Der Mensch kann nicht allen Schall hören, der
von schwingenden Körpern erzeugt wird. Wenn Schall hörbar sein
soll, so muss die Lautstärke zwischen der Hörschwelle und der
Schmerzschwelle liegen und die Frequenz zwischen 16 Hz und 20:000 Hz (20
kHz) betragen.
Schall mit einer Frequenz von über 20 kHz bezeichnet man als Ultraschall.
Seine Frequenz kann bis zu 1 GHz, das sind eine Milliarde Hertz, betragen.
Ultraschall wird in vielfältiger
Weise in Technik und Medizin genutzt.
Schall mit Frequenzen von unter 16 Hz nennt man Infraschall.
Er tritt u. a. im Zusammenhang mit Erdbeben auf.
Erzeugung von Ultraschall
Ultraschall kann von verschiedenen Tieren (Fledermäuse, Wale, Delfine)
oder durch technische Anordnungen erzeugt werden. Dazu gehören im
einfachsten Fall spezielle Pfeifen, die Ultraschall abgeben und die man
im Handel als Hundepfeifen erwerben kann. Am weitesten verbreitet ist
das Prinzip des piezoelektrischen Wandlers und des magnetostriktiven Wandlers.
piezoelektrischer Wandler (Bild 2a):
Bei einem solchen Wandler wird genutzt, dass bestimmte Kristalle sich
verformen, wenn ein elektrischen Feld angelegt wird. Regt man den Kristall
durch ein elektrisches Wechselfeld mit einer Frequenz von mehr als 20
kHz an, so gerät er in Schwingungen und sendet Ultraschall aus.
magnetostriktiver Wandler (Bild 2b):
Bei einem solchen Wandler wird genutzt, dass ferromagnetische Stoffe bei
Magnetisierung ihre Länge ändern. Wird ein ferromagnetischer
Stab mit einer Frequenz von über 20 kHz ständig ummagnetisiert,
so ändert sich periodisch seine Länge. Der Stab wird zu elastischen
Längsschwingungen angeregt und wirkt als Ultraschallquelle.
Anwendung von Ultraschall
Tiere wie Fledermäuse, Wale oder Delfine nutzen Ultraschall für
die Orientierung und für den Beutefang. Das Prinzip, das dabei angewendet
wird, ähnelt dem des Echolots:
Die von den Tieren ausgestoßenen Ultraschalllaute werden an Hindernissen
oder an Beutetieren reflektiert und der reflektierte Ultraschall wird
wieder aufgenommen. Aus der Laufzeit und der Art des reflektierten Schalls
ist für die Tiere erkennbar, in welcher Entfernung sich Hindernisse
oder Beutetieren befinden.
In der Ultraschalltherapie ist es z. B. mithilfe von Ultraschall möglich, Nierensteine zu zerstören oder Knochen zu schweißen.
In der Technik wird Ultraschall u. a. zur zerstörungsfreien Materialprüfung genutzt. Dabei werden in einem Schallkopf Ultraschallimpulse erzeugt und in ein Werkstück geleitet (Bild 4). Diese Ultraschallimpulse werden reflektiert. Aus den Laufzeiten kann man ermitteln, ob sich im Material Einschlüsse oder Risse befindet.
Ultraschall kann auch dazu verwendet werden, um Brillen oder Zahnspangen zu reinigen. Bei dieser Ultraschallreinigung werden die Gegenstände zusammen mit einem Ultraschallsender in eine Flüssigkeit gebracht. Durch die schnellen Druckschwankungen erfolgt eine intensive Reinigung der Gegenstände.
Ultraschallwellen kann man mit entsprechenden Linsen
auch so bündeln, dass man sie zur Materialbearbeitung,
insbesondere zum Schneiden und Bohren von Kunststoffen, nutzen kann.
Auch beim Echolot nutzt man Ultraschall.
Nähere Erläuterungen dazu sind unter diesem Stichwort zu finden.
Infraschall
Infraschall, also Schall mit Frequenzen zwischen 0 Hz und 16 Hz, tritt
z. B. im Zusammenhang mit Erdbeben oder tektonischen Verschiebungen als
seismische Welle auf. Auch die Schiffsbewegungen, von denen die Seekrankheit
verursacht wird, liegen im Infraschallbereich. Infraschall ist in der
Bau- und Maschinenakustik vielfach Bestandteil von niederfrequentem Lärm,
der wesentlich lästiger sein kann als der, den wir mit unseren Ohren
wahrnehmen. Es kann durch Infraschall zu einer Beeinträchtigung des
Wohlbefindens kommen, ohne dass man eine Quelle dafür wahrnehmen
kann, da der Mensch kein Sinnesorgan für Infraschall hat.