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Schallkennimpedanz
Aus Kefk.
| Schallgrößen |
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Die Schallkennimpedanz, auch akustische Feldimpedanz oder spezifische Schallimpedanz 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.
Die Schallkennimpedanz berechnet sich aus:
- Parser-Fehler (Unbekannter Fehler\dfrac): Z_F = \dfrac{p}{v} = \dfrac{I}{v^2} = \dfrac{p^2}{I} = \rho \cdot c \,
- Hierbei stehen die einzelnen Formelzeichen für folgende Größen:
v Schallschnelle in m/s I Schallintensität in W/m2 F Kraft in Newton N A Fläche in m2 ρ (rho) Luftdichte in kg/m3 c Schallgeschwindigkeit in m/s = Schallausbreitungsgeschwindigkeit
(beschreibt die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Druckwelle von Teilchen zu Teilchen)ZF Schallkennimpedanz in N·s/m3.
Obige Gleichung zeigt, dass das Produkt aus Luftdichte und Schallgeschwindigkeit gleich der Schallkennimpedanz ist und diese 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 elektrischen Spannung U, die Schallschnelle für die elektrischen Stromstärke I und die Schallkennimpedanz ZF für den ohmschen Widerstand R.
Die Wirkung der Temperatur – 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
ϑ in °CSchallgeschwindigkeit
c in m/sDichte
ρ in kg/m³Kennimpedanz
ZF in Ns/m³-10 325,4 1,341 436,5 -5 328,5 1,316 432,4 0 331,5 1,293 428,3 5 334,5 1,269 424,5 10 337,5 1,247 420,7 15 340,5 1,225 417,0 20 343,4 1,204 413,5 25 346,3 1,184 410,0 30 349,2 1,164 406,6
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Materialabhängigkeit
Schallkennimpedanz unterschiedlicher Materialien Material ρ in kg/m3 c in m/s ZF in Ns/m3 Luft (bei 20 °C) 1,204 343,4 413,5 Wasser (bei 10 °C) 1.000 1.440 1.440.000 Stahl ca. 7.500 ca. 6.000 ca. 45.000.000
Weblinks
- Das Ohmsche Gesetz als akustische Äquivalenz – Umrechnung von Schallimpedanz, Schalldruck, Schallschnelle und Schallintensität
- Zusammenhang der akustischen Größen bei ebenen fortschreitenden Schallwellen – pdf
- Vergleichende Darstellung von Schallfeldgrößen und Schallenergiegrößen – pdf
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