Schallkennimpedanz

Was ist die Schallkennimpedanz?

Die Schallkennimpedanz Z eines Mediums ist das Produkt aus seiner Dichte und seiner Schallgeschwindigkeit. Sie gibt an, welcher Schalldruck in einer frei fortschreitenden Welle zu welcher Schallschnelle gehört, und wird in Pascalsekunden je Meter angegeben.

Jedes Material setzt dem Schall einen eigenen Widerstand entgegen. Luft ist nachgiebig, eine Betonwand ist es überhaupt nicht — und weil der Unterschied zwischen beiden so groß ist, prallt Schall an einer Wand größtenteils ab, statt hineinzugehen. Das ist die gute Nachricht für den Schallschutz. Die schlechte folgt aus demselben Grund: Was einmal im Baukörper steckt, etwa weil ein Lautsprecher direkt auf dem Boden steht, kommt dort auch so leicht nicht wieder heraus und wandert stattdessen weit durch das Gebäude.

Ausführliche Erklärung

Der Wert für Luft liegt bei Zimmertemperatur bei rund 413 Pascalsekunden je Meter, gerechnet aus einer Dichte von etwa 1,2 Kilogramm je Kubikmeter und einer Schallgeschwindigkeit von rund 343 Metern je Sekunde. Wasser kommt auf etwa das Dreieinhalbtausendfache, Beton auf ein Vielfaches davon. Diese Größenunterschiede sind der eigentliche Inhalt des Begriffs, denn interessant ist nicht der einzelne Wert, sondern der Sprung an einer Grenzfläche.

An jedem solchen Sprung wird ein Teil der Energie reflektiert und ein Teil geht hindurch, und je größer der Unterschied ist, desto mehr kommt zurück. Daraus folgen zwei Aussagen, die auf den ersten Blick im Widerspruch stehen und in der Praxis zusammengehören. Erstens dringt Luftschall nur zu einem kleinen Teil in massive Bauteile ein, was Schalldämmung überhaupt erst möglich macht. Zweitens verliert Körperschall innerhalb eines Baustoffs kaum Energie und tritt an anderer Stelle nur zögerlich wieder aus — er läuft deshalb weit und taucht dort auf, wo niemand ihn erwartet. Genau deshalb ist die Antwort auf Körperschall nicht Masse, sondern Entkopplung.

Dieselbe Überlegung erklärt zwei Bauteile aus der Audiotechnik. Ein poröser Absorber wirkt, weil er den Übergang von Luft zu Material nicht abrupt macht, sondern über einen Strömungswiderstand allmählich — statt zu reflektieren, nimmt er Energie auf. Und ein Horn vor einem Chassis ist nichts anderes als eine Anpassung zwischen der schweren, kleinen Membran und der leichten, weiten Luft; dass Hörner hohe Wirkungsgrade erreichen, hat hier seinen Grund.

Die häufigste Verwechslung betrifft ein anderes Wort mit demselben Namensteil. Die Impedanz eines Lautsprechers ist eine elektrische Größe in Ohm und beschreibt, was der Verstärker an seinen Klemmen sieht. Mit der Schallkennimpedanz hat sie nichts gemeinsam außer dem Grundgedanken, dass etwas einem Fluss Widerstand entgegensetzt — Einheit, Messgröße und Anwendung sind verschieden.

Nicht zu verwechseln mit

Impedanz eines Lautsprechers: Eine elektrische Größe in Ohm, die für die Verstärkerwahl zählt. Sie hat einen eigenen Eintrag.
Akustische Impedanz eines Bauteils: Sie setzt den Druck ins Verhältnis zum Volumenfluss durch eine Fläche, etwa in einer Öffnung, und hat deshalb eine andere Einheit.
Mechanische Impedanz: Das Verhältnis von Kraft zu Schwinggeschwindigkeit an einer Konstruktion, gebräuchlich bei Körperschallfragen.
Strömungswiderstand: Eine Materialkenngröße poröser Absorber. Sie bestimmt, wie gut die Anpassung gelingt, ist aber nicht die Kennimpedanz selbst.

In der Planung

Bei einem Heimkino im Bestand soll die Trennwand zum Nachbarn verstärkt werden. Die Rechnung geht auf, solange nur der Luftschallweg betrachtet wird — und die Messung nach dem Umbau zeigt trotzdem wenig Verbesserung, weil die Subwoofer ihre Energie über den Boden in den Baukörper schicken und die neue Wand auf diesem Weg gar nicht im Spiel ist.

Frag deshalb immer zuerst, über welches Medium der Schall überhaupt ankommt. Erst danach ist die Verfahrensfrage sinnvoll, denn Luftschall und Körperschall verlangen entgegengesetzte Antworten: Für den einen ist der große Impedanzunterschied der Verbündete und Masse das Mittel, für den anderen ist er das Problem und die Trennung das Mittel.

Verknüpfte Inhalte

Die beiden verbundenen Feldgrößen behandeln Schalldruck und Schallschnelle, die Ausbreitungsgeschwindigkeit der zugehörige Eintrag. Was aus dem Impedanzsprung für Bauteile folgt, steht bei Schalldämmung und Körperschall; die elektrische Namensvetterin führt der Eintrag zur Impedanz.

Quellen

Definition, Einheit und Zusammenhang mit den Feldgrößen folgen ISO 80000-8 und DIN 1320 sowie Möser.