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Polski🔉 Akustische Impedanz
Simulieren Sie akustische Impedanz und Wellenreflexion an Materialgrenzen. Visualisieren Sie einfallende, reflektierte und transmittierte Wellen durch Luft, Wasser, Gewebe, Knochen und Stahl. Berechnen Sie Reflexionskoeffizient, Transmissionsverlust und SWR.
Über akustische Impedanz & Transmission
Die akustische Impedanz Z = ρ·c (gemessen in Rayl) ist das Produkt aus der Dichte ρ eines Materials und der Schallgeschwindigkeit c darin. Trifft eine Schallwelle auf eine Grenze zwischen zwei Materialien unterschiedlicher Impedanz, wird sie teilweise reflektiert und teilweise transmittiert, gemäß dem Druckreflexionskoeffizienten R = (Z₂ − Z₁)/(Z₂ + Z₁) und dem Transmissionskoeffizienten T = 2Z₂/(Z₁ + Z₂).
Die Simulation visualisiert einfallende (blau), reflektierte (orange) und transmittierte (grün) Wellen in Echtzeit über eine Grenzfläche. Ein zweites Panel zeigt die Hüllkurve der stehenden Welle auf der Einfallsseite. Sie können aus fünf realen Materialien wählen (Luft, Wasser, Weichgewebe, Knochen, Stahl) und Frequenz sowie Amplitude anpassen.
Häufig gestellte Fragen
Was ist akustische Impedanz und warum ist sie wichtig?
Die akustische Impedanz Z = ρ·c bestimmt, wie viel Widerstand ein Material einer sich ausbreitenden Schallwelle entgegensetzt. Bei unterschiedlichen Impedanzen zweier Materialien kann Schall die Grenze nicht ohne teilweise Reflexion überqueren.
Was stellt der Reflexionskoeffizient R dar?
R = (Z₂ − Z₁)/(Z₂ + Z₁) ist der Druckreflexionskoeffizient und liegt zwischen −1 und +1. Sein Quadrat R² gibt den Anteil der reflektierten Leistung an. Bei perfekter Impedanzanpassung (Z₁ = Z₂) ist R = 0.
Was ist das Stehwellenverhältnis (SWR)?
Das SWR = (1 + |R|)/(1 − |R|) misst das Verhältnis zwischen maximaler und minimaler Druckamplitude auf der Einfallsseite. Ein SWR von 1 bedeutet keine Reflexion, ein gegen unendlich strebendes SWR bedeutet vollständige Reflexion.
Warum ist die Impedanzfehlanpassung Luft-Gewebe ein Problem für Ultraschall?
Luft hat Z ≈ 415 Pa·s/m, Weichgewebe dagegen Z ≈ 1,63 MRayl — eine Fehlanpassung von etwa 3.500:1. Daraus ergibt sich R² ≈ 0,9989, sodass nur etwa 0,1 % der Schallenergie in den Körper eindringt. Ultraschallgel gleicht diesen Luftspalt aus.