Frequenzabhängigkeit der Schallwellenreflexion

Zunächst einmal basiert ein Großteil dieser Antwort auf der erstaunlich hilfreichen Website der University of New South Wales zur akustischen Impedanz. Dies ist ein Thema, das mich sehr interessiert und eine großartige Gelegenheit ist, das komplexe Thema der Impedanz für meine eigenen Lernzwecke zu reduzieren und eine Antwort zu geben.

Du fragst,

Bedeutet das, dass hochfrequente Schallwellen eine niedrigere akustische Impedanz haben als niedrige Frequenzen (warum werden also hohe Frequenzen reflektiert und mehr als niedrige?)

Eigentlich spezifische akustische Impedanz,$z$, ist eine Eigenschaft des Mediums , nicht der Wellen selbst.

Es hat beides einen realen Teil, Widerstand $r(\omega)$und einen imaginären Teil, Reaktanz $x(\omega)$:

$$z(\omega) = r(\omega) + i \space x(\omega)$$

Wo$\omega$ist die Winkelfrequenz,$2 \pi f$.

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Die Reaktanz hat einen positiven und einen negativen Teil: Compliance (kapazitive) Reaktanz $x_C(\omega)$, und inertive (induktive) Reaktanz $x_L(\omega)$:

$$x(\omega) = x_L(\omega) - x_C(\omega)$$

Ohne ins Detail zu gehen, möchte ich auf die relevante Tatsache hinweisen, dass die mit der Dichte des Mediums verbundene Trägheit proportional zur Frequenz ist:

$$x_L(\omega) \propto \omega$$

Während die Nachgiebigkeit, verbunden mit der Elastizität des Mediums, umgekehrt proportional zur Frequenz ist :

$$x_C(\omega) \propto \frac{1}{\omega}$$

Mit anderen Worten,

• dichtere Medien behindern eher Hochfrequenzwellen
• Elastischere Medien behindern eher Hochfrequenzwellen

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Im Beispiel Ihrer Betonwand - einem dichten, unelastischen Medium im Verhältnis zu Luft - könnten wir für höherfrequente Energie eher eine Impedanzfehlanpassung (zwischen den beiden Medien) erwarten als für die niedrigerfrequente Energie. Dies würde dazu führen, dass die höherfrequente Energie stärker reflektiert wird.