Schallkennimpedanz

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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 Z_F 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.

Sie berechnet sich aus:

<math>Z_F = \frac{p}{v} = \frac{I}{v^2} = \frac{p^2}{I} = \rho \cdot c</math>

Hierbei stehen die einzelnen Formelzeichen für folgende Größen:

p - Schalldruck in Pascal Pa = N/m²

v - Schallschnelle in m/s

I - Schallintensität in W/m²

F - Kraft in Newton N

ρ (rho) - Luftdichte in kg/m³

c - Schallgeschwindigkeit in m/s = Schallausbreitungsgeschwindigkeit (beschreibt die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Druckwelle von Teilchen zu Teilchen)

Z_F - 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 das „Ohmsche Gesetz der Akustik“ 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 Z_F für den Ohmschen Widerstand R.

Die Wirkung der Temperatur - Temperaturabhängigkeit (Tabelle)

Für Luft beträgt die Schallkennimpedanz Z_F = 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 c in m/s	Dichte ρ in kg/m3	Kennimpedanz 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

Materialabhängigkeit

Schallkennimpedanz unterschiedlicher Materialien

Material	ρ in kg/m3	c in m/s	ZF in Ns/m3
Luft (bei 1 bar und 20 °C)	1,204	343,4	413,5
Wasser (bei 10 °C)	1000	1440	1 440 000
Stahl	ca. 7500	ca. 6000	ca. 45 000 000

Weblinks

• Das Ohmsche Gesetz der Akustik - Umrechnung von Schallimpedanz, Schalldruck, Schallschnelle & Schallintensität