Können Schallwellen reflektiert werden: Was, Warum, Wann, Wo, Arten und detaillierte Fakten


Wenn Sie „Reflexion“ hören, denken Sie sofort an Licht. Sie fragen sich vielleicht, ob Schallwellen reflektiert werden können? Und was ist die Schallreflexion? Gehen Sie den Artikel im Detail durch, um diese Antworten zu finden.

Schall ist, genau wie Licht, eine Art Energie. Die Energie wird in Form einer Welle transportiert. Sowohl Lichtwellen als auch Schallwellen haben einige gemeinsame Merkmale wie Reflexion, Brechung und Beugung.

Wann können Schallwellen reflektiert werden?

Schall, eine mechanische Welle, folgt denselben Reflexionsregeln wie Licht.

Es wird einfach als „Schallreflexion“ bezeichnet, wenn Schall von einer polierten oder unpolierten Oberfläche zurückgeworfen wird. Mit anderen Worten, eine Schallreflexion tritt auf, wenn eine Schallwelle durch ein Medium wandert und dann auf die Oberfläche eines anderen trifft und auf entgegengesetztem Weg zurückkehrt.

Reflexionsgesetze von Schallwellen:

  • Der Reflexionswinkel im Falle einer Schallreflexion ist derselbe wie der Einfallswinkel.

𝛉i =𝛉r

Wo, 𝛉i = Einfallswinkel

             𝛉r = Reflexionswinkel

  • Die Ebene, von der der Schall reflektiert wird, ist die gleiche wie die Ebene, von der der einfallende und der normale Schall erzeugt werden.
können Schallwellen reflektiert werden

Daraus können wir ableiten, dass Licht- und Schallwellen beide denselben Reflexionsgesetzen gehorchen. 

Der Unterschied besteht darin, dass für die Reflexion von Schall im Gegensatz zu Licht keine polierte Oberfläche erforderlich ist. Schall kann auch von jeder rauen Oberfläche reflektiert werden. Daher muss nur eine beliebige Oberfläche oder ein Hindernis zurückreflektiert werden. Außerdem beeinflusst die Form der Oberfläche, von der der Schall reflektiert wird, die Schallreflexion.

Denken wir an eine Illustration:

Nehmen wir an, Sie werfen einen Ball gegen eine Wand und er springt direkt zu Ihnen zurück. Jetzt, da Sie die Wand mit der Taschenlampe beleuchten, erleben Sie das Phänomen der Lichtreflexion. Dasselbe passiert, wenn Sie nahe an einer Wand sprechen – Sie hören, was Sie gerade gesagt haben. Ja, Ihre Vermutung ist richtig; es ist nichts weiter als eine Schallreflexion.

Wenn Sie sprechen, werden Schallwellen erzeugt, und wenn Sie sie zurückhören, werden Schallwellen mit hörbarer Frequenz von der Wandoberfläche zurückgeworfen. Infolgedessen ist die Schallreflexion dafür verantwortlich, dass Sie Ihren eigenen Klang hören.

Betrachten wir nun die Reflexion von Schallwellen von verschiedenen Oberflächen.

Reflexion von Schall auf verschiedenen Oberflächen:

Die Schallreflexion hängt auch von der Art der Oberfläche ab, z. B. ob sie dünner oder dichter ist. Wird der Schall von einem dichteren Material reflektiert, findet lediglich eine 180-Grad-Phasenänderung statt. Wenn sie jedoch von einem selteneren Medium reflektiert wird, wird die Komprimierung als Verdünnung reflektiert und umgekehrt. Lassen Sie uns näher darauf eingehen.

Schallreflexion auf harten Oberflächen ODER starren Begrenzungen:

Aufgrund der Kompression und Verdünnung, aus denen Schallwellen bestehen, wechseln ihre Bereiche zwischen Hoch- und Tiefdruck. Kompression und Verdünnung sind Begriffe, die verwendet werden, um gleichzeitig den Bereich des hohen und niedrigen Drucks zu beschreiben. Als Ergebnis sind Schallwellen eine Art Druckwelle sowie.

Stellen Sie sich eine Schallwelle (Druckwelle oder Longitudinalwelle) vor, die durch die Luft wandert und mit einer harten Oberfläche wie einer Wand kollidiert. Wenn nun die Kompression der Schallwelle auf eine harte Oberfläche trifft, versucht sie im Wesentlichen, die Wand durch Aufbringen von Kraft zu drücken. Da die Wand jedoch eine harte Oberfläche ist, drückt sie die in der Luft durch Schall erzeugte Kompression in die entgegengesetzte Richtung, indem sie eine gleiche und entgegengesetzte Kraft aufbringt.

Als Ergebnis bewegt sich die Komprimierung, die sich in die rechte Richtung bewegte, nun in eine linke Richtung. Infolgedessen erfolgt die Verschiebung des Mediumpartikels bei Einfall und Reflexion in entgegengesetzter Richtung. Wenn wir also die Phasendifferenz zwischen den einfallenden und reflektierten Schallwellen berücksichtigen, wird sie zu 𝜋 Radiant oder 180°.

Der Ansatz wird derselbe sein, wenn wir nun den Fall der Verdünnung in Betracht ziehen. Die durch den Vorfall verursachte Verdünnung wird als Verdünnung wiedergegeben.

Als Beispiel dient die Wand, die wir bereits gesehen haben. Da die Oberfläche der Wand hart ist, wird Ihr Schall beim Sprechen davon reflektiert.

Reflexion von Schallwellen von selteneren Medien:

Stellen Sie sich eine longitudinale Schallwelle vor, die sich durch ein dichteres oder festes Medium bewegt und auf die Grenzfläche oder Grenze eines dünneren Mediums trifft. Wenn die Kompression der einfallenden Schallwelle mit einer Grenze aus einem selteneren Material kollidiert, wird eine Kraft auf diese Oberfläche ausgeübt. Da die Oberfläche des selteneren Mediums weniger Widerstand hat und die Kompression der Schallwelle einen hohen Druck enthält, wird die Grenze des selteneren Mediums zurückgeschoben. 

Im Gegensatz zu den dichteren Medien können Partikel im dünneren Medium frei wandern. Daher wird an der Schnittstelle der beiden Medien eine Verdünnung erzeugt. Daher kehrt die einfallende Kompression als Verdünnung nach Reflexion von der Oberfläche des dünneren Materials zurück. Als Ergebnis wird keine Phasenänderung bemerkt, wenn eine Schallwelle von einem dichteren Medium von einem dünneren Medium reflektiert wird. 

Dasselbe passiert, wenn eine Verdünnung auf der Oberfläche eines dünneren Mediums auftritt und als Kompression zurückgeworfen wird.

Stellen Sie sich zur Veranschaulichung Schall vor, der durch ein mit Wasser gefülltes Rohr wandert. Stellen Sie sich nun vor, dass am offenen Ende des Rohres Luft vorhanden ist. Und wir wissen bereits, dass Wasser ein dichteres Medium für Schall ist als Luft. Infolgedessen bewirkt hoher Druck, dass sich die Luftmoleküle in der Umgebung schnell entfernen, wenn eine Kompression an der Wasser-Luft-Grenzfläche auftritt. Infolgedessen wird die Kompression in eine Verdünnung umgewandelt, bevor sie reflektiert wird.

Reflexion von Schallwellen an gekrümmten Oberflächen:

Wie wir gesehen haben, reflektieren verschiedene Oberflächen Schall unterschiedlich. In ähnlicher Weise beeinflusst die Krümmung der Oberfläche, wie der Schall reflektiert wird. Die Krümmung der Oberfläche hat die Fähigkeit, die Intensität des Schalls zu verändern. 

Gekrümmte Oberflächen werden in zwei Typen eingeteilt: 

  • Konkave Oberflächen u 
  • Konvexe Oberflächen.

Betrachten wir es nun gründlich.

Schallreflexion von konkaver Oberfläche:

Wenn Schallwellen auf eine konkave Oberfläche treffen, konvergieren die reflektierten Wellen, ähnlich wie bei Lichtwellen. Zusätzlich hatten reflektierte Wellen ebenfalls einen einzigen Brennpunkt. Dadurch nimmt die Intensität der reflektierten Schallwelle zu, wenn sie von der konkaven Oberfläche reflektiert wird.

Dieses Phänomen wird auch in der Natur verwendet. Aus der jüngsten wissenschaftlichen Forschung sind uns zwei Tatsachen bekannt geworden:

  • Ein Elchbulle kann sein Geweih als Satellitenscheibe verwenden, mit der er Geräusche leicht sammeln und fokussieren kann.
  • Nach eingehender Forschung und langen Überlegungen von Wissenschaftlern sind die Gesichtsscheiben der Eulen kugelförmig und können leicht bewegt werden, um Geräusche zu sammeln und dann in Richtung ihrer Ohren zu reflektieren.

Obwohl es in der Natur vorkommt, halten wir uns oft von konkaven Oberflächen fern, wenn wir versuchen, Schall zu reflektieren. Der Grund dafür ist, dass die Fokussierung auf den geometrischen Mittelpunkt der Oberfläche zu einem lauten Hotspot innerhalb eines Raums führt. Infolgedessen ist die Übertragung von reflektiertem Schall über große Entfernungen ungewöhnlich.

Wenn eine konkave Form erforderlich ist, müssen wahrscheinlich schallabsorbierende Materialien verwendet werden. Möglicherweise können Sie Geräuschprobleme reduzieren, indem Sie die Geometrie Ihrer Kurve mit Hilfe eines Akustikspezialisten ändern. Dieses Phänomen macht sich das Theater zunutze.

Um die Intensität des reflektierten Schalls aufrechtzuerhalten, werden typischerweise konkave Oberflächen vor Lautsprechern in Theatern verwendet. Wie bereits erwähnt, erzeugt es jedoch einen lauten Hotspot, weshalb Rauschen oder ungewöhnliche Geräusche reflektiert werden. Die Wände und die Decke des Theaters sind aus schallabsorbierenden Materialien konstruiert, um diesen Lärm zu reduzieren. Infolgedessen verbessern sich beide Techniken gegenseitig, indem sie die verbleibende Fehlermenge reduzieren.

Schallreflexion von konvexer Oberfläche:

Wenn Schallwellen auf die konvexe Oberfläche einfallen, wird der reflektierte Schall in jede mögliche Richtung divergieren. Wenn der Ton divergiert, nimmt natürlich die Intensität des Tons ab. 

Die Diffusion des Klangs von der konvexen Oberfläche trägt dazu bei, dass sich die musikalische Mischung in alle Richtungen ausbreitet und unerwünschte Reflexionen vermeidet.

Verschiedene Geometrien helfen bei der Schalldiffusion, darunter:

  • Halbkugel oder Halbzylinder
  • Oberfläche mit verschiedenen Winkeln wie Sägezahnmuster

Andere signifikante Phänomene im Zusammenhang mit der Schallreflexion:

Die Reflexion des Schalls verursacht Echo und Nachhall. Es gibt jedoch einige Unterschiede zwischen den beiden Phänomenen. Lass uns darüber reden.

Echo:

Der Begriff Echo bezeichnet das wiederholte Hören von reflektiertem Schall. Ein Echo ist zu hören, wenn ein Schall in einem großen Raum reflektiert wird. 

Jeder riesige Raum kann ein Echo erzeugen, sowohl offene als auch geschlossene Räume. Der Abstand zwischen der Quelle und dem reflektierenden Körper muss größer als 50 Fuß sein, um das Echo effektiv zu hören. Aufgrund der relativ großen Entfernung gibt es eine zeitliche Verzögerung zwischen den hörbaren Tönen. Wir können daher zwei oder mehr unterschiedliche Töne hören.

Stell dir vor, du stehst in einem großen, leeren Raum und sagst laut „Hallo“. Dann hören Sie aufgrund der Schallreflexion in einem großen Bereich und durch die harte Oberfläche das Wort hallo wiederholt wie „Hallo“, …..“Hallo“, …..“Hallo“. Der Schall dringt in den Raum und wird von den Wänden zu Ihren Ohren reflektiert. Je länger es dauert, bis der Ton Ihr Ohr erreicht, desto störender wird er.

Möglicherweise haben Sie dies während Ihres Urlaubs in einer Bergstation getan, indem Sie Ihren Namen in den Hügeln gerufen haben. Sie haben vielleicht bemerkt, dass Echos auch während des Übersprechens in den Telefonaten auftreten.

Nachhall:

Wenn der Abstand zwischen der Schallquelle und der reflektierenden Oberfläche sehr gering ist, wird der Originalschall mit dem reflektierten Schall gemischt. Durch die Überlagerung verschiedener Töne entsteht der Nachhall- oder Dauerton. Dies wird als Nachhall bezeichnet.

Möglicherweise haben Sie diese gehört, wenn Sie in einer riesigen Kuppel, einem Auditorium oder einer Halle gesprochen haben. Aufgrund der unterschiedlichen Schallreflexionen an solchen Orten vermischen sich die reflektierten Geräusche oft mit dem Originalschall. Sie müssen den Nachhalleffekt oft hören, wenn diese Reflexionen innerhalb von 50 Millisekunden oder 0.05 Sekunden auftreten.

Anwendungen der Schallreflexion:

Die Eigenschaft des Schalls, reflektiert zu werden, wird genutzt, um unser Leben zu erleichtern. Im Folgenden sind die Anwendungen der Schallreflexion aufgeführt:

  1. Stethoskop: Das von Ärzten verwendete Stethoskop arbeitet nach der Theorie der Schallreflexion. Der Arzt hört damit den Herzschlag des Patienten ab. Durch verschiedene Schallreflexionen im Innern des Stethoskops ist der Herzschlag des Patienten für den Arzt deutlich zu hören.
  1. Höhrgerät: Ein weiteres medizinisches Gerät, das sich das Prinzip der Schallreflexion zunutze macht, ist das Hörgerät. Menschen mit Hörproblemen verwenden dieses Gerät. Der Schall wird bei diesem Gerät in einem schmaleren Bereich reflektiert, sodass er mit hoher Intensität auf die Ohren gelenkt werden kann.
  2. Sonar: Ja, die Theorie der Schallreflexion gilt auch für Sonar. Das Gerät, das das reflektierende Signal verwendet, um die Entfernung und Geschwindigkeit von Unterwasserobjekten zu berechnen, wird als Sonar bezeichnet. Es wird auf Schiffen eingesetzt, um Bedrohungen für das Schiff zu identifizieren und tragische Unfälle wie die Titanic zu vermeiden. Die Marine setzt es auch ein, um Minen und U-Boote zu finden.
  3. Resonanzboden: Resonanzböden sind einfach gekrümmte Oberflächen, die so positioniert sind, dass die Schallquelle im Fokus bleibt. Sie reflektieren die Schallwellen gleichmäßig im ganzen Raum oder Auditorium. Infolgedessen verbessert die Verwendung eines Resonanzbodens die Klangqualität.
  4. Megaphon: Mehrfachreflexionen werden auch in einem Megaphon verwendet. Es hat eine trichterartige Form. Wenn Schall im Inneren des Trichters des Megaphons erzeugt wird, werden die Wellen daher viele Male reflektiert, bevor sie sich entlang des Pfads bewegen, der zur Öffnung des Trichters führt. Dadurch erhöht sich die Amplitude des Tons am Anfang.

Wir hoffen, dass Ihnen dieser Artikel alle Informationen, die Sie über die Reflexion von Schallwellen wissen müssen, auf nützliche Weise vermittelt hat. Bitte besuchen Sie unsere Website, um weitere wissenschaftsbezogene Artikel wie diesen zu lesen.

Alpa P. Rajai

Ich bin Alpa Rajai, habe meinen Master in Naturwissenschaften mit Spezialisierung auf Physik abgeschlossen. Ich bin sehr begeistert davon, über mein Verständnis von fortgeschrittener Wissenschaft zu schreiben. Ich versichere, dass meine Worte und Methoden den Lesern helfen werden, ihre Zweifel zu verstehen und zu klären, wonach sie suchen. Neben Physik bin ich ausgebildete Kathak-Tänzerin und schreibe meine Gefühle auch manchmal in Form von Gedichten auf. Ich aktualisiere mich ständig in Physik und was immer ich verstehe, vereinfache ich und halte es direkt auf den Punkt, damit es den Lesern klar vermittelt wird. Sie können mich auch erreichen unter: https://www.linkedin.com/in/alpa-rajai-858077202/

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