Schalldruck aus Schallintensität

Geben Sie die Intensität in Watt pro Quadratmeter, die Dichte des Mediums in Kilogramm pro Kubikmeter und die Schallgeschwindigkeit in Metern pro Sekunde ein. Als Ergebnis erhalten Sie den Druck in Pascal sowie die spezifische akustische Impedanz des Mediums und die verwendeten Werte. Das Werkzeug eignet sich für technische Prüfungen, wenn die Intensität bekannt ist und ein RMS-Druck benötigt wird, sofern die Annahmen einer ebenen Welle zutreffen.

Verstehen Sie die Ebenenwellenbeziehung

Bei einer fortschreitenden ebenen Welle in einem verlustfreien Medium hängen die zeitlich gemittelte Schallintensität und der Effektivwert des Drucks über I = p_rms²/(ρc) zusammen. Umgestellt ergibt sich p_rms = √(Iρc); diese Gleichung wird hier verwendet. Das Produkt ρc ist die spezifische akustische Impedanz des Mediums. Sie beschreibt, wie Druck und Teilchengeschwindigkeit während der Wellenausbreitung gekoppelt sind. Geben Sie die Intensität in Watt pro Quadratmeter, die Dichte in Kilogramm pro Kubikmeter und die Schallgeschwindigkeit in Metern pro Sekunde ein, um den Druck in Pascal zu erhalten. Der Rechner gibt außerdem die akustische Impedanz in Pascalsekunden pro Meter aus, damit diese physikalische Zwischengröße sichtbar und leicht prüfbar bleibt. Die Intensität darf null sein und führt dann zu einem Druck von null; Dichte und Schallgeschwindigkeit müssen hingegen strikt positiv sein. Alle Werte müssen endlich sein. Die eingegebenen Daten werden unverändert verwendet, ohne stillschweigend Standardwerte für Luft einzusetzen, da Temperatur, Gaszusammensetzung, Höhe, Flüssigkeiten und Feststoffe Dichte oder Ausbreitungsgeschwindigkeit erheblich beeinflussen können.

Wählen Sie zur Messung passende Eingaben

Verwenden Sie die zeitlich gemittelte Intensität derselben Welle und desselben Ortes, für die der gewünschte RMS-Druck gelten soll. Geben Sie keine Schallleistung ein, ohne sie zuvor durch eine geeignete Ausbreitungsfläche zu teilen, denn Watt und Watt pro Quadratmeter sind unterschiedliche physikalische Größen. Nutzen Sie außerdem Dichte und Schallgeschwindigkeit des tatsächlichen Mediums unter den maßgeblichen Bedingungen. Für gewöhnliche Luft bei Raumtemperatur können Tabellenwerte eine Schätzung ermöglichen; ein kalibriertes Ergebnis sollte jedoch auf Umweltwerten oder Messwerten beruhen, die zum Versuch passen. Dichte und Schallgeschwindigkeit müssen dasselbe Medium beschreiben. Die Dichte von Luft mit der Schallgeschwindigkeit in Wasser zu kombinieren, ergibt zwar eine mathematisch gültige Zahl, aber keine physikalisch sinnvolle Aussage. Die Beziehung betrifft den RMS-Druck, nicht Spitzen- oder Spitze-Spitze-Druck. Bei einer Sinuswelle ist der Spitzendruck gleich dem RMS-Druck multipliziert mit der Quadratwurzel aus zwei; beliebige Wellenformen lassen sich damit jedoch nicht allgemein beschreiben. Behalten Sie alle Eingaben in den angegebenen SI-Einheiten. Liegen Quelldaten in Milliwatt pro Quadratmeter, Gramm pro Kubikzentimeter oder einem anderen Einheitensystem vor, rechnen Sie diese vorab um, damit der ausgegebene Druck korrekt in Pascal angegeben wird.

Beurteilen Sie den Gültigkeitsbereich

Die Ebenenwellengleichung eignet sich am besten, wenn sich das Schallfeld lokal wie eine einzelne fortschreitende Welle verhält und Druck sowie Teilchengeschwindigkeit phasengleich sind. Beispiele sind die idealisierte Ausbreitung in einem gleichförmigen Kanal, Messungen in ausreichendem Abstand von einer Quelle im Freifeld und kontrollierte Akustikversuche mit laufenden Wellen. In einem reaktiven Nahfeld, einem stark hallenden Raum oder einem Bereich mit stehenden Wellen kann sie ungenau werden. Dort kann Energie in beide Richtungen fließen, sodass der lokale Druck nicht über die einfache Impedanz ρc der Nettointensität entspricht. Reflexionen, Absorption, Grenzflächen, evaneszente Felder und mehrmodige Ausbreitung können ebenfalls eine komplexe akustische Impedanz oder ein umfassenderes Feldmodell erfordern. Betrachten Sie das Ergebnis als modellgestützte Umrechnung und nicht als Ersatz für eine Mikrofonkalibrierung oder direkte Druckmessung. Dokumentieren Sie zweckmäßigerweise das Intensitätsverfahren, die Eigenschaften des Mediums, die Umgebungsbedingungen und den Abstand zur Quelle zusammen mit dem Ergebnis. Dieser Kontext macht spätere Vergleiche aussagekräftig und hilft Prüfern einzuschätzen, ob die Annahme einer fortschreitenden ebenen Welle für Messgeometrie und Frequenzbereich gerechtfertigt war.