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KugelwelleDie Kugelwelle ist eine sich gleichmäßig von einer Quelle in alle Raumrichtungen in streng konzentrischen Wellenfronten ausbreitende Welle (z. B.: Schallwelle, Lichtwelle). Weiteres empfehlenswertes FachwissenSolch eine kugelförmige Wellenfront entsteht jedoch nur unter der Annahme stark idealisierter Voraussetzungen, z. B. bei einem Kugelstrahler nullter Ordnung, also einer "atmenden" Kugel, als Quelle, bei Abstrahlung in ein homogenes isotropes Medium (üblicherweise Luft) bei ungestörter Ausbreitung. Dies kommt eigentlich nie vor. Ist der Ausgangsort einer Welle (Sender) als punktförmig anzusehen, so breitet sich die Welle in einem homogenen, isotropen Medium als Kugelwelle aus, d. h. die Flächen gleicher Phasen sind konzentrisch zum Sender gelegene Kugelflächen, die gleiche Abstände voneinander haben. Wie man erkennt, verteilt sich bei der Schall-Kugelwelle die Energiedichte auf immer größere Flächen, d. h. sie nimmt mit 1/r2 ab. Daraus ergibt sich eine Abnahme der Wellenamplitude oder des Schalldrucks mit 1/r. Diese mit dem reziproken Abstandsquadrat gegebene Abnahme der Energiedichte einer Kugelwelle wird auch als das quadratische Energie-Abstandsgesetz bezeichnet. Anders ausgedrückt könnte man auch sagen, dass sich durch die Vervierfachung der Fläche bei Verdopplung der Entfernung zum Sender die Leistungsdichte auf ein Viertel (-6 dB) und der Schalldruckpegel auf die Hälfte (-6 dB) reduziert. Elektromagnetische Kugelwellesiehe Elektromagnetische Welle Akustische Kugelwelle (Schall)Für die Abnahme von Schalldruck p und Schallschnelle v gilt im Fernfeld, wenn die Entfernung vom Messpunkt zum Sender mit r bezeichnet wird:
Alle Schallfeldgrößen nehmen im Fernfeld nach dem 6 dB-Abstandsgesetz mit ab. Das heißt, die Größenwerte halbieren sich je Entfernungsverdopplung. Die Schallintensität nimmt als Schallenergiegröße proportional mit dem Quadrat der Entfernung vom Sender ab, weil die von der Quelle ausgestrahlte Schallleistung eine sich ständig vergrößernde Fläche durchsetzt, so dass die Schallintensität in dem Maße abfällt, wie die Fläche anwächst. A ~ r2. Die insgesamt abgestrahlte Schallleistung muss auf einer Hüllfläche um die Kugelschallquelle konstant bleiben, das heißt, sie muss von der Senderentfernung r unabhängig sein. Dabei bedeuten:
Mit wachsender Entfernung vom Sender werden die Kugelwellen ebenen Wellenfronten immer ähnlicher. Charakteristisch für Kugelwellen ist, dass alle Schallfeldgrößen auf konzentrischen Schalen um den Erregungsmittelpunkt des Senders konstant sind, während diese dagegen bei ebenen Wellen in Ebenen konstant sind, die senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Wellenbewegung stehen. Man unterscheidet ähnlich wie bei elektromagnetischen Kugelwellen auch bei Kugelschallwellen zwischen einem Nahfeld (r < 2 · λ) und einem Fernfeld (r > 2 · λ). Die Schallschnelle v und die Schallauslenkung ξ nehmen im Nahfeld mit und im Fernfeld mit ab. Siehe auchNahfeld | Fernfeld | Ebene Welle | Abstandsgesetz | |
Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Kugelwelle aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar. |