Bilder-plus.de
☰ zu

Schallfelder

In der Physik benutzt man den Feldbegriff um jeden Punkt eines Raumes charakteristsiche, zeit- und ortsabhängige Größen zu ordnen zu können. Die Kenngrößen den Schallfeldes sind p und v. Diese Feldgrößen sind im Schallfeld durch die Grundgleichung des Schallfeldes, die Wellengleichung bzw. Differenzialgleichung des Feldes miteinander verknüpft.

 

Ebenes Wellenfeld

Theoretisch sind nur unendlich große, ebene, konphas, schwingendes Wände oder Platten in der Lage ebene Wellen und somit ein ebenes Wellenfeld im freien Raum zu erzeugen. Ebene Wellen sind dadurch gekennzeichnet, dass die sich ausbreitenden Wellenfronten Ebenen sind.

 

Kugelwellenfeld

Die meisten natürlich und technischen Schallquellen erzeugen Kugelwellen. Zweckmäßig ist es, zur Berechnung und Beschreibung der Kugelwellenfelder in Kugelkoordinaten überzugehen. Dabei steht der Radius r für die Entfernung eines bestimmtes Punktes der Welle von der Schallquelle. Außerdem verwendet man den Azimuswinkel ("Längengrad") und den Deklinationswinkel ("Breitengrad"). Bei der Wellengleichung unterliegt nur der Radius r einer Veränderung.

Kugelkoordinaten

Die sich ausbreitenden Wellenfronten sind bei der Kugelwelle Kugelschalen, die sich mit zunehmenden Abstand von der Quelle quasiebenen Flächen nähern. Für die vereinfachte Berechnung muss sich folgende Bedingung erfüllt sein:

    Wellenlänge Lambda < Radius

Schalldruck p und Schallschnelle v sind in der Kugelwelle im Nahfeld der Quelle phasenverschoben. Das hat zur Folge, dass auch beim Wellenwiderstand Z Real- und Imaginärteil in Erscheinung treten.

 

Zylinderwellenfeld

Zylinderwellenfelder werden von der Oberfläche von Zylindern und ähnlichen emittiert. Sie breiten sich im Inneren von kreisrunden Rohren aus. Im Freien sind sie in der Umgebung von beegten Schallquellen zu beobachten. Zum Beispiel bei langen Zügen auf einer Bahntrasse oder Fahrzeugströmen auf hochfrequentierten Straßen.

Die Wellen breiten sich von der Mittelachse des Zylinders nach Außen aus.


Nachfeld und Fernfeld

Nahfeld und Fernfeld einer Schallquelle sind nur im Zusammenhang mit dem Verhältnis des Radiuses eines bestimmten Punktes zur Schallquelle und der Wellenlänge Lambda des Schallsignale zu sehen.

    Im Fernfeld gilt: Radius > Lambda

    Im Nahfeld gilt: Radius < Lambda

Nahfeldverhältnisse sind gekennzeichnet durch einen hohen Anteil akustischer Blindleistung und eine nur geringe Wirkschallleistung bzw. Intensität im Quellbereich. Ursache ist für Radius << Lambda eine Phasenverschiebung zwichen Druck und Schnelle von 90°.

Dem Nahfeld folgt das freie Schallfeld(Direktschallfeld), in welchem der Schalldruckpegel z.B. bei einer Kugelwelle pro Entfernungsverdoppelung um 6 dB abnimmt.

 

Diffuses Schallfeld

Das diffuse Schallfeld wird auch Hallfeld genannt. Es ist, wie das der ebene Wellen und Kugelwellen, ein Modellschallfeld, welches aber bei Gültigkeit idealisierender Annahmen eher praxisbezogene Rechnungen erlaubt.

Frequenzbreiche für Raum- und Bauakustik

Diffuse Schallfelder treten in Räumen mit hinreichend reflektierenden Raumbegrenzungensflächen auf. Man geht davon aus, dass in jedem Raumpunkt alle Schallausbreitungsrichtungen gleichermaßen am Energietransport beteiligt sind.

Diffuse Schallfelder entstehen immer dann, wenn durch die in einem Raum eingespeisten Schallsignale (Frequenzgemisch) ausreichend viele Eigenmoden des Raumes angeregt werden. Sie bieten gute Veraussetzungen für akustische Präzisionsmessungen (Hallräume)


Weitere Links