Schallausbreitung im Erdboden

[Jens Carstens]

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

 

[Dieter Wiedmann]

Jens Carstens schrieb:

nur ungern Xposte ich,

Hat ja dann auch nicht geklappt.

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?

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

b.) Wie verhält sich die Dämpfung über die Frequenz in solch
morastigem Medium?

k.A.

c.) Wie könnte ein Mikrofon beschaffen sein (oder wo kann man das
kaufen) um Schall in solch einem Boden aufzumnehmen?

Nennt man Geophon.


Gruß Dieter

 

[Rafael Deliano]

Es geht um die Lokalisierung einer (breitbandigen) Schallquelle auf
einer Fläche von ca. 30m * 70m in einer Tiefe von max. 1m.
Maulwurf ?

MfG JRD

 

[Christoph Müller]

Jens Carstens schrieb:

c.) Wie könnte ein Mikrofon beschaffen sein (oder wo kann man das
kaufen) um Schall in solch einem Boden aufzumnehmen?

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
http://www.astrail.de

 

[Harald Wilhelms]

Jens Carstens schrieb:

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.

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

 

[Joachim Pimiskern]

"Harald Wilhelms" <newsgroup@ich.ms> schrieb:

Jens Carstens schrieb:
c.) Wie könnte ein Mikrofon beschaffen sein (oder wo kann man das
kaufen) um Schall in solch einem Boden aufzumnehmen?

Such mal nach Geophon.

Nebenbei bemerkt:
http://physicsweb.org/articles/news/8/6/4

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

 

[Ingo von Borstel]

Moin,

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?

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

b.) Wie verhält sich die Dämpfung über die Frequenz in solch
morastigem Medium?

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

c.) Wie könnte ein Mikrofon beschaffen sein (oder wo kann man das
kaufen) um Schall in solch einem Boden aufzumnehmen?

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

Gruß,
Ingo


--
Ingo von Borstel <newsgroups@planetmaker.de>
Public Key: http://www.planetmaker.de/ingo.asc

If you need an urgent reply, replace newsgroups by vgap.

 

[Michael Lange]

Joachim Pimiskern schrieb:

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

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
--
Schreibt zusammen, was zusammengehört.

 

[Wieslaw Bicz]

Dieter Wiedmann wrote:

Jens Carstens schrieb:




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?



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



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.

c.) Wie könnte ein Mikrofon beschaffen sein (oder wo kann man das
kaufen) um Schall in solch einem Boden aufzumnehmen?



Nennt man Geophon.




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

Scherwellenempfang interessant wäre.


--
Wieslaw Bicz

---------------========== OPTEL sp. z o.o. ===========---------------
------===== R&D: Ultrasonic Technology/Fingerprint Recognition ====------
ul. Otwarta 10a PL 50-212 Wroclaw Tel.:+48 71 3296854 Fax.:+48 71 3296852
--------==== mailto:W.Bicz@optel.pl -=- http://www.optel.pl ====-------

 

[Wieslaw Bicz]

Jens Carstens wrote:

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

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..

--
Wieslaw Bicz

---------------========== OPTEL sp. z o.o. ===========---------------
------===== R&D: Ultrasonic Technology/Fingerprint Recognition ====------
ul. Otwarta 10a PL 50-212 Wroclaw Tel.:+48 71 3296854 Fax.:+48 71 3296852
--------==== mailto:W.Bicz@optel.pl -=- http://www.optel.pl ====-------

 

[Jens Carstens]

Dieter Wiedmann schrieb:

Jens Carstens schrieb:
nur ungern Xposte ich,

Hat ja dann auch nicht geklappt.

Ich fordere die Einrichtung von de.test.xpost!

c.) Wie könnte ein Mikrofon beschaffen sein (oder wo kann man das
kaufen) um Schall in solch einem Boden aufzumnehmen?

Nennt man Geophon.

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

Gruß Dieter
Dito, Jens

 

[Jens Carstens]

Wieslaw Bicz schrieb:

Dieter Wiedmann wrote:
[...]
In Gestein sinds etwa 3,5km/s, ich würde in Erdreich so die Hälfte
schätzen.

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.

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

Gruss,
Jens

 

[Jens Carstens]

Rafael Deliano schrieb:

Es geht um die Lokalisierung einer (breitbandigen) Schallquelle auf
einer Fläche von ca. 30m * 70m in einer Tiefe von max. 1m.
Maulwurf ?

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...

MfG JRD
Viele Grüsse,

Jens

 

[Jens Carstens]

Wieslaw Bicz schrieb:

Jens Carstens wrote:
[...]

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

 

[Andreas Hadler]

Jens Carstens <060223.20.jcarstens@spamgourmet.com> wrote:

Rafael Deliano schrieb:

Es geht um die Lokalisierung einer (breitbandigen) Schallquelle auf
einer Fläche von ca. 30m * 70m in einer Tiefe von max. 1m.
Maulwurf ?

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...

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

 

[Lars Mueller]

Wieslaw Bicz wrote:

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.

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.

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

Der Schall generell, oder nur das lauteste Signal?

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.

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.

 

[Dieter Wiedmann]

Lars Mueller schrieb:

PPS: Seltsames x-Post mit kaputten Gruppennamen gekürzt.

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


Gruß Dieter

 

[Thomas Prufer]

On Fri, 24 Feb 2006 17:57:29 +0100, Jens Carstens
<060223.20.jcarstens@spamgourmet.com> wrote:

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.

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

http://www.rodenator.com/

Thomas Prufer

 

[Wieslaw Bicz]

Lars Mueller wrote:

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.

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.

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



Der Schall generell, oder nur das lauteste Signal?

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.

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.



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.


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

 

[Lars Mueller]

Wieslaw Bicz wrote:

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.

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