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Messung des Schalls

Einleitung

Unter dem Schall versteht man dynamische Schwingungen, meist als Longitudinalwellen, die sich über Druckschwankungen ausbreiten und deshalb auch Druckwellen genannt werden. Die Schallgeschwindigkeit (Ausbreitungsgeschwindigkeit) hängt stark von den Eigenschaften des Mediums und der Temperatur ab (z.B. 331 m/s in Luft bei 0 °C). Vom menschlichen Gehörorgan wahrnehmbare Schallwellen haben Frequenzen von 20-16000 Hz. Schwingungen, die kleinere Frequenzen als 20 Hz haben, nennt man Infraschallwellen. Schallwellen mit einer Frequenz über 16000 Hz werden Ultraschall genannt. Sehr hohe Schwingfrequenzen (größer als 109 Hz) nennt man Hyperschall. Die Frequenz f der Schallwellen hängt von der Wellenlänge λ und der Schallgeschwindigkeit c ab:

c = f λ

Ultraschallwellen werden mit piezoelektrischen Materialien erzeugt und können über diese auch detektiert werden. Werden piezoelektrische Materialien als Sender verwendet, so werden elektrische Spannungen in mechanische Bewegungen umgewandelt. Umgekehrt funktioniert das Prinzip, wenn man das piezoelektrische Material als Detektor verwendet, dann werden die durch die Druckschwankungen entstehenden mechanischen Bewegungen des Materials in elektrische Spannungen umgewandelt.

Abb.1
Aufbau eines Ultraschall-Sensors

Von besonderer Bedeutung für die Erfassung und Wandlung von Schallwellen sind die verschiedenen Arten von Mikrophonen, die nachfolgend näher betrachtet werden sollen.

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