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Akustische Eigenschaften

Grundlagen

Die akustischen Eigenschaften werden im Wesentlichen durch die Werkstoffkennwerte Schallgeschwindigkeit und Schalldämpfung repräsentiert. Sie sind eng verknüpft mit den mechanischen Werkstoffkenngrößen Elastizitätsmodul (kurz: E-Modul) und Querkontraktionszahl sowie der Zähigkeit. Den Zusammenhang zwischen der Schallgeschwindigkeit v mit dem E-Modul M und der Querkontraktionszahl µ zeigt die folgende Gleichung:

. (1)

Hierbei ist M der Modul, der je nach Anregungsart der Elastizitäts-, Schub- oder Kompressionsmodul sein kann und ρ die Massendichte (siehe: Dichte) des Werkstoffs. Im Falle von Longitudinalwellen (= Längswellen, d. h. Wellenausbreitung und Teilchenschwingungen sind parallel) geht Gleichung (1) über in

. (2)

Schalldämpfung und Schalldämpfungskoeffizient

Die Schalldämpfung zeigt aufgrund der inneren Reibung der Volumenelemente beim Durchgang der Welle durch das Medium eine exponentielle Abhängigkeit der Schallintensität:

. (3)

Der Faktor 2 entsteht durch den doppelten Schallweg im Impuls-Echo-Verfahren. Der Faktor α im Exponenten der Gl. (3) ist der Schalldämpfungskoeffizient; er besitzt die Dimension 1/m und stellt damit einen werkstoffspezifischen Kennwert dar, der aber von der Messfrequenz abhängig ist:

. (4)

Temperaturabhängigkeit der akustischen Eigenschaften

Speziell Kunststoffe besitzen eine starke Temperaturabhängigkeit der akustischen und mechanischen Eigenschaften, die insbesondere das viskoelastische Verhalten und die Dämpfung (Gl. 5) dieser Materialien beeinflusst.

. (5)

In der nachfolgenden Tabelle sind einige Schallgeschwindigkeiten und spezifische Dämpfungen ausgewählter Werkstoffe aufgelistet.


Werkstoff Schallgeschwindigkeit (long.) vs (m s-1) Spezifische Dämpfung
V (dB mm-1)
Stahl 5900 0,25
Aluminium 6400 0,13
Messing 4300 0,15
synthetischer Kautschuk 1460 4,12
PMMA 2540 0,31
PS 2350 2,07
PVC 2300 1,85
PA 6 2570 2,38
PP 2550 2,26
PE 1800 2,26
Derakane 411 2400 0,55
Derakane 470 2700 0,33
Derakane 411 (36 M.-% GF) 2510 0,70
Derakane 411 (70 M.-% GF) 3050 0,50


Literaturhinweise

  • Šutilov, V. A.: Physik des Ultraschalls. Akademie Verlag, Berlin (1984)
  • Kuttruff, H.: Akustik – Eine Einführung. S. Hirzel Verlag, Stuttgart Leipzig (2004)
  • Koschkin, N. I., Schirkewitsch, M. G.: Elementare Physik. Akademie Verlag, Berlin (1987)