Schall absorbieren kann.“ Bei dieser Art des „Bodenhörens“ handelt es sich um einen Köcher aus Rindsleder. Wenn die Armee während eines Marsches ruht, wird es als Kissen auf den Boden gelegt. Da es hohl ist, kann es den Schall „absorbieren“.

Stellen Sie sich vor: Als die Soldaten der Antike lagerten und sich ausruhten, konnten sie mit diesen magischen Geräten die Marschbewegungen des Feindes aus Dutzenden von Kilometern Entfernung hören und entsprechende Gegenmaßnahmen ergreifen. Die Alten waren wirklich schlau!

Der Einfallsreichtum bei der Anwendung alten akustischen Wissens ist bewundernswert. Die Saat der Wissenschaft wurde bereits in der Antike in die Herzen der Menschen gesät und die Blumen der Wissenschaft blühten prächtig in den alten Geschichtsbüchern. In der heutigen Zeit wird das Resonanzphänomen in allen Bereichen des gesellschaftlichen Lebens eingesetzt, beispielsweise bei medizinischen Stethoskopen, Resonanzkörpern von Musikinstrumenten wie Klavieren, Geigen und Gitarren, Mikrowellenherden, Oszillatoren im Bauwesen usw.

Wenn wir eine Muschel an unser Ohr halten, hören wir die Geräusche in der Umgebung und die Muschel fungiert als Filter und Verstärker der Umgebungsgeräusche.

Was wir also aus der Muschel hören, ist nicht nur das Rauschen des Meeres, sondern das Rauschen der Natur!

Quellen:

[1] Ma Dayou. Die Entwicklung des Helmholtz-Resonators[J]. Physik, 1993(08):452-456.

[2] Yang Yang, Gao Ce. Der Streit um das „Aufstellen eines Gefäßes zur Unterstützung des Schalls“: ein wissenschaftsgeschichtlicher Fall [N]. Guangming Daily, 06.04.2016 (T14)

[3] Yang Yang, Gao Ce, Ding Hong. Akustiktechnologie von Keramikurnen, installiert auf der antiken Bühne des Longtian-Tempels im Dorf Shita, Provinz Shanxi[J]. Zeitschrift für Geschichte der Naturwissenschaften, 2014, 33(01): 70-82.

Produziert von | Wissenschaftspopularisierung China

Autor: Wang Lina und Yang Fujin (Labor für die Wahrnehmung von Informationen in der Unterwasserumgebung, Institut für Akustik, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Produzent｜China Science Expo

Eingereicht von: Computer Information Network Center, Chinesische Akademie der Wissenschaften

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