Schallausbreitung im Erdboden

Hallo Gruppen, nur ungern Xposte ich, aber ich habe eine Frage zu einem Problem, dass offensichtlich im Internet bislang sehr unzureichend behandelt wurde (oder ich weiss einfach die richtigen Suchworte nicht...).

Konkret sind es folgende Fragen: a.) Welche Schallgeschwindigkeit (ungefähr wäre schon genug, genau hängt wahrscheinlich von zu vielen Parametern ab) habe ich in feuchtem Wiesenboden zu erwarten? b.) Wie verhält sich die Dämpfung über die Frequenz in solch morastigem Medium? c.) Wie könnte ein Mikrofon beschaffen sein (oder wo kann man das kaufen) um Schall in solch einem Boden aufzumnehmen?

Hintergrund: Es geht um die Lokalisierung einer (breitbandigen) Schallquelle auf einer Fläche von ca. 30m * 70m in einer Tiefe von max. 1m. Aufwand spielt (zunächst) kene Rolle, da es um einen 'proof of idea' geht.

f'up d.s.p

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Jens Carstens
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Jens Carstens schrieb:

Hat ja dann auch nicht geklappt.:-)

In Gestein sinds etwa 3,5km/s, ich würde in Erdreich so die Hälfte schätzen.

k.A.

Nennt man Geophon.

Gruß Dieter

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Dieter Wiedmann

Jens Carstens schrieb:

Für die Lecksuche per Thermografie benutze ich ergänzend das Aquaphon EW der Firma Sewerin in Gütersloh. Das sollte für deine Zwecke reichen. Bestell' dir für deinen konkreten Fall einen Erdspieß dazu.

Servus Christoph Müller

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Christoph Müller

Jens Carstens schrieb:

Vielleicht hast Du wirlich die falschen W=F6rter benutzt. Solche Fragen tauchen typisch bei seismischen Messungen auf, speziell bei "vibroseis". Da man aber auch dort die Schall- geschwindigkeit nicht kennt, wird sie regelm=E4ssig vor der Auswertung mit speziellen Methoden gemessen... Gruss Harald

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Harald Wilhelms

"Harald Wilhelms" schrieb:

Such mal nach Geophon.

Nebenbei bemerkt:

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Wenn man zwei Elektroden in den Erdboden steckt und die anderen Enden in einen Verstärker leitet, hört man ein Netzbrummen.

Möglicherweise sind elektrische Ströme in der Erde von Schall überlagert. Bloß mal so 'ne Idee.

Grüße, Joachim

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Joachim Pimiskern

Moin,

Ich würde sowas um die 2-4 km/s erwarten.

I.A. würde ich ein rotes Spektrum erwarten, da hohe Frequenzen wesentlich effektiver gedämpft werden.

Geophon wurde Dir schon genannt. Oder als weitere Worte könnten u.U. Seismometer o.ä. dienen.

Gruß, Ingo

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Ingo von Borstel		
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Ingo von Borstel

Joachim Pimiskern schrieb:

Mönsch, mußtest du das jetzt ausplaudern, wo wir doch für diese Entdeckung zusammen den Nobel-Preis in Physik abräumen wollten. ;-D

Ist halt Freitag. Michael

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Schreibt zusammen, was zusammengehört.
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Michael Lange

In weicher, wassergefüllten Erde könnte es noch langsamer sein, bei 1,5 (wie im Wasser). Man muß aber berücksichtigen, daß wir immer mit prinzipiell zwei Wellenarten zu tun haben: mit einer longitudinalen und Scherwelle. Die zweite Wellenart kann deutlich langsamer sein. In geleeartigen Strukturen sind Geschwindigkeiten von sogar unter 100m/s möglich. Ich weiß aber nicht, ob das jemand in Erdreich gemessen hat.

Es kann u.U nötig sein, spezielle Wandler zu machen, besonders, wenn Scherwellenempfang interessant wäre.

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Wieslaw Bicz

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Wieslaw Bicz

Mit dieser Thematik beschäftigen sich nur wenige Firmen und Wissenschaftler - daher ist es nicht leicht, Informationen zu finden. Es gibt aber immerhin einige wissenschaftliche Artikel.. Ich selbst habe realtiv geringe praktische Erfahrung damit, da mich jedoch einige Leute mit ähnlichen Fragen beschäftigt haben, habe ich etwas Wissen gesammelt und kann einge Fragen beantworten:

Die Dämpfung steigt pronzipiell mit der Frequenz, da es sich aber beim Erdreich um eine komplizierte Kompositstruktur handelt, haben wir u.U. mit drei Wellenarten zu tun, die deutlich unterschiedliche Geschwindigkeiten haben können und ganz unterschiedliche Dämpfung bei verschiedenen Frequenzen. Nebenbei kommt es auch zu Streuung an verschiedenen Strukturen des Erdreichs.

Zusätzlich gibt es das Problem, daß aufgrund der inhomogänität des Mediums nicht davon auszugehen ist, daß sich Schall am schnellsten auf dem direktem (gradem) Weg ausbreitet. Es muß daher u.U. ein kompliziertes umgekehrtes Problem gelöst werden. In schlimmen Fällen müßte man vielleicht mindestens eine zusätzliche aktive Schallquelle einsetzen, um die Struktur des Erdreichs zu analysieren.

Bei einem homohänen Medium könnten für die Lokalisierung einer punktuellen Schallquelle drei Empfänger reichen. Bei Streuung im Medium, Inhomogänitäten, usw. würde man wahrscheinlich mehr brauchen.

Ich bin der Meinung, daß das Problem lösbar ist, abhängig von der geforderten Auflösung und Empfindlichkeit kann aber die Lösung aufwendig werden. Vor allem die Entwicklung eines solchen Systems könnte ziemlich viel Geld verschlingen. Es deutet aber viel daraufhin, daß derartige Systeme immer stärker gefragt werden, da sie die Lösung vieler noch nicht gelöster Probleme versprechen.

Für Lokalisierung der Schallquellen in der Luft gibt es eine Kamera (von einer berliner Firma produziert), die das sehr gut macht. Für ähnliche Aufgabe im Erdreich ist der Schwierigkeitsgrad erheblich größer (da wir die Struktur des Mediums nicht kennen), aber höchstwahrscheinlich lösbar. Systeme, die akustisch die Struktur des Bodens erkunden gibt es immerhin schon - auch, wenn sie vielleicht noch icht perfekt sind..

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Wieslaw Bicz

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Wieslaw Bicz

Dieter Wiedmann schrieb:

Ich fordere die Einrichtung von de.test.xpost!

Wobei man da aber überwiegend auf Anwendungen aus der Seismologie stösst, bin mir nicht sicher, ob das für mein 'Problem' passt.

Dito, Jens

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Jens Carstens

Wieslaw Bicz schrieb:

Also ich habe noch keine Zahlen gefunden, ist aber wahrscheinlich von unendlich vielen Faktoren abhängigng, wie du ja auch weiter unten erwähnst.

Gruss, Jens

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Jens Carstens

Rafael Deliano schrieb:

Bingo! :-)

Nachdem auf der Wiese, wo die Nachbarskinder immer Fussball spielen, kein einziger Maulwurfshügel ist, man sich aber nicht extra deswegen eine Fussballmannschaft heranzüchten kann, man die possierlichen Tierchen nicht töten darf und käuflich erwerbbare Maulwurfsscheuchen nur höchst unzulänglich funktionieren, war die Idee der 'Maulwurfspompfe' geboren: Verteilte Mikrofone im Boden nehmen den Schall auf, der beim Graben entsteht, ein Rechner errechnet anhand der Laufzeitdifferenzen die Position und schickt ein kleines Fahrzeug dorthin, das dann mittels eines Mechanismus ('Pompfe') solange auf den Boden klopft, bis der Grabling entnervt Reissaus nimmt :-) Leichtfertig wie ich manchmal bin, habe ich gesagt: "Klar kann man das machen" und befasse mich seitdem mit dem Thema. Allerdings befürchte ich, dass noch viele Sommer mit Maulwurfshügeln ins Land ziehen werden, bevor man sowas zuverlässig am Laufen hat. Ich werde dann wohl doch zunächst lieber die Nachbarskinder einladen, um auf meiner Wiese zu spielen...

Viele Grüsse, Jens

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Jens Carstens

Wieslaw Bicz schrieb:

Vielen Dank für deine ausführliche Antwort! Ja, ich hatte es schon befürchtet, dass es, je genauer man sich damit beschäftigt, um so komplizierter würde. Wenn das Problem der Wandler gelöst ist, dann wäre die nächste Hürde die zu erwartende Inhomogenität des Bodens, das ist dann keineswegs trivial, eine Schallquelle zu Orten. Auf alle Fälle müsste man wohl umfangreiche Versuche durchführen.

Viele Grüsse, Jens

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Jens Carstens

Na, dann stell die Pompfe doch an eine bekannte Position und lass sie jede Stunde mal pompfen. Wenn du mit der Schallgeschwindigkeit die Position bestimmen kannst, solltest du auch aus 'ner Position die Schallgeschwindigkeit ermitteln können.

Andreas

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Though the adage does go:  'Engineers do.  Scientists talk.'
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Andreas Hadler

Nungut, aber eine Wellenart ist immer am schnellsten und ein Weg ist immer der kürzeste. Im Prinzip wenigstens. Also müßte doch ein Mischmasch ankommen, der irgendwo einen definierten Anfangspunkt hat.

Der Schall generell, oder nur das lauteste Signal?

So eine Graberei müßte eigentlich ein gewisses Spektrum an Frequenzen erzeugen, wovon ein Teil direkt übertragen werden kann, wenn der Boden nicht zu locker ist? Genügt es dann nicht, den Anfangspunkt jeder Geräuschorgie zu finden und zu vermessen? Man kann das Signal ja eigentlich zeitversetzt auswerten und im Ereignisfall inklusive Zeitpunkt für eine genauere Auswertung zwischenspeichern. Dann müßte man nur noch so halbwegs in Echtzeit feststellen, was ein Grabgeräusch ist. Das sollte Hardware spren helfen.

Gruß Lars

PS: Sorry, nur mal so eine Idee. PPS: Seltsames x-Post mit kaputten Gruppennamen gekürzt.

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Lars Mueller

Lars Mueller schrieb:

Modzilla 4.7 verweigert da schon das Abschicken, 5.0 und FFA 2.0 offensichtlich nicht.

Gruß Dieter

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Dieter Wiedmann

Nur so zum Amüsieren, grad die Videos; mir wären die Hügel ja lieber wie die Gräben.

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Thomas Prufer

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Thomas Prufer

Das ist schön gesagt, aber es läßt sich nicht feststellen, welcher Weg der kürzeste ist, bevor man die Struktur des Bodens nicht kennt. Im Prinzip kann der kürzeste Weg eine beliebige Form haben.

Schall generell, mit Lautstärke hat das nicht zu tun. Das ist sehr einfach zu verstehen, wenn man sich zum Beispiel vorstellt, daß man zwei Medien hat: einen großen Stein (mit Schallgeschwindigkeit um 3km/s) und Wasser (1,5km/s). Wenn die gerade Strecke durch das Wasser geht, der Stein aber nicht weit davon entfernt ist, kommt die Schallwelle, die durch den Stein geht schneller. In Wirklichkeit kann es beliebig komplizierter werden.

Um das so zu machen, muß man den Weg der Welle kennen. Der hängt nicht von der Frequenz ab, sondern von der Beschaffenheit des Bodens und von der Wellenart. Es sind prinzipiell drei Wellenarten zu erwarten und dazu noch sog. geführte Wellen. Wenn größere Auflösung verlangt wird, fängt die Sache schwierig zu werden. Bei schwachen Schallquellen sowieso. Bei geringer Auflösung kann es u.U. einfach sein, aber schon wieder nicht, wenn sehr unterschiedliche Strukturen daneben liegen (Steine und Humus mit viel Wasser).

W. Bicz

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Wieslaw Bicz

Ok, jetzt habe ich es auch verstanden. Ich dachte, der Boden sei durchmischt, aber es kann ja z.B. unten eine andere Schicht sein als oben und dann kommt jedes Signal durch den längeren Weg zuerst an. Gruß Lars

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Lars Mueller

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