LED Taschenlampe erzeugt Töne auf Oberflächen

Zitat von Lichtmacher

Hab mal ein bischen zum Thema Schallleistung gegoogelt und fand das hier interessant
bgrci.de/fileadmin/BGRCI/Downl…senroth_17_03_2009_-2.pdf
Es ist nicht sehr viel Energie erforderlich um hörbare Töne zu erzeugen!

Hallo,
ja, die Detektionsgrenzen unserer Sinnesorgane sind schon sehr niedrig.

Aber wenn du schon ein bisschen googelst, dann google doch noch ein Stück weiter!
https://de.wikipedia.org/wiki/Schalldruck
http://www.sengpielaudio.com/Rechner-schallpegel.htm
Die Hörgrenze liegt also bei ca. 0,00002Pa = 20uPa.

Der Lichtdruck der Sonne bei einer Leistungdichte von über 1kW/m² liegt aber nur bei ca. 5uPa.
Wir ich oben gezeigt habe, kann die Taschenlampe aber nur 2..3 Größenordnungen weniger Leistungsdichte erzeugen.
Der Schalldruck ist also nochmal deutlich geringer und liegt nach meinem Verständnis 1..2 Größenordnungen unter der Hörschwelle.

Gruß Öletronika

Was hast du denn mit deiner Sonne?
Es wurde doch schon längst festgestellt, dass die Leistungsdichte bei einer Taschenlampe 1. wesentlich höher sein kann und 2. das Licht der Sonne nicht in einer "niedrigen" Frequenz moduliert ist. Niedrig deshalb, weil unsere beleuchteten Flächen wohl eher nicht mit Frequenzen der Photonen schwingen können und wir dies eh nicht hören würden.
Des weiteren werden die "nur 130lm" bei einer PWM Ansteuerung im Mittel erreicht. Bei meiner Maglite sind das in der on-Phase ungefähr 2500lm auf ungefähr 0,002m^2. Da kommt schon einiges an Energie zusammen.

Resonanz würde die Anwesenheit wenigstens zweier kompatibler Energiespeicher irgendeienr Art vorraussetzen, die gemeinsam Energie irgendeiner Art austauschen könnten. Ich persönlich sehe keine.

Zitat von derschwert

Was hast du denn mit deiner Sonne?
Es wurde doch schon längst festgestellt, dass die Leistungsdichte bei einer Taschenlampe 1. wesentlich höher sein kann und 2. das Licht der Sonne nicht in einer "niedrigen" Frequenz moduliert ist. Niedrig deshalb, weil unsere beleuchteten Flächen wohl eher nicht mit Frequenzen der Photonen schwingen können und wir dies eh nicht hören würden.
Des weiteren werden die "nur 130lm" bei einer PWM Ansteuerung im Mittel erreicht. Bei meiner Maglite sind das in der on-Phase ungefähr 2500lm auf ungefähr 0,002m^2. Da kommt schon einiges an Energie zusammen.

Zitat von derschwert

Was hast du denn mit deiner Sonne?
Es wurde doch schon längst festgestellt, dass die Leistungsdichte bei einer Taschenlampe 1. wesentlich höher sein kann und 2. das Licht der Sonne nicht in einer "niedrigen" Frequenz moduliert ist. Niedrig deshalb, weil unsere beleuchteten Flächen wohl eher nicht mit Frequenzen der Photonen schwingen können und wir dies eh nicht hören würden.
Des weiteren werden die "nur 130lm" bei einer PWM Ansteuerung im Mittel erreicht. Bei meiner Maglite sind das in der on-Phase ungefähr 2500lm auf ungefähr 0,002m^2. Da kommt schon einiges an Energie zusammen.

Hallo,
lese doch erst nochmal die Beiträge und versucher die Zusammenhänge zu begreifen.
1. Ich habe nicht behauptet, dass Sonnenlicht moduliert ist, wie PWM. Es ging nur um den Effekt des Strahlungsdruckes!
2. Ich habe klar dargestellt, dass die Leistungsdichte auf der beleuchteten Fläche weit unter der Solarstahlung auf der Erde bleibt.
Welche Leitungsdichte an der Quelle vorherrscht, ist bei den ganzen Betrachtungen völlig egal.
Gruß Helles Licht

Zitat von HellesLicht

[...]
1. Ich habe nicht behauptet, dass Sonnenlicht moduliert ist, wie PWM. Es ging nur um den Effekt des Strahlungsdruckes!
2. Ich habe klar dargestellt, dass die Leistungsdichte auf der beleuchteten Fläche weit unter der Solarstahlung auf der Erde bleibt.
Welche Leitungsdichte an der Quelle vorherrscht, ist bei den ganzen Betrachtungen völlig egal.
Gruß Helles Licht

1. Ein konstanter Druck auf eine Fläche wird niemals eine Schwingung auslösen können.
2. Es ist völlig egal, wie hoch die Leistungsdichte ist. Wenn die Energie nicht moduliert auftrifft wird keine Schwingung entstehen. Desweiteren lässt sich mit einer Lampe leicht eine höhere Leistungsdichte erzeugen, als die Sonne das ohne passende Optik schafft.

Niemand hat von der Leistungsdichte an der Quelle gesprochen.

Zitat von derschwert

1. Ein konstanter Druck auf eine Fläche wird niemals eine Schwingung auslösen können.
2. Es ist völlig egal, wie hoch die Leistungsdichte ist. Wenn die Energie nicht moduliert auftrifft wird keine Schwingung entstehen. Desweiteren lässt sich mit einer Lampe leicht eine höhere Leistungsdichte erzeugen, als die Sonne das ohne passende Optik schafft.
Niemand hat von der Leistungsdichte an der Quelle gesprochen.

Hallo,
bei der Taschlampe mit PWM wird ja gerade kein konstanter Strahlungdruck erzeugt. Der Strahlungdruck der Sonne diente nur als Bezug um die Größenordnung darzustellen.
Das geht aber aus meinen Texten klar hervor. Allerdings ist der Strahlungsdruck winzig klein.

Dazu kommt, dass dieser winzige Strahlungsdruck nicht primär als Schall wirksam werden kann,
sondern nur als Anreger an einer Oberfläche. Auf Grund der Massenträgheit der angeregten Teile kann aber der dadurch erzeugte Schall nur einen noch viel geringeren Schalldruck haben.
Ich nenne hier noch mal das klassische Beispiel der Lichtmühle, wo die These, dass der Strahlungdruck das kleine Flügelrad bewegt, komplett widerlegt ist.

Bezüglich der Lampe und möglicher hoher Strahlungdichte bei guter Fokussierung noch eine Bemerkung:
Ob eine Schallquelle hörbar ist oder nicht, hängt davon ab, welcher Schadruck am Ohr ankommt, nicht welcher Schalldruck an der Quelle vorherrscht.
Bei einer sehr kleinen beleuchteten Fläche, ist die Schallquelle aber Quasi ein Punktstrahler.
Dann gilt aber das Abstandsgesetzt, wonach die Intensität einen Feldes mit dem Quadrat zur Entfernung abnimmt.
https://de.wikipedia.org/wiki/Abstandsgesetz
Also selbst wenn an der angeregten Fläche ein Schalldruck in der Größenordnung der Hörschwelle oder knapp darüber
erzeugt würde, wäre dann der Schalldruck im Abstand einiger 10cm schon wieder weit unter der Hörschwelle.

Im Gegensatz zu den möglichen Effekten des Strahlungsdruckes sind thermische Effekte um einige Größenordnung stärker.
Selbst wenn auf Grund der thermischen Trägheit nur ein kleiner Bruchteil der absorbierten Energie einen Schalldruck erzeugt,
ist gut vorstellbar, dass dieser über der Hörschwelle liegt. In dem Zusammenhang ist es auch plausibel, dass der Effekt an dunklen Flächen stärker ist.
Gruß Helles Licht

1) Nein, Wärmestrahlung hat eine LED kaum. Aber was glaubst du, passiert mit dem Licht, das nicht von deiner Hand reflektiert wird? Du strahlst weißes Licht drauf, gelbes (orangenes, egal) wird reflektiert (deine Hand erscheint gelb) - also muss der Blauanteil irgendwo verschwunden sein. Der wird in Wärme umgewandelt und die spürst du dann.

Zitat von Lichtmacher

@HellesLicht
Noch mal zur Info ,die beleuchtete Fläche ist ca 50 cm² groß . das Geräusch hört man noch aus 2m!
Zwei Sachen irritieren mich momentan :
1.Wenn ich mit meiner Lampe aus kurzer Entfernung im max modus
auf meine Handfläche leuchte spüre ich Wärme aber LEDs geben doch kaum Wämestrahlung ab?
Der größte Teil der elektrischen Verlustleistung wird doch von der Rückseite abgeführt,oder nicht?
2.Wenn ich mir mein Oszillogramm ansehe erkenne ich die Pulsweitenmodulation mit den dazugehörigen
steilen Flanken. Träge sieht mir das nicht aus!
Wie genau stellst du Dir den Vorgang vor von der Umwandlung von thermischer Energie in akkustische Energie?

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Hallo,
zu 1.
die LED geben elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Bereich ab (mittels Photonen).
Wärmestrahlung ist auch nur elektromagnetische Strahlung (Photonen), nur mit deutlich längerer Wellenlänge.
https://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmestrahlung
Trifft Licht aber auf eine Oberfläche, so wird ein Teil absorbiert und der größte Teil davon unmittelbar im Wärme umgesetzt.
Das Licht der Sonne wirkt im Prinzip genauso.
Für sichtbares Licht bestimmt die Farbe der Oberfläche den Absorbtionsgrad.
Weiße Oberflächen reflektieren bis über 90% und absorbieren weniger al 10%.
Tief schwarze Flächen absorbieren bis ca. 98....99% und reflektieren nur 1...2%.
Moderne weiße LED haben einen Wirkungsgrad zwischen 20...30%.
Nur der Rest (70...80%) wird in der LED direkt in Wärme umgesetzt.
Zum Vergleich: Glühlampen haben einen Wirkungsgrad von ca. 3...6%

zu 2.
Da hatte ich weiter oben schon ein Stichwort genannt, nämlich "Photoakustische Spektroskopie"
und besonders "Photoakustische Rußmessung".
Wenn modulierte Licht auf eine Oberfläche trifft, dann wird während der EIN-Phase natürlich die Temp.
an der Oberfläche ansteigen. Während der Dunkelphase kühlt sie wieder ab.
Da an der Oberfläche auch die Luft ebenfalls die Temperaturschwankungen in einem gewissen Maße mitmacht,
hat man schon die Schallquelle, weil das Gas sich synchron zur die zyklichen Erwärmung und Abkühlung
ausdehnt und zusammenzieht.
Wahrscheinlich wirkt der Effekt umso besser, je größer die wirksame Oberfläche ist und je geringer
die Wärmekapazität der bestrahlten Fläche ist. Dann ist die thermische Kopplung zur Luft besser.
Eine feine dünne textile Faserstruktur wird also wahrscheinlich einen stärkeren Effekt bewirken, als die Oberfläche eines massiven Körpers.
Dunkle Oberflächen sollten bei sonst gleicher Struktur mehr Effekt bringen als weiße.
Gruß Helles Licht

"Moderne weiße LED haben einen Wirkungsgrad zwischen 20...30%. "

Da bist du nicht auf dem Laufenden.;)

Je nach Version und Betriebsstrom bzw. Chiptemperatur erreichen moderne weiße LEDs Wirkungsgrade bis 50% und bei den ganze Neuen sogar noch drüber. Beispielsweise hat die Cree XP-G2 Kaltweiß S3 bei 350mA etwa 50% Wirkungsgrad. Als Bezug habe ich dabei einen Farbwiedergabeindex von 70 und eine theoretisch maximal mögliche (100%) Lichtausbeute von 324lm/W angenommen.

Hallo.

Das es sich um einen thermischen Effekt handelt ist aufgrund der Größe des Strahlungsdruck gesichert. Resonanz würde ich auch ausschliessen aus folgendem Grund: Damit Resonanz vorliegt müsste man die Eigenfrequenzen des Systemes treffen, somit müsste das ganze nur auf einer Oberfläche bei einer bestimmten Einstellung passieren. Ausserdem fehlt bei "ebenen" Oberflächen ein Resonanzkörper, der verstärkend wirken könnte. Wenn es auf mehreren unterschiedlichen Oberflächen hörbar ist, dann spielt Resonanz wenn überhaupt eine sehr untergeordnete Rolle.

Grüße

Fasti

Zitat von Lichtmacher

Habe die Info von hier https://www.kupferinstitut.de/…ht/led/led-effizienz.html
möglicherweise nicht mehr aktuell,sonst bringe mich doch bitte auf den Laufenden!
@HellesLicht
.... auch Resonanz eine Rolle spielt.

Hallo,
deine skeptische Anfrage kann ich nur unterstützen.
Es gibt inzwischen tatsächlich auch schon normale weiße LED-Strahler, die etwas über 30% Wirkungsgrad kommen,
aber weit darüber ist wohl noch eher reines Marketinggeschwätz. Und auch die 30% sind nur unter günstigen Bedingungen möglich.
Trotzdem ist das doch schon sehr gut, wenn man mal Glühlampen zum Vergleich nimmt.
Sehr spezielle Konstruktionen, z.B. das sogenannte weiße Laserrlicht (derzeit groß in der Autowerbung) oder sehr spezielle Mischsysteme
aus farbigen LED und weißen LED kommt noch ein Stückchen weiter. Aber das ist wohl derzeit noch nicht als allg. Beleuchtung am Markt erhältlich.

Die Sache mit der Resonanz ist sehr unwahrscheinlich. Z.B. fasrigen Materialen haben wegen der unregelmäßigen Strukturen kaum eine Resonanz
und textile Fasern haben eher einen hohen Dämpfungsfaktor. Ich wüßte nicht, woher da Resonanz im hörbaren Bereich herkommen sollte.
Gruß Helles Licht

Ein Video von dem beschriebenen Effekt wäre mal ganz cool...

Zitat von HellesLicht

Es gibt inzwischen tatsächlich auch schon normale weiße LED-Strahler, die etwas über 30% Wirkungsgrad kommen,
aber weit darüber ist wohl noch eher reines Marketinggeschwätz.

Naja, Uwi, dein Kenntnisstand hinkt der realen Entwicklung aber auch um mindestens 5 Jahre hinterher, nichtwahr?

Eine käufliche XMLBWT-00-0000-0000U20E1 besitzt bei einem Ampere Vorwärtsstrom eine Vorwärtsspannung von 2,93 Volt und erreicht bei einer praxisnahen Sperrschichttemperatur von 85 °C einen Lichtstrom von 410 Lumen. Daraus und aus der von Cree gegebenen, relativen spektralen Strahlungsverteilung errechnet sich ein Wirkungsgrad von 44 %. Bei 350 mA kommt sie sogar auf 52 %.