Einleitung

Akustische Wellen sind allgegenwärtig und spielen eine entscheidende Rolle in verschiedenen Anwendungen, insbesondere im Bereich der Elektromagnetik. Diese Wellenphänomene haben zahlreiche Anwendungen, von Mikrofonen und Lautsprechern bis hin zu Oberflächen-Akustikwellen (SAW), die als Radiofrequenzfilter dienen. Dieser Artikel wird sich auf die wichtigsten Konzepte und Anwendungen von akustischen Wellen konzentrieren.

Grundlagen der linearen Akustik

Im Abschnitt 13.1.2 werden die Hauptgleichungen der linearen Akustik hergeleitet, die zu der akustischen Wellengleichung führen. Hierbei liegt der Fokus auf longitudinalen akustischen Wellen, wobei transversale oder "Scher"-Wellen nicht berücksichtigt werden. Diese Gleichungen ermöglichen die Berechnung von Gruppen- und Phasengeschwindigkeiten, der akustischen Impedanz von Medien und eines akustischen Poynting-Theorems.

Akustische Grenzbedingungen und Wellenverhalten an planaren Grenzflächen

Abschnitt 13.2.1 behandelt die akustischen Grenzbedingungen und das Verhalten von akustischen Wellen an planaren Grenzflächen. Hierbei werden Konzepte wie die akustische Snell's Law, Brewster's Angle, der kritische Winkel und evaneszente Wellen erläutert.

Führung von akustischen Wellen und Resonatoren

In Abschnitt 13.2.2 wird gezeigt, wie akustische Wellen in Rohren propagieren können und ähnlich wie elektromagnetische Wellen in TEM-Übertragungsleitungen geführt und manipuliert werden können. Des Weiteren werden Möglichkeiten zur Totalreflexion von akustischen Wellen an festen Grenzen erläutert, und wie sie in Resonatoren mit steuerbaren Q-Werten enden können.

Akustische Strahlung und Antennen

Abschnitt 13.3 behandelt die Themen akustische Strahlung und Antennen, einschließlich Antennenarrays. Der Artikel schließt in Abschnitt 13.4 mit einer kurzen Einführung in repräsentative elektroakustische Geräte.

Akustische Wellen und Leistung

Die meisten Wellen, einschließlich akustischer Wellen, beinhalten Störungen. Im Bereich der Gase werden die grundlegenden Gleichungen für lineare Akustik hergeleitet, wobei die adiabatische akustische Verfassungsgleichung hervorgehoben wird. Diese Gleichung beschreibt, wie sich die Dichteänderung zu Änderungen im Druck verhält.

Akustische Geschwindigkeiten in verschiedenen Medien

Die akustischen Geschwindigkeiten variieren in verschiedenen Medien. In Gasen wird die adiabatische akustische Verfassungsgleichung verwendet, während für Feststoffe und Flüssigkeiten der Bulkmodul K verwendet wird. Typische akustische Geschwindigkeiten reichen von 900 bis 2000 m/s in Flüssigkeiten bis zu 13.000 m/s in Feststoffen.

Akustische Wellen in der Praxis

Der Artikel schließt mit einem Beispiel ab, das die Anwendung von akustischen Wellen in einem lauten Radio illustriert. Hierbei werden wichtige Parameter wie Wellenlänge, Spitzen- und Scheitel-Druck, Teilchengeschwindigkeit und Verdrängung analysiert.

Fazit

Diese umfassende Analyse der akustischen Wellen bietet einen tiefen Einblick in die Grundlagen, Anwendungen und praktische Aspekte dieses weitreichenden Phänomens. Von den grundlegenden Gleichungen bis hin zu realen Anwendungen zeigt dieser Artikel die Breite und Tiefe der akustischen Wellen in Wissenschaft und Technologie.