Schallkennimpedanz


Schallkennimpedanz
Schallgrößen

Die Schallkennimpedanz, auch akustische Feldimpedanz oder spezifische akustische Impedanz genannt, ist zusammen mit der akustischen Flussimpedanz und der mechanischen Impedanz eine der drei in der Akustik benutzten Impedanzdefinitionen. Die Schallkennimpedanz Z ist die spezifische Impedanz, die man als Wellenwiderstand des Mediums bezeichnet.

Die Schallkennimpedanz ist eine physikalische Größe und definiert sich über das Verhältnis von Schalldruck zu Schallschnelle. Ihr Formelzeichen ist ZF und ihre abgeleitete SI-Einheit ist Ns/m3. Schallwellenwiderstand oder Schallwiderstand sind veraltete Bezeichnungen für die Schallkennimpedanz. Eine weitere, physikalisch wenig sinnvolle Bezeichnung ist Schallhärte. Bewegen sich Schallwellen von einem Medium in ein anderes (z. B. von Luft in Wasser), so werden sie an der Grenzfläche (in diesem Fall die Wasseroberfläche) umso stärker reflektiert, je größer die Differenz der Schallkennimpedanzen beider Medien ist. Der Schallreflexionsfaktor r ist das Verhältnis von Schalldruck der an der Grenzfläche reflektierten Welle zu Schalldruck der einfallenden Welle. Dieser ist auch das Verhältnis von Differenz der beiden Schallkennimpedanzen zur Summe der Schallkennimpedanzen.

Der Schallreflexionsfaktor r lautet:

r = \dfrac{Z_2 - Z_1} {Z_2 + Z_1} = \dfrac{p_r} {p_e}

bei senkrechtem Schalleinfall.

Die Schallkennimpedanz berechnet sich aus

Z_F = \dfrac{p}{v} = \dfrac{I}{v^2} = \dfrac{p^2}{I} = \rho \cdot c

Die Proportionalitätskonstante zwischen Schalldruck und Schnelle wird als Wellenwiderstand bezeichnet. Das Wort „Widerstand“ soll die Analogie zum elektrischen Widerstand R = U / I signalisieren, da die Spannung ähnlich wie der Schalldruck mit der Kraft zusammenhängt und die Schnelle mit einem Teilchenstrom.

Hierbei stehen die einzelnen Formelzeichen für folgende Größen:

Symbol Einheiten Bedeutung
p = F/A Pascal = N/m2 Schalldruck
v m/s Schallschnelle
I W/m2 Schallintensität
F N, Newton Kraft
A m2 Durchschallte Fläche
ρ (rho) kg/m3 Luftdichte, Dichte der Luft (des Mediums)
c m/s Schallgeschwindigkeit, Schallausbreitungsgeschwindigkeit
beschreibt die Ausbreitungsgeschwindigkeit der
Druckwelle von Teilchen zu Teilchen
ZF = c · ρ N·s/m3 Schallkennimpedanz, Akustische Feldimpedanz

Obige Gleichung zeigt, dass das Produkt aus Luftdichte und Schallgeschwindigkeit gleich der Schallkennimpedanz ist und damit in einem homogenen, invarianten Schallfeld räumlich und zeitlich konstant ist. Dieser Zusammenhang wird auch „ohmsches Gesetz als akustische Äquivalenz“ genannt. In Analogie zum ohmschen Gesetz der Elektrotechnik steht der Schalldruck für die elektrische Spannung U, die Schallschnelle für die elektrischen Stromstärke I und die Schallkennimpedanz ZF für den ohmschen Widerstand R.

Inhaltsverzeichnis

Temperaturabhängigkeit (Tabelle)

Für Luft beträgt die Schallkennimpedanz ZF = 413 Ns/m3 bei 20 °C oder 410 Ns/m3 bei 25 °C. Wie man erkennt, ist diese Größe stark temperaturabhängig.

Schallkennimpedanz, Luftdichte und Schallgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Lufttemperatur
Temperatur
T in °C
Schallgeschwindigkeit
cS in m/s
Luftdichte
ρ in kg/m³
Kennimpedanz
ZF in Ns/m³
+35 352,17 1,1455 403,4
+30 349,29 1,1644 406,7
+25 346,39 1,1839 410,0
+20 343,46 1,2041 413,6
+15 340,51 1,2250 417,1
+10 337,54 1,2466 420,8
+5 334,53 1,2690 424,5
±0 331,50 1,2920 428,3
−5 328,44 1,3163 432,3
−10 325,35 1,3413 436,4
−15 322,23 1,3673 440,6
−20 319,09 1,3943 444,9
−25 315,91 1,4224 449,4

Materialabhängigkeit

Schallkennimpedanz unterschiedlicher Materialien
Material ρ in kg/m3 c in m/s ZF in Ns/m3
Luft (bei 0 °C) 1,2920 331,50 428,3
Wasser (bei 10 °C) 1.000 1.440 1.440.000
Stahl ca. 7.850 ca. 6.000 ca. 45.000.000
Luft (bei 20 °C) 1,204 343,4 413,5
Wasser (bei 20 °C) 998,20 1.480 1,480*106
Quecksilber  ??  ?? 13.600.000 (*)
Gummi  ??  ?? 1.400.000 (*)
Polystyrol  ??  ?? 2.300.000 (*)
Aluminium ca. 2.700 5.100[1] 16.900.000 (*)
Eisen  ??  ?? 45.600.000 (*)
Wolfram  ??  ?? 104.200.000 (*)

(*) Lehrbuch der Physik: Bd. l : Mechanik, Akustik, Wärmelehre. Ernst Grimsehl, Walter Schallreuter. S.256.

Weblinks

Einzelnachweise

  1. Bosch, KFZ-Taschenbuch in der Google Buchsuche-USA

Wikimedia Foundation.

Synonyme:

Schlagen Sie auch in anderen Wörterbüchern nach:

  • Schallkennimpedanz — būdingoji kompleksinė akustinė varža statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Tam tikrame terpės taške plokščiosios sklindančios bangos kompleksinis garso slėgis, padalytas iš kompleksinio dalelių greičio. atitikmenys: angl.… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

  • Schallkennimpedanz — būdingoji kompleksinė akustinė varža statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. characteristic acoustic impedance vok. Schallkennimpedanz, f rus. удельный акустический импеданс, m pranc. impédance acoustique caractéristique, f …   Fizikos terminų žodynas

  • Kennimpedanz — Schallgrößen Schalldruck p Schalldruckpegel Lp Schallschnelle v Schallauslenkung ξ Schallbeschleunigung a Schallintensität I Schallleistung Pak Schallenergiedichte E Schallenergie Schallfluss q …   Deutsch Wikipedia

  • Ohmsches Gesetz der Akustik — Schallgrößen Schalldruck p Schalldruckpegel Lp Schallschnelle v Schallauslenkung ξ Schallbeschleunigung a Schallintensität I Schallleistung Pak Schallenergiedichte E Schallenergie Schallfluss q …   Deutsch Wikipedia

  • Schallimpedanz — Schallgrößen Schalldruck p Schalldruckpegel Lp Schallschnelle v Schallauslenkung ξ Schallbeschleunigung a Schallintensität I Schallleistung Pak Schallenergiedichte E Schallenergie Schallfluss q …   Deutsch Wikipedia

  • Schallwellenwiderstand — Schallgrößen Schalldruck p Schalldruckpegel Lp Schallschnelle v Schallauslenkung ξ Schallbeschleunigung a Schallintensität I Schallleistung Pak Schallenergiedichte E Schallenergie Schallfluss q …   Deutsch Wikipedia

  • Schallwiderstand — Schallgrößen Schalldruck p Schalldruckpegel Lp Schallschnelle v Schallauslenkung ξ Schallbeschleunigung a Schallintensität I Schallleistung Pak Schallenergiedichte E Schallenergie Schallfluss q …   Deutsch Wikipedia

  • Spezifische Schallimpedanz — Schallgrößen Schalldruck p Schalldruckpegel Lp Schallschnelle v Schallauslenkung ξ Schallbeschleunigung a Schallintensität I Schallleistung Pak Schallenergiedichte E Schallenergie Schallfluss q …   Deutsch Wikipedia

  • Bezugsschalldruck — Schallgrößen Schalldruck p Schalldruckpegel Lp Schallschnelle v Schallauslenkung ξ Schallbeschleunigung a Schallintensität I Schallleistung Pak Schallenergiedichte E Schallenergie Schallfluss q …   Deutsch Wikipedia

  • Schalldruckamplitude — Schallgrößen Schalldruck p Schalldruckpegel Lp Schallschnelle v Schallauslenkung ξ Schallbeschleunigung a Schallintensität I Schallleistung Pak Schallenergiedichte E Schallenergie Schallfluss q …   Deutsch Wikipedia


Share the article and excerpts

Direct link
Do a right-click on the link above
and select “Copy Link”

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.