Zur Frage der Meßgenauigkeit bei hydrobioakustischen Untersuchungen in Aquarien und Flachwassergebieten

Abstract

The accuracy of bioacoustic measurements lies, according to data from literature, within ± 0.01 dB referred to 1 µb or p₀. Such high degree of accuracy is justified neither by test accuracies of noise measuring equipment nor by the properties of a sound field limited by soft boundaries. According to our measurements in aquaria of various sizes and different boundaries and the results on frequency dependent damping in columns of liquid with zero impedance byKuhl &Tamm (1953), it can be demonstrated that the sound propagation in an aquarium is considerably reduced below the lowest cut-off-frequency and that the damping of sound waves can reach 20 dB or more due to the soft sound field boundaries. It is pointed out that no type of aquarium is suitable for measurements of sound pressure and relative amplitudes of a given spectrum in the frequency range of bioacoustical interest. From the standpoint of physical measuring techniques all bioacoustical data measured in aquaria are incorrect.

Zusammenfassung

1. Bioakustische Untersuchungen in Aquarien bieten den Vorteil einer eindeutigen Zuordnung von Tier und Geräusch. Messungen des Schalldrucks und der frequenzmäßigen Zusammensetzung eines tierischen Unterwassergeräusches sind jedoch in Aquarien nicht durchführbar, und der bisher eingehaltene Standard der Meßgenauigkeit von ± 0,01 dB ist meßtechnisch nicht haltbar.

2. Das Schallfeld im Aquarium ist definiert durch die untere Grenzfrequenz, unterhalb derer die Schallausbreitung gesperrt ist, sowie durch die Schallfeldbegrenzung, die als relativ schallweich zu bezeichnen ist.

3. Die hohe Schallkennimpedanz des Wassers bedingt, daß an den schallweichen Wänden der reflektierte Schalldruck gegenphasig zurückgeliefert wird, wodurch sich hin-und rücklaufende Wellen auslöschen. Der Schalldruck eines im Schwerpunkt des Wasserkörpers befindlichen Schallsenders fällt exponentiell in Richtung auf die schallweich reflektierenden Wände ab. Absorbierende Materialien sind in den benötigten λ/₄-Schichtdicken nicht herstellbar.

4. Ein allseitig schallharter Meßtank entspricht in seinen akustischen Eigenschaften einem Hallraum, der mit den durch die drei Raumdimensionen gegebenen Grund-frequenzen resonanzartig angeregt werden kann. Zur meßtechnischen Beurteilung von tierischen Geräuschen, die sich durch eine regellose Charakteristik („transients“) und unendlich dicht liegende Teiltonbereiche auszeichnen, ist ein derartiger Hallraum ungeeignet. Die in einem derartigen Meßtank auftretenden Reflexionen müßten von einem breitbandigen Absorber geschluckt werden. Derartige Materialien sind in Anbetracht der zu erstellenden Schichtdicke und des damit verbundenen Materialaufwands erst für Frequenzen ab 5 kHz herstellbar.

5. Die frequenzabhängige Dämpfung in schallweichen Glas-, Eternit- und Kunststoff-aquarien liegt oberhalb der Grenzfrequenz, unter der das Aquarium jede Wellenausbreitung sperrt, bei Werten zwischen 0 bis 10 dB/cm. Dämpfungsmessungen in herkömmlichen Aquarien zeigen, daß bereits im Abstand von 1 cm vom Laut-sprecher der Schalldruck abzusinken beginnt. Ein Wandler, der auf die Registrierung der Schallschnelle ausgelegt ist, würde in direktem Massekontakt bessere Meßergebnisse zeigen als die auf Schalldruck reagierenden Hydrofone.

6. Da alle tieferen Frequenzen eines Tiergeräusches im Aquarium nicht abgestrahlt werden können, sowie die relative Intensität der Teiltöne nur verzerrt aufgenommen werden kann, ist ein Tiergeräusch im freien Wasserraum, auf Grund einer im Aquarium gewonnenen Horcherfahrung, nicht wiederzuerkennen. Alle Geräusche, die im Nahfeld eines Senders registriert werden, um einen meßbaren Schalldruck zu erhalten, lassen sich nicht auf Freifeldbedingungen umrechnen.

7. Der in einem Aquarium gemessene Schalldruck eines Tiergeräusches kann aufgrund der erwähnten Schallfeldbedingungen um 10 bis 30 dB zu niedrig liegen. Gemessen an der Gesamtdynamik tierischer Unterwassergeräusche, müssen derartige Meßergebnisse als falsch bezeichnet werden.