Die Schallintensität ist eine vektorielle Größe aus dem Produkt des skalaren Drucks und der vektoriellen Schallschnelle. Somit wird sie auch durch die Richtung des Energieflusses beeinflusst.
Der Unterschied zum Schalldruck ist, dass die abgestrahlte Schallintensität, also eine vektorielle Messgröße, ermittelt wird. Das heißt, zusätzlich zum gemessenen Betrag wird die Richtung des Schallenergieflusses durch ein positives oder negatives Vorzeichen angegeben. Das Vorzeichen lässt erkennen, ob Schall die Messfläche verlässt oder in sie eintritt. Gleichzeitig wird ein großer Vorteil der Schallintensitätsmethode genutzt. Im Gegensatz zu Schalldruckmessungen sind hier Nahfeldmessungen zulässig. Im Nahfeld einer Schallquelle verhält sich die Luft wie ein Feder-Masse-System, das Energie speichert: Schallenergie zirkuliert, ohne sich auszubreiten. Im Nahfeld lässt sich die Schallleistung nur anhand von Intensitätsmessungen bestimmen. Messungen im Nahfeld haben den Vorteil, dass sich ein besserer Nutz/Störabstand ergibt.
Die mit Schallintensität gemessenen Leistungen an beiden Messebenen sind gleich. Mit Schalldruck gemessene Leistungen in Messebene 1 wären falsch.
Eine Schallintensitätssonde besteht im Wesentlichen aus zwei Mikrofonen in einem definierten Abstand. Zwischen den beiden Kapseln wird der Druckgradient bestimmt und damit ist nach Euler auch eine Bestimmung der Schallschnelle möglich: Sind Druckgradient und Dichte bekannt, so lässt sich die Teilchenbeschleunigung errechnen. Durch Integration der Teilchenbeschleunigung erhält man die Teilchengeschwindigkeit (Schallschnelle). Das Produkt aus Druck und Schnelle wird in zeitlicher Mittelung zur Bestimmung der Intensität herangezogen.
Bestimmung der Schallschnelle durch Approximation der Euler-Gleichung und Berechnung der Intensität aus dem Produkt von Schalldruck und Schallschnelle.
Wie üblich hat jede Theorie auch ihre praktischen Grenzen. Grundsätzlich wird der Frequenzbereich physikalisch durch den verwendeten Abstand zwischen den Mikrofonen begrenzt. Die Druckdifferenz der Mikrofone beschreibt ja nur näherungsweise den Druckgradienten: Bei zu niedrigen Frequenzen ist die Druckdifferenz zu gering und bei zu hohen Frequenzen werden zu niedrige Druckdifferenzen ermittelt, obwohl der Druckgradient mitten zwischen den Mikrofonen viel höher sein kann.
Veraltete Betrachtungsweise
Traditionell findet man in der Fachliteratur Angaben und Formeln zur Berechnung des nutzbaren Frequenzbereichs einer Schallintensitätssonde. Hier geht man von einer Phasenfahlanpassung von 0,3 ° zwischen den Kanälen aus. Entsprechende Literaturverweise führen meist zu einem Dokument eines Brüel & Kjaer Mitarbeiters aus dem Jahre 1985(!). Wenn man einen tolerierbaren systematischen Fehler von ± 1dB festlegt, führt das dann zu einer oberen Frequenzgrenze von ca. 5.150 Hz mit 12 mm Abstandsstück und ca. 1.240 Hz mit 50 mm Abstandsstück (bei 20° C). Bei den tiefen Frequenzen wird die Grenze durch die Phasenfehlanpassung begrenzt. Hier liegen die Frequenzgrenzen mit gleichem Fehler von ± 1 dB bei ca. 120 Hz mit 12 mm Abstandsstück und 29 Hz mit 50 mm Abstandsstück.
Aktuelle Betrachtung
Das System verfügt auch über patentierte integrierte Mikrofon Phasenkorrektur-Einheiten für die verwendeten Mikrofone. Die Phasenfehlanpassung der Mikrofone ist damit bei dem von uns verwendeten System ≤ 0,05 ° bei tiefen Frequenzen 20 Hz bis 250 Hz und darüber f/5000. Damit wird die untere Grenzfrequenz für ein Abstandsstück von 12 mm 20 Hz.
Die obere Grenzfrequenz einer Zwei-Mikrofon-Schallintensitätssonde mit einem bestimmten Mikrofonabstand wird allgemein als diejenige Frequenz betrachtet, bei der die ideale Sonde einen noch akzeptablen Fehler, bedingt durch den endlichen Abstand der beiden Mikrofone, für eine axial einfallende ebene Welle zeigt. Es zeigt sich, daß die Resonanzen der Hohlräume vor den Mikrofonen bei der üblichen Anordnung (Mikrofone einander gegenüber) einen Druckanstieg verursachen, der den Abstandsfehler teilweise kompensiert. Der Arbeitsfrequenzbereich kann daher auf eine Oktave über der durch den Abstandsfehler definierten Grenze erweitert werden, wenn die Länge des Mikrofonabstandstücks gleich dem Mikrofondurchmesser ist. Das bedeutet, dass die obere Grenzfrequenz bei einem Abstandsstück von 12 mm 10 kHz beträgt.
Die normalerweise zu untersuchenden Geräusche liegen daher meistens im nutzbaren Frequenzbereich der Sonde.
Fehler bei hohen Frequenzen.