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PHY
Artikel-Nr. VK-PHY10

PHY10 Schallfeldcharakteristik

Untersuchung des Schallfeldes einer Ultraschallsonde in Wasser mit Hilfe eines Hydrophons

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Gegenstand des Versuchs

Im Versuch werden das Schallfeld einer Ultraschallsonde in Wasser durch Bestimmung der Schalldruckverteilung in axialer und lateraler Richtung mit Hilfe eines Hydrofons untersucht und charakterisierende Schallfeldgrößen diskutiert.

Keywords: Schallfeld, Nahfeld, Fernfeld, Fokuszone, Schalldruck, Schalldruckverteilung, Schallgeschwindigkeit, Schallintensität

Theoretische und praktische Aspekte zum Versuch

Der Bereich in einem Medium, in dem sich Schallwellen ausbreiten, wird als Schallfeld bezeichnet. Es besitzt abhängig vom Material und der Schallerzeugung bzw. -einkopplung eine bestimmte Geometrie, begrenzt maßgeblich das laterale Auflösungsvermögen einer Ultraschallsonde und kann Einfluss auf die Schalldämpfung haben. Das Schallfeld kann durch Schallfeldgrößen wie Schalldruck und Schallschnelle oder Schallenergiegrößen wie Schallenergie und Schallintensität beschrieben werden. Mit Hilfe eines Hydrofons kann das Schallfeld in einer Flüssigkeit durch Bestimmen der Schalldruckamplitude längs und quer zur Schallfeldachse untersucht werden. Aus der Amplitudenverteilung sind charakteristische Merkmale wie Nahfeldlänge und Schallfeldbreite ableitbar.

Ergebnis

Für eine 2-MHz-Sonde (16 mm Durchmesser) ergibt sich in Wasser (c = 1497 m/s, T =25 °C) eine theoretische Nahfeldlänge von 85 mm. Die Hydrofonmessung entlang der Schallfeldachse (oberes Diagramm) zeigt ein etwas nach hinten verschobenes Maximum bei ca. 100 mm. Die Messungen der lateralen Schallfeldverteilung in verschiedenen Sondenabständen (unteres Diagramm) zeigen im Bereich des Nahfeldes eine lokale Modulationen der Signalamplitude.

Amplitudenscan längs der Schaltachse

Amplitudenscan längs der Schaltachse

 

Amplitudenscan quer zur Schaltachse

Amplitudenscan quer zur Schaltachse

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