{"id":823,"date":"2011-09-26T16:14:06","date_gmt":"2011-09-26T16:14:06","guid":{"rendered":"http:\/\/akustische-kamera.fkm-r.de\/?page_id=823"},"modified":"2011-09-26T18:25:01","modified_gmt":"2011-09-26T18:25:01","slug":"grundbegriffe-in-der-akustik","status":"publish","type":"page","link":"http:\/\/akustische-kamera.fkm-r.de\/?page_id=823","title":{"rendered":"Akustische Grundbegriffe"},"content":{"rendered":"1. \u00a0\u00a0 Der Schall<\/h3>\n
Unter Schall versteht man mechanische Schwingungen in elastischen Medien. Schall kann sich in Fl\u00fcssigkeiten, Festk\u00f6rpern und Gasen ausbreiten. Eine Kraft bewegt die Teilchen aus ihrer Ruhelage, um diese die Teilchen dann periodisch schwingen. Die dabei erzeugte Energie wird in Form einer Welle an die benachbarten Mediumteilchen weitergeben. In der akustischen Messtechnik ist dieses Medium meistens Luft. Die Luft transportiert die Energie einer Schallquelle zum Mikrofon oder zum Ohr. Diese Energie wird durch Luftdichteschwankungen, die sich wellenf\u00f6rmig ausbreiten, transportiert.<\/p>\n
Die Anzahl der Druck\u00e4nderungen pro Sekunde nennt man Frequenz<\/strong>(f). Sie wird in Hertz(Hz) gemessen. Die Frequenz des Schalls erzeugt einen charakteristischen Ton. So besitzen tiefe T\u00f6ne eine niedrige Frequenz und hohe T\u00f6ne eine hohe Frequenz.<\/p>\nDie Druck\u00e4nderungen breiten sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit<\/strong>(c) in dem Medium aus. Diese Ausbreitungsgeschwindigkeit ist von vier Parametern abh\u00e4ngig, wie aus folgender Formel ersichtlich wird.<\/p>\nc=\u221a((\u03b3 R T)\/m_Mol<\/p>\n
In Luft und bei Raumtemperatur entspricht dies einer Geschwindigkeit von 343 m\/s.<\/p>\n
Wenn die Geschwindigkeit und die Frequenz bekannt sind, l\u00e4sst sich daraus die Wellenl\u00e4nge<\/strong> (\u03bb) berechnen, das ist der Abstand zwei aufeinander folgender Druckspitzen.<\/p>\n\u03bb=c\/f<\/p>\n
Mit dieser Gleichung l\u00e4sst sich somit die Wellenl\u00e4nge verschiedener Frequenzen berechnen. So ergibt sich z.B. bei 16 Hz eine Wellenl\u00e4nge von 21,5 m und bei 16 kHz nur 2,15 cm. Also sinkt mit zunehmender Frequenz die Wellenl\u00e4nge des Schalls.<\/p>\n
2. \u00a0\u00a0 K\u00f6rperschall<\/h3>\n
Die Analyse von schwingenden Strukturen, wie sie in vielen Teilbereichen des t\u00e4glichen Lebens auftreten, ist ein wichtiges Gebiet der akustischen Messtechnik. Diese Strukturschwingungen werden auch K\u00f6rperschall<\/strong> genannt. Neben Longitudinalwellen k\u00f6nnen in Festk\u00f6rpern auch Transversalwellen transportiert werden, bei denen eine Schwingung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung erfolgt. Diese Wellen breiten sich unabh\u00e4ngig voneinander aus. Die \u00dcbertragungsgeschwindigkeit in Festk\u00f6rpern wird \u00fcber die Dichte, \u00fcber das Schubmodul bei Transversalwellen und \u00fcber das Elastizit\u00e4tsmodul bei Longitudinalwellen beeinflusst. Durch die Koppelung dieser beiden Wellenarten entstehen weitere Arten von K\u00f6rperschallwellen. Eine der wichtigsten sind die Biegewellen. Biegewellen rufen eine Bauteilverformung (bei Platten und St\u00e4ben) hervor und sind die wesentliche Ursache f\u00fcr die Abstrahlung von Luftschall bei Festk\u00f6rpern. [1]<\/p>\n3. \u00a0\u00a0\u00a0 Luftschall<\/h3>\n
Schallwellen, die sich \u00fcber die Luft ausbreiten, werden als Luftschall<\/strong> bezeichnet. Im Gegensatz zum K\u00f6rperschall besteht Luftschall nur aus Longitudinalwellen, da Gase keine Scherkr\u00e4fte \u00fcbertragen k\u00f6nnen. Schallereignisse in der Luft sind dementsprechend zeitliche und \u00f6rtliche Schwankungen des statischen Luftdrucks. Luftschall ist der Schall, den das menschliche Ohr wahrnehmen kann und auch der Schall, der in der Akustik gemessen wird.<\/p>\n4. \u00a0\u00a0\u00a0 Schallfeldgr\u00f6\u00dfen<\/h3>\n
Die wichtigsten Schallfeldgr\u00f6\u00dfen bei Schallausbreitung in Luft sind der Schallwechseldruck<\/strong> p<\/em> und die Schallschnelle<\/strong> .<\/p>\nDer Schallwechseldruck<\/strong> p<\/em> (Schalldruck) ist dem statischen Druck (Luftdruck) des umgebenden Mediums \u00fcberlagert,<\/p>\n\n
\n\n\n| <\/td>\n | \u00a0p=F\/A<\/td>\n | <\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<\/div>\n mit einer Kraft F, die auf eine Fl\u00e4che A wirkt.<\/p>\n Der Gesamtdruck ergibt sich aus der Summe des Schallwechseldrucks mit dem statischen Druck.<\/p>\n Zur Vereinfachung wird in der Praxis anstelle des Schalldrucks h\u00e4ufig der Schalldruckpegel<\/strong> angegeben, da der h\u00f6rbare Bereich des Schalldrucks acht Zehnerpotenzen umfasst und die Angabe in Pa <\/em>un\u00fcbersichtlich w\u00e4re:<\/p>\n\n \n\n\n| <\/td>\n | \u00a0L=20 logp\/p0<\/td>\n | <\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<\/div>\n Die Angabe des Schalldruckpegels erfolgt in Dezibel. Das Dezibel basiert auf dem logarithmierten Verh\u00e4ltnis einer gemessenen Gr\u00f6\u00dfe zu einem Bezugspegel. Als Bezugsdruck p0 wird die H\u00f6rschwelle von 20 Pa verwendet.<\/p>\n Die Schallschnelle<\/strong> \u00a0gibt an mit welcher Wechselgeschwindigkeit die Teilchen um ihre Ruhelage schwingen. Die Schallschnelle ist eine vektorielle Gr\u00f6\u00dfe und berechnet sich als Ableitung der Auslenkung\u00a0des schwingenden Teilchens nach der Zeit. Sie wird in m\/s angegeben.<\/p>\n\n \n\n\n| <\/td>\n | \u00a0\u03bd=d\u03be\/dt [m\/s]<\/td>\n | <\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<\/div>\n Druck und Schnelle stehen in einer bestimmten Phasenbeziehung zueinander, die je nach Art des Schallfeldes verschieden ist. Bei ebenen fortschreitenden Wellen befinden sich beide Gr\u00f6\u00dfen in Phase. Bei geschlossenen Rohrenden in einer Rohrleitung bspw. befinden sie sich zu 90\u00b0 phasenverschoben. Im Vergleich zur Schallgeschwindigkeit ist die Schallschnelle wesentlich kleiner. Bei der H\u00f6rschwelle eines 1 kHz-Tones betr\u00e4gt sie gerade einmal 5*10-8<\/sup> m\/s. [2]<\/p>\nGenau wie der Schalldruck und die Schallschnelle l\u00e4sst sich auch die Energie im Schallfeld als sich ausbreitende Welle beschreiben, die sich sowohl zeitlich als auch \u00f6rtlich periodisch \u00e4ndert. Als Schallintensit\u00e4t<\/strong> bezeichnet man die pro Zeiteinheit durch ein Fl\u00e4chenelement hindurchtretende Schallenergie. Im ebenen Schallfeld ist sie das Produkt aus Schalldruck und Schallschnelle:<\/p>\n\n \n\n\n| <\/td>\n | \n \u00a0I=p v=p^2\/Zo<\/p>\n<\/td>\n | <\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<\/div>\n <\/p>\n Die Schallleistung<\/strong> ist die Energie, die pro Zeiteinheit durch eine senkrecht zur Ausbreitungsrichtung stehende und beliebig gro\u00dfe Fl\u00e4che A<\/em> hindurchtritt.<\/p>\n\n \n\n\n| <\/td>\n | \n \u00a0P=I A [W]<\/p>\n<\/td>\n | <\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<\/div>\n Die Schallkennimpedanz<\/strong> Zo <\/sub>ist eine charakteristische Gr\u00f6\u00dfe des Ausbreitungsmediums. Sie errechnet sich aus dem Produkt des spezifischen Gewichts \u00a0und der Ausbreitungsgeschwindigkeit c.<\/p>\n\n \n\n\n| <\/td>\n | \n \u00a0Zo=\u03c1 c<\/p>\n<\/td>\n | <\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<\/div>\n<\/h3>\n5. \u00a0\u00a0 Reflexion und Absorption<\/h3>\nTrifft eine ebene Schallwelle auf eine unendlich ausgedehnte glatte Wand, so wird sie nach dem Reflexionsgesetz zur\u00fcckgeworfen. Ebene, schallharte, nicht absorbierende Gegenst\u00e4nde reflektieren den Schall somit gut. Man spricht auch von gerichteter Reflexion. Dabei ist der Reflexionsgrad<\/strong> \u00a0ein Ma\u00df f\u00fcr die reflektierte Intensit\u00e4t, die von au\u00dfen kommt.<\/p>\nDer Schallabsorptionsgrad<\/strong> \u00a0gibt an welcher Teil der Leistung einer auftreffenden Welle von einer Fl\u00e4che absorbiert, d.h. aufgenommen wird. Wenn \u00a0findet keine Absorption statt und der ganze Schall wird reflektiert. Bei \u00a0wird der komplette Schall absorbiert.<\/p>\nF\u00fcr die Schallempfindung in einem Raum spielt das Verh\u00e4ltnis von absorbiertem zu reflektiertem Schall eine ausschlaggebende Rolle. F\u00fcr Schall ergibt sich der Zusammenhang:<\/p>\n | | | | | |
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