Was ist die akustische Schallschnelle?

Um zu verstehen, wie die Schallschnelle gemessen wird, ist es wichtig, zunächst das Konzept der Schallschnelle selbst zu erfassen. Betrachten wir ein unendlich langes Rohr mit einem Kolben an einem Ende, der sich mit einer festen, hörbaren Frequenz bewegt. In diesem Szenario entsteht eine ebene Schalldruckwelle. Die Wellenfront breitet sich entlang der Rohrlänge aus und erzeugt lokale Bereiche mit hohem und niedrigem Schalldruck.

Das Verhalten der Schallschnelle in einem solchen System lässt sich am besten beschreiben, wenn man die Luft im Rohr als eine Menge einzelner Luftpartikel betrachtet. Durch die Bewegung des Kolbens entstehen im Rohr lokale Bereiche mit hoher und niedriger Luftdichte. Mit anderen Worten: Der sich bewegende Kolben bringt auch die Luftpartikel in Bewegung. Allerdings werden die Luftpartikel nicht entlang der Rohrlänge verschoben. Stattdessen oszillieren sie um ihre jeweiligen Ausgangspunkte.

Die Geschwindigkeit dieser Oszillation wird als Schallschnelle bezeichnet. Dasselbe Verhalten der Luftpartikel ist auch unter Freifeldbedingungen zu beobachten. Nachfolgend ein Beispiel mit einer kugelförmigen Lautsprecher-Schallabstrahlung:

Erfassung der Schallschnelle

Das Funktionsprinzip des Schallschnellesensors ähnelt dem eines Hitzedraht-Anemometers. Der Sensor besteht aus mehreren dünnen Platinfäden. Während des Betriebs werden diese Fäden auf eine nahezu glühende Temperatur erhitzt. Vorbeiziehende Schallwellen verändern die Temperatur und damit den elektrischen Widerstand der erhitzten Fäden. Die resultierende Spannungsdifferenz ist proportional zur akustischen Schallschnelle.

Schallschnelle-Messarray

Ein einzigartiges Merkmal des Weles-Schallschnellesensors liegt in der Anzahl der Platinfäden, die für die Messungen verwendet werden. Die Position und der Abstand aller Fäden wurden sorgfältig optimiert, um die größtmögliche Frequenzbandbreite zu erreichen und somit das bestmögliche Signal-Rausch-Verhältnis im Betriebsfrequenzbereich des Sensors (20 Hz - 20 kHz) zu gewährleisten.

Dies wurde durch den Einsatz intelligenter Signalverarbeitungstechniken erreicht, die es ermöglichen, die einzelnen Signale der einzelnen Fäden sowie der Fadenpaare zu einem breitbandigen Gesamtsignal zu kombinieren. Aufgrund der Anzahl der Messelemente (Platinfäden) ist ein einzelner Weles-Sensor tatsächlich ein Array aus mehreren Messelementen.

Nachfolgend ein Beispiel für den typischen Frequenzgang des Weles-Schallschnellesensors.