Unter Interferenz versteht man die Überlagerung von zwei oder mehr Wellen nach dem Superpositionsprinzip. An einem bestimmten Ort ist die momentante Auslenkung die Summe der Auslenkungen der Einzelwellen. Betrachten wir zwei Wellen mit derselben Frequenz. An einem bestimmten Ort entstehen durch die beiden Wellen zwei Schwingungen mit gleicher Frequenz und weiter angenommen gleicher Amplitude. Beträgt nun der Phasenunterschied zwischen diesen beiden Schwingungen 0° oder ein ganzzahliges Vielfaches von 2·π (≡ 360°), so kommt es zur sog. konstruktiven Interferenz. Die beiden Schwingungen verstärken sich maximal und die Amplitude der resultierenden Schwingung beträgt das Doppelte der Einzelamplituden.

Beträgt der Phasenunterschied zwischen den beiden Schwingungen 180° oder ein ungerades Vielfaches von π, so löschen sich die beiden Schwingungen exakt aus. Man spricht von einer destruktiven Interferenz.

Nehmen wir nun weiter zwei Sender gleicher Frequenz im Abstand d zueinander an. Beide senden in alle Raumrichtungen Wellen ab, die sich überlagern/interferieren. Im zweidimensionalen Fall (Ebene) entfernen sich Kreiswellen von den beiden Sendern. Nun gibt es Richtungen, in denen sich die Wellen konstruktiv überlagern; man spricht in diesem Fall von Maxima. In den Richtungen dazwischen kommt es zur Auslöschung der Wellen, den sog. Minima.

Genau dies wollen wir nun experimentell überprüfen. Als Schallquellen dienen zwei Ultraschallsender, wie sie etwa in dem bekannten US-Modul HC-SR04 verbaut sind. Dieses bekommt man für nicht einmal 5 Euro im Internet oder einem Elektronikladen.

Angesteuert werden die beiden Ultraschallkapseln von einem Arduino, wobei zur Verstärkung des 40 kHz-Signals ein H-bridge-Motortreiber mit dem L298N zum Einsatz kommt. Hier der sehr einfache Schaltplan:

Als Ultraschall-Empfänger verwende ich die Empfängerkapsel des HC-SR04. Diese ist zumeist mit einem R für Receiver gekennzeichnet (die Senderkapseln mit T für Transmitter). Einen zusätzlichen Verstärker benötigt man nicht, das Signal ist bei weitem groß genug um es etwa mit dem Oszilloskop zu betrachten.

Postiert man den Empfänger genau in der Richtung eines Maximums (wie etwa in der oberen Abbildung dargestellt), so erhält man ein starkes Signal mit großer Amplitude (konstruktive Interferenz).

Befindet sich hingegen der Empfänger in der Richtung eines Minimums, so löschen sich die beiden Wellen der zwei Ultraschallsender komplett aus und man erhält ein Signal mit keiner bzw. sehr geringer Amplitude:

Bewegt man nun den Empfänger um die beiden Sender langsam herum, so durchfährt man abwechselnd Maxima und Minima. Kennt man die Wellenlänge des Ultraschalls und den Abstand d der beiden Sender, so kann man diese speziellen Richtungen auch errechnen:

Mein Experiment zeigt eine gute Übereinstimmung der Sollrichtungen/Sollwinkel für die einzelnen Maxima und Minima mit den gemessenen Richtungen/Winkeln.

Das Youtube-Video reiche ich natürlich noch nach…

Arduino-Code: