Schallbrechung

Grundprinzip

Schallbrechung, auch Refraktion genannt, ist ein grundlegendes Phänomen bei der gestörten Ausbreitung von Schallwellen. Sie tritt auf, wenn eine Schallwelle schräg auf eine Grenzfläche zwischen zwei Übertragungsmedien trifft. Ein Teil der Schallwelle wird dabei in das schallzuführende Medium zurückgeworfen, ein anderer Teil dringt in das aufnehmende Medium ein und breitet sich dort weiter aus. Die Richtungsänderung des eindringenden Schalls an der Grenzfläche nennt man Schallbrechung.

Brechungsindex und Richtung

Die Richtungsänderung hängt vom Verhältnis der Schallgeschwindigkeiten im zuführenden Medium c_1 und im aufnehmenden Medium c_2 ab. Dieses Verhältnis heißt akustischer Brechungsindex oder Schallbrechzahl n. Er wird beschrieben durch: n = sin α / sin β = c_1 / c_2. Dabei ist α der Einfallswinkel und β der Brechungswinkel.

Ist die Schallgeschwindigkeit im zuführenden Medium größer als im aufnehmenden Medium, also c_1 > c_2, wird der Schall zum Einfallslot hin gebrochen. Das Einfallslot ist die gedachte Linie, die senkrecht auf der Grenzfläche steht. Ist dagegen c_1 < c_2, wird der Schall vom Einfallslot weg gelenkt.

Anwendungen

Schallbrechung wird praktisch unter anderem bei akustischen Linsen genutzt. Solche Linsen können Schall sammeln oder zerstreuen. Besonders wichtig ist dieses Prinzip in der Ultraschalltechnik. Außerdem spielt Schallbrechung bei der Ausbreitung von Schall im Freien eine Rolle.