Schalldruck

Was ist Schalldruck?

Der Schalldruck p ist die Druckschwankung, die eine Schallwelle dem ruhenden Luftdruck überlagert. Gemessen wird er in Pascal, und er ist die Größe, auf die ein Mikrofon anspricht — der Schalldruckpegel in Dezibel entsteht erst daraus, indem der gemessene Wert ins Verhältnis zur Hörschwelle gesetzt wird.

Luft drückt immer, auch wenn es völlig still ist. Was Du als Ton hörst, ist nur eine winzige Zugabe zu diesem Dauerdruck: Mal drückt es einen Hauch stärker, mal einen Hauch schwächer, viele hundert Mal pro Sekunde. Genau dieses Auf und Ab nimmt Dein Trommelfell auf, und genau das nimmt auch ein Mikrofon auf. Die Zugabe ist erstaunlich klein — selbst bei ordentlicher Lautstärke bewegt sie sich in einem Bereich, gegen den der normale Luftdruck riesig ist.

Ausführliche Erklärung

Die Größenverhältnisse machen den Begriff greifbar. Der Luftdruck auf Meereshöhe liegt bei rund 101.325 Pascal. Die leiseste Druckschwankung, die ein gesundes Ohr bei mittleren Frequenzen bemerkt, beträgt 20 Mikropascal, also 0,00002 Pascal. Ein Pascal — der Wert, der dem gebräuchlichen Kalibrierpegel von 94 dB entspricht — ist bereits ziemlich laut, und bei etwa 20 Pascal liegt die Schmerzgrenze. Zwischen leisester wahrnehmbarer und schmerzhafter Schwankung liegt damit ein Faktor von rund einer Million, und dieser Bereich ist der eigentliche Grund für die logarithmische Dezibelskala: Mit ihr lässt sich derselbe Umfang in handlichen zweistelligen Zahlen ausdrücken.

Angegeben wird fast immer der Effektivwert und nicht der Spitzenwert. Der Schalldruck schwingt um null, sodass ein einfacher Mittelwert nichts aussagen würde; die Effektivwertbildung über ein Zeitfenster liefert stattdessen einen Wert, der zur übertragenen Energie passt. Welches Zeitfenster ein Messgerät dafür verwendet, steht in seinen Zeitbewertungen — deshalb zeigen zwei Geräte am selben Ort unterschiedliche Zahlen, wenn eines schnell und eines langsam mittelt.

Der Schalldruck ist richtungslos: Er sagt, wie stark es an einem Ort schwankt, aber nicht, woher der Schall kommt. Diese Information steckt in der Schallschnelle, der zweiten Feldgröße, die beschreibt, wie sich die Luftteilchen dabei bewegen. Beide hängen über die Schallkennimpedanz zusammen und laufen in einer frei fortschreitenden Welle im Gleichtakt. Interessant wird die Unterscheidung erst an Grenzflächen, und dort auf eine für die Planung sehr praktische Weise: An einer schallharten Wand kann die Luft nicht ausweichen, weshalb der Druck dort sein Maximum erreicht. In einer Raumkante treffen mehrere solcher Flächen zusammen, und der Druckstau fällt entsprechend höher aus. Daraus folgt, warum ein Subwoofer in Wandnähe mehr Tiefton liefert als frei im Raum, und warum Druckabsorber ausgerechnet in die Ecken gehören.

Häufiges Missverständnis

Im Alltag wird „Schalldruck" fast durchgehend für den Schalldruckpegel verwendet — Sätze wie „der Schalldruck liegt bei 85 dB" stehen sogar in Datenblättern. Streng genommen sind das zwei verschiedene Dinge: Der Schalldruck ist eine physikalische Größe in Pascal, der Pegel ein Verhältnis in Dezibel. Für die Praxis hat die Unterscheidung eine konkrete Folge, denn Pegel lassen sich nicht einfach addieren. Zwei gleich laute, voneinander unabhängige Quellen ergeben nicht 170 dB, sondern 3 dB mehr als eine — gerechnet wird nämlich mit den Schallenergien, nicht mit den Dezibelzahlen. Wie das im Einzelnen funktioniert, steht beim Dezibel.

Nicht zu verwechseln mit

Schalldruckpegel: Die Dezibelangabe gegenüber dem Bezugswert 20 µPa. Sie beschreibt denselben Sachverhalt in anderer Form, ist aber keine Druckangabe.
Schallschnelle: Wie schnell sich die Luftteilchen bewegen. An Grenzflächen verhalten sich Druck und Schnelle gegenläufig.
Schallleistung: Was eine Quelle insgesamt abgibt, in Watt. Sie ändert sich nicht mit dem Abstand, der Schalldruck sehr wohl.
Statischer Luftdruck: Der Grundwert, um den der Schalldruck schwankt. Er ändert sich mit Wetter und Höhenlage und hat mit dem Schallereignis nichts zu tun.

In der Planung

Bei einer Raummessung fällt auf, dass der Tiefton am Hörplatz kräftig ausfällt, direkt daneben aber deutlich dünner. Die Erklärung liegt in der Druckverteilung: Im Bass bildet der Raum stehende Wellen aus, und deren Druckmaxima und -minima liegen an festen Orten. Ein Mikrofon an einer anderen Stelle misst deshalb einen anderen Wert, ohne dass sich an der Anlage etwas geändert hätte.

Daraus abgeleitet zählt, für welchen Bereich der Sitzfläche das Ergebnis überhaupt gelten soll — ein Platz oder eine Reihe macht einen erheblichen Unterschied. Erst danach folgt die Verfahrensfrage nach mehreren Messpunkten, mehreren Bassquellen oder Absorption, und ganz zuletzt die Gerätefrage.

Verknüpfte Inhalte

Die Rechenregeln der Pegelangabe stehen beim Dezibel, die zweite Feldgröße bei der Schallschnelle und ihr Zusammenhang bei der Schallkennimpedanz. Wie sich der Schalldruck über die Entfernung verringert, rechnet die Formel zum Pegelabfall im Freifeld vor; wie er sich im Raum verteilt, behandeln Raummessung und Raummode.

Quellen

Definition, Einheit und Bezugswert folgen ISO 80000-8, DIN 1320 und IEC 61672-1.