Schallleistung und Schalldruck

Die Schallleistung ist die Energie, die eine Quelle je Sekunde als Schall abgibt — eine Eigenschaft des Geräts, unabhängig davon, wo man steht. Der Schalldruck ist die Druckschwankung, die an einem bestimmten Ort ankommt — eine Eigenschaft dieses Orts.

Ausführliche Erklärung

Beide Größen werden als Pegel angegeben, und beide heißen Dezibel — aber sie beziehen sich auf verschiedene Referenzen und lassen sich deshalb nicht direkt vergleichen.

text Schallleistungspegel L_W = 10 · log₁₀(P / P₀) P₀ = 1 pW = 10⁻¹² W Schalldruckpegel L_p = 20 · log₁₀(p / p₀) p₀ = 20 µPa

Der Unterschied zwischen 10 und 20 ist keine Konvention, sondern folgt aus der Physik. Die Leistung ist proportional zum Quadrat des Schalldrucks. Wer also den Druck halbiert, viertelt die Leistung — und beide Rechnungen ergeben denselben Abschlag von 6 dB, wenn vor dem Logarithmus einmal die 20 und einmal die 10 steht. Genau daher kommt die 6-dB-Regel des Abstandsgesetzes: Die abgegebene Leistung verteilt sich auf eine Kugelfläche, die mit dem Quadrat der Entfernung wächst.

Im Freifeld hängen beide Größen über die Geometrie zusammen: Aus dem Schallleistungspegel der Quelle, ihrem Bündelungsgrad und dem Abstand folgt der Schalldruckpegel an einem Ort — die Gleichung dazu und durchgerechnete Beispiele stehen auf der Formelseite Schalldruckpegel aus Schallleistungspegel. Für die beiden Begriffe zählt daran vor allem eine Folge: Derselbe Lautsprecher erzeugt bündig in einer Wand rund 3 dB mehr Schalldruck als frei im Raum aufgehängt, und seine Schallleistung ändert sich dabei nicht. Genau dort laufen die beiden Größen auseinander — die Quelle gibt gleich viel ab, der Ort bekommt verschieden viel.

Gemessen wird immer der Druck; ein Mikrofon kann nichts anderes. Die Schallleistung wird daraus berechnet, indem man den Druck auf einer gedachten Hüllfläche um die Quelle abtastet und über die Fläche aufsummiert. Die Verfahren dafür stehen in ISO 3745 für den reflexionsarmen Raum und in ISO 3744 für Messungen über einer reflektierenden Ebene. Der Aufwand erklärt, warum Lautsprecherdatenblätter fast nie einen Schallleistungspegel nennen, sondern den Kennschalldruckpegel in einem Meter Abstand — eine Größe, die einfacher zu messen und für die Auslegung praktischer ist.

Häufiges Missverständnis

„Der Verstärker hat 200 Watt, der Lautsprecher gibt also 200 Watt Schallleistung ab." Es sind zwei verschiedene Watt. Die eine Angabe ist elektrische Leistung, die andere akustische — und dazwischen liegt der Wirkungsgrad, der bei Lautsprechern klein ist. Der ganz überwiegende Teil der zugeführten Leistung wird zu Wärme in der Schwingspule, nicht zu Schall. Wie klein der Anteil ist und was das für die Auslegung bedeutet, steht beim Wirkungsgrad.

Der zweite Fehlschluss ist heimtückischer, weil beide Angaben gleich aussehen: „95 dB ist 95 dB." Ein Schallleistungspegel von 95 dB und ein Schalldruckpegel von 95 dB beschreiben völlig verschiedene Sachverhalte, und zwischen ihnen liegen der Messabstand und die Richtwirkung der Quelle. Wer zwei Datenblätter vergleicht, muss zuerst prüfen, welche der beiden Größen angegeben ist — und bei Schalldruck zusätzlich, in welchem Abstand, auf welcher Achse und mit welcher Leistung.

Nicht zu verwechseln mit

• Elektrische Leistung: Was der Verstärker abgibt, in Watt — eine Eingangsgröße des Lautsprechers, keine Ausgangsgröße.
• Wirkungsgrad und Kennschalldruckpegel: Sie beschreiben, wie viel Schalldruck ein Lautsprecher aus einer bestimmten elektrischen Leistung in einem festen Abstand macht.
• Lautheit: die empfundene Lautstärke. Sie hängt neben dem Pegel auch von Frequenz und Dauer ab; minus 6 dB ist der halbe Schalldruck, aber bei weitem nicht die halbe Lautstärke.
• Schallschnelle: die zweite Feldgröße neben dem Druck, die Bewegungsgeschwindigkeit der Luftteilchen.

In der Planung

Ein Kunde vergleicht zwei Einbaulautsprecher und liest bei einem 89 dB, beim anderen 92 dB. Der Schluss „der zweite ist lauter" hält nur, wenn beide Angaben denselben Bezug haben — dieselbe Messgröße, denselben Abstand, dieselbe zugeführte Leistung und dasselbe Frequenzband. In der Praxis ist mindestens eine dieser Bedingungen regelmäßig verletzt.

Für die Planung ist die Unterscheidung mehr als Sorgfalt beim Lesen. Der Pegel am Hörplatz folgt aus drei Dingen: was die Quelle abgibt, wie sie es verteilt und wie weit weg gehört wird. Nur das erste ist eine Geräteeigenschaft. Das zweite entscheidet die Aufstellung — ein bündig montierter Lautsprecher gewinnt Schalldruck, ohne mehr Leistung abzugeben —, das dritte die Raumgeometrie. Wer nur Datenblätter vergleicht, optimiert genau ein Drittel.

Verknüpfte Inhalte

Was ein Dezibel überhaupt ist, steht beim Dezibel; wie aus dem Schallleistungspegel der Pegel an einem Ort wird, rechnet die Formelseite Schalldruckpegel aus Schallleistungspegel vor, und wie derselbe Pegel mit der Entfernung abnimmt, die Freifeld-Formelseite. Wie stark eine Quelle bündelt, klärt das Bündelungsmaß, und ab welchem Abstand im Raum nicht mehr der Lautsprecher, sondern der Raum bestimmt, der Hallradius. Den Zusammenhang zwischen elektrischer Leistung und erreichbarem Pegel führen Wirkungsgrad und Verstärkerleistung aus.

Quellen

Die Definitionen der beiden Pegel mit ihren Bezugsgrößen und die Hüllflächenverfahren folgen der Normenreihe ISO 3744/3745.