Charakteristische Schallimpedanz

Die charakteristische Schallimpedanz $Z_0$ ist eine wichtige Größe in der Akustik. Sie ist definiert als der Quotient aus Schalldruck $p$ und Schallschnelle $v$:

Hierbei ist $\rho_0$ die Dichte des Mediums und $c$ die Schallgeschwindigkeit, welche wiederum aus einigen Umgebungs und Materialeigenschaften berechnet werden kann. Die Schallimpedanz ist also eine Eigenschaft des Mediums.

1. Was bedeutet das?

Die charakteristische Schallimpedanz beschreibt, wie "widerständig" ein Medium für Schallwellen ist. Sie ist eine Materialeigenschaft, die angibt, wie viel Druck nötig ist, um eine bestimmte Teilchengeschwindigkeit zu erzeugen.

Intuitive Erklärung:

• In Luft ($Z_0 \approx 415 \frac{\text{Pa} \cdot \text{s}}{\text{m}}$) braucht man relativ wenig Druck, um die Luftteilchen in Bewegung zu setzen
• In Wasser ($Z_0 \approx 1.48 \cdot 10^6 \frac{\text{Pa} \cdot \text{s}}{\text{m}}$) braucht man viel mehr Druck für die gleiche Teilchengeschwindigkeit
• Wasser ist also "widerständiger" gegen Schall als Luft

Praktische Bedeutung:

• Bei der Reflexion von Schallwellen an Grenzflächen (z.B. Luft-Wasser) bestimmt der Impedanzunterschied, wie viel Schall reflektiert wird
• Mikrofone und Lautsprecher müssen an die Impedanz des Mediums angepasst werden
• Die Impedanz bestimmt die Schallausbreitung und -dämpfung in verschiedenen Materialien