Fernfeld

Ein Fernfeld ist in der Akustik, der Optik (Lasertechnik, Mikroskopie) und bei Antennen (Funktechnik) im Gegensatz zum Nahfeld ein weiter von der Quelle (Sender oder Strahler) entfernter Bereich des Feldes einer elektromagnetischen oder Schallwelle.

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Jede konzentrierte Quelle einer Welle hat ein Fernfeld und ein Nahfeld. Während die Gestalt des Nahfeldes abhängig von der Gestalt der Quelle ist, bleibt das Fernfeld von ihr unbeeinflusst.

Beispiel Akustik

Am übersichtlichsten ist die Grenze zwischen beiden Feldern am Beispiel eines akustischen Strahlers nullter Ordnung (atmende oder pulsierende Kugel) darzustellen. Das Feld eines solchen Strahlers ist gekennzeichnet durch die Bedingung:

Dabei bedeuten:

• k = Kreiswellenzahl
• r = Entfernung (Abstand) vom Messpunkt zur Schallquelle (Sender, Strahler)

Die Schallbegriffe Fernfeld und Nahfeld werden nicht immer genau von den Ausdrücken Raumfeld bzw. Diffusfeld und Direktfeld bzw. Freifeld auseinandergehalten. Fernfeld und Nahfeld kennzeichnen die Schallquelle selbst, während Raumfeld R (Diffusfeld) und Direktfeld D (Freifeld) durch die raumakustischen Eigenschaften des Umgebungsraums bestimmt werden.

Die Angabe einer genauen Grenze zwischen Nahfeld und Fernfeld der Schallquelle ist nur bedingt möglich und hängt davon ab, welchen Restphasenwinkel φ man zwischen Schalldruck und Schallschnelle noch gelten lässt. Es gibt darüber keine Einigkeit bei den Akustikern. Eine vertretene Meinung ist: Das Nahfeld einer Schallquelle sei bei r < 2 · λ und das Fernfeld sei bei r > 2 · λ - aber auch r > λ wird genannt.

Im Fernfeld einer sich ausbreitenden Kugelwelle sind der Schalldruck p und die Schallschnelle v phasengleich. Der Amplitudenverlauf beider Schallfeldgrößen p und v ändert sich umgekehrt proportional mit der Entfernung (1/r-Gesetz); das ist die Abnahme des Schallpegels um (-)6 dB pro Entfernungsverdopplung nach dem Abstandsgesetz.
Die Ortsabhängigkeit der Schallschnelle ist dagegen komplex. Zwischen dem Phasenwinkel φ und der Größe k · r besteht die Beziehung:

Nach dieser Beziehung ergibt sich für den verbleibenden Restphasenwinkel φ in einer Entfernung von r = 2 · λ ein Wert von cos φ = 0,997, entsprechend φ = 4,44°, so dass man sich bei einer Entfernung r > 2 · λ im Fernfeld des Strahlers nullter Ordnung befindet.

Bei Schallquellen, die nicht auf einen Strahler nullter Ordnung zurückzuführen sind, ist die Angabe einer Nahfeld-Fernfeld-Grenze viel schwieriger. Hier sind auch die Abmessungen der Schallquelle zu berücksichtigen. Bei Schallmessungen an Maschinen geht man in der Praxis davon aus, dass man bei den dort üblichen Frequenzen sich sicher im Fernfeld befindet, wenn der Abstand des Messpunkts das Doppelte der größten Maschinenabmessung beträgt.

Siehe auch

• Nahfeld | Kugelwelle | Ebene Welle | Direktfeld | Raumfeld | Schallfeldgröße | Abstandsgesetz | Schallgeschwindigkeit | Rayleighlänge