Ultraschall - Definition

Als Ultraschall wird der Schall bezeichnet, welcher oberhalb der menschlichen Hörschwelle, im Frequenzbereich zwischen 20 kHz und 1 GHz, liegt.

Schall mit höherer Frequenz wird als Hyperschall bezeichnet, unterhalb des für Menschen hörbaren Schalls wird dieser als Infraschall bezeichnet.

Ultraschall kann sich in Gasen, Flüssigkeiten und Festkörpern ausbreiten. Festkörper besitzen neben der Volumenelastizität zusätzlich Formelastizität. Dadurch können in Festkörpern folgende Wellenarten auftreten: die Transversalwellen und die Longitudinalwellen.

Der Übergang von Luftschall in Festkörper oder Flüssigkeiten erfolgt nur, wenn die Schallwellen in unmittelbarer Nähe abgestrahlt werden oder ein Koppelmedium ähnlicher akustischer Eigenschaften dazwischen ist. Luft-Ultraschall wird je nach Material eines Hindernisses an diesem reflektiert oder absorbiert (gedämmt, verschluckt).

Erzeugung

Zur Erzeugung eignen sich Schwingquarze, welche durch Umkehr des Piezo-Effekts zu Schwingungen angeregt werden. An einen Quarz wird eine Wechselspannung mit der Eigenfrequenz (oder einer Oberschwingung davon) angelegt. Die Schwingungen werden dann z. B. an den Boden eines Reinigungsgefäßes übertragen.

Weiterhin gibt es Ultraschallschwinger auf Basis weichmagnetischer Werkstoffe. Diese basieren auf dem Effekt der Magnetostriktion. Legt man an eine Ferromagneten ein äußeres magnetisches Feld an, so richten sich die Weiß'sche Bezirke alle gleich aus. Durch das Drehen der Dipole ändert sich die Länge des Stabes gerinfügig. Der magnetostriktive Wandlerwerkstoff wird durch das magnetische Wechselfeld zu mechanischen Schwingungen angeregt.

Anwendungen

Ultraschall findet in der Technik und Medizin diverse Anwendungen:

  • Echolot, Sonar: Tiefenmessung und Meeresbodenuntersuchung aus Wasserfahrzeugen heraus
  • Ultraschallschweißen
  • zur Herstellung von extrem glatten Flächen in der Raumfahrtindustrie
  • zur kontinuierlichen, berührungslosen Füllstandmessung bei flüssigen und festen Medien unterschiedlichster Konsistenz und Oberflächenbeschaffenheit
  • Ultraschallmikroskop
  • Informationsübertragung; heute allerdings mit geringer technischer Bedeutung, z. B. in Fernbedienungen (1970er Jahre) für Fernsehgeräte oder Entfernungsmessgeräte.
    • Kommunikation mit U-Booten und Unterwassergeräten
  • Werkstoffprüfungen mit Ultraschallprüfgeräten; über die Laufzeit des Signals können unbeabsichtigte Einschlüsse, Lunker oder Risse entdeckt werden
  • Sonografie zur Untersuchung von Mensch und Tier
    • M-Mode ("motion mode"), beispielsweise zur Darstellung von fetalen Herzrhythmusstörungen
    • B-Mode ("brightness mode") um zweidimensionale Schnittbilder zu erhalten
    • Doppler: Messung der Blutstromgeschwindigkeit mittels Dopplereffekt
    • Farbdoppler: Farbig codierte flächige Darstellung der Blutstromgeschwindigkeit in Gefäßen,
  • Industrielle Teilereinigung bis hin zum Auflösen, Herauslösen und Zerstören von Material in Ultraschall-Reinigungsgeräten
  • Ultraschall-Schneiden (biologische Gewebe)
  • Ultraschall-Bohren (Keramik und sonstige spröde Werkstoffe)
  • Ultraschall-Motoren in Autofokus-Objektiven
  • Zerstäuben, Vernebeln, Emulgieren, Dispergieren und Mischen von Flüssigkeiten (beispielsweise bei Luftbefeuchtern, Nebelmaschinen)
  • Geräte zur Abschreckung von Mardern (Marderabwehr) und anderen Tieren, die vor Ultraschall flüchten sollen; eine Wirkung konnte wissenschaftlich bisher nicht nachgewiesen werden, dennoch scheinen Geräte mit einer sehr kräftigen Schallkeule die Tiere erfolgreich fernzuhalten.
  • Hundepfeifen
  • Anwendungen bei Fledermaus- und Delphinforschung, da diese sich mit Ultraschall orientieren beziehungsweise kommunizieren
  • Die Aufzeichnung der Ultraschallvokalisation von Ratte und Maus (ultrasonic vocalization) wird in der psychopharmakologischen Forschung wie auch in der neurowissenschaftlichen Verhaltensforschung genutzt .
  • Auch die Nierensteinzertrümmerung (Lithotripsie) basiert auf der Wirkung von kurzen Ultraschallimpulsen, sog. akustischen Stoßwellen.

Ergänzende Informationen zum Thema Ultraschall können Sie über den folgenden Urheberlink erhalten: http://de.wikipedia.org/wiki/Ultraschall, dem dieser Text im wesentlichen entspricht.