| English version |  |
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| Schallschnelle v oder Partikelgeschwindigkeit ist nicht
Schallgeschwindigkeit c in Luft. Wenn nicht anders vereinbart, ist der Schallwechseldruck p immer als Effektivwert gemeint.  |
| Bitte zwei Werte eingeben - die anderen beiden Werte werden berechnet. Ein Eingabe-Wert könnte die Schallkennimpedanz von Luft Z0 = 413 N·s/m³ bei 20° C sein oder auch Z0 = 410 N·s/m³ bei 25°C. |
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| Schalldruck, Schallschnelle und Schallimpedanz sind Schallfeldgrößen. Die Schallintensität ist dagegen eine Schallenergiegröße. |
| Die wichtigsten akustischen Formeln: Schalldruck p = Z · v = J / v = √(J · Z) in Pa Schallschnelle v = p / Z = J / p = √(J / Z) in m/s Schallimpedanz Z = p / v = p2 / J = J / v2 in N·s/m3 Schallintensität J = p · v = Z · v2 = p2 / Z in W/m2 |
| Spezifische akustische Impedanz Z0 = ρ · c = p / v in N ·s/m3. Die Schallkennimpedanz ist eine Materialkonstante des Ausbreitungsmediums. Die Kennimpedanz ist das Produkt aus der Dichte ρ und der Schallgeschwindigkeit c des Mediums. Bei der Kennimpedanz der Luft wird üblicherweise der runde Wert Z = 400 N·s/m³ (Pa·s/m) eingesetzt. Dann stimmt der "Schallpegel" als Dezibel-Wert, also der Schalldruckpegel Lp und der Intensitätspegel LI genau überein. Schallkennimpedanz von Luft bei 20°C ist Z0 = 413 N·s/m³ (Pa·s/m). Luftdichte (Mediumdichte) ρ und Schallgeschwindigkeit c = λ · f. Schalldruck p = √ (J · Z0) und Schallintensität J = p²/ Z0. |
| Der Schalldruck (Schallwechseldruck) p in Pascal (Newton pro Quadratmeter) ist nicht die gleiche physikalische Größe, wie die Intensität (Schallintensität) J oder I in Watt pro Quadratmeter. ... und die Schallleistung (akustische Leistung) sinkt nicht mit der Entfernung r von der Schallquelle − weder mit 1 / r noch mit 1 / r2. |
| Oft wird der Schalldruck als Schallfeldgröße mit der Schallintensität als Schallenergiegröße verwechselt. Aber I ~ p2. Die Schallenergiegröße ist proportional der Schallfeldgröße zum Quadrat. |
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Merke: Die abgestrahlte Schallleistung (Schallintensität) ist die Ursache und der Schalldruck ist die Wirkung oder der Effekt. Besonders die Schallwirkung interessiert den Tontechniker. Die Wirkung der Temperatur und des Schalldrucks: Schalldruck und Schallleistung – Wirkung (Effekt) und Ursache. |
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Akustiker und Schallschützer ("Lärmbekämpfer") brauchen die Schall- intensität und die Schallleistung – jedoch benötigen Tontechniker und Sound-Designer ("Ohrenmenschen") diese Schallenergiegröße kaum. Daher sollte man sich eher um die Schallfeldgröße, den Schallwechseldruck kümmern und um den Pegel (Schalldruckpegel SPL) als Wirkung an den Trommelfellen des Gehörs und an den Membranen der Mikrofone, sowie der entsprechenden Audiospannung bzw. seinem Spannungspegel. |
Schallwellen bewegen unsere Trommelfelle.
Aber welche Schallgröße erzeugt denn diese Wirkung?
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Schalldruck und Schallleistung – Wirkung (Effekt) und Ursache Schallleistung ist zwar die Ursache - aber Schalldruck erzeugt die hörbare Wirkung (Effekt). |
Das ohmsche Gesetz U = R · I lautet entsprechend in der Akustik p = Z · v.
| Unser Gehör ist direkt für den Schalldruck empfindlich. Aus geschichtlicher Sicht wurden beim
Stereohören die Pegeldifferenzen "Intensitäts"-Unterschiede genannt, aber Schallintensität ist
eine spezifisch definierte Größe, die nicht durch Mikrofone aufgenommen werden kann, noch
würde es für Tonaufnahmen nützlich sein, wenn das so wäre. Darum nenne "Intensitäts"-Stereofonie besser Pegeldifferenz-Stereofonie, denn unsere Trommelfelle und auch die Mikrofonmenbranen werden durch den Schallwechseldruck bewegt, der dem statischen Luftdruck überlagert ist. |
| Die maßgebliche Größe für die Schallempfindung der Ohren ist der aus der Luftmolekülbewegung resultierende rasch veränderliche Wechseldruck der Schallwellen, der Schalldruck genannt wird. Da unser Gehör nicht auf die Schallschnelle (Geschwindigkeit der Luftpartikel) reagiert, sondern allein auf die Schalldruckveränderungen, ist die Schnelle für das Lautheitsempfinden ohne Bedeutung. |
Dichte des Mediums, Schallgeschwindigkeit und Schallkennimpedanz
| Medium |
Dichte ρ in kg/m³ bei 20 °C |
Schallgeschwindigkeit c in m/s bei 20 °C |
Schallkennimpedanz Z0 in N·s/m³ |
| Luft | 1,204 | 343 | 413,5 |
| Wasser | 1 000 | 1 440 | 1 440 000 |
| Ziegelstein | 1 700 | 4 300 | 7 310 000 |
| Glass Quarz | 2 200 | 5 500 | 12 100 000 |
| Aluminium | 2 700 | 6 100 | 16 500 000 |
| Stahl | 7 500 | 6 000 | 45 000 000 |
| Im Jahr 1970 wurde der Schalldruck-Bezugspegel von 0 dB ≡ 1 µPa von der
US Navy für Arbeiten im Wasser gewählt, genannt Wasserschall. Näherungsweise unterscheiden sich gleiche Pegelangaben für Luft (Luftschall) und Wasser bei ihrem jeweiligen Referenzdruck in ihrem Pegel um etwa 62 dB. Für eine - ohnehin fragliche - Vergleichbarkeit der Pegel sind also vom Schalldruck in Wasser (Wasserschall) etwa 62 dB abzuziehen. Der große Unterschied des Pegels von Schall in Luft und die Pegelangabe des Schalls unter Wasser in Dezibel (dB) wird selten erkannt und kaum deutlich erklärt. |
| Professor Stefan Weinzierl (TU-Berlin), weist darauf hin, dass die Analogie der akustischen Gesetze zu den elektrischen Gesetzen nicht überstrapaziert werden sollte, da man bei bestimmten akustischen Phänomen, etwa bei der Schallabstrahlung schwingender Oberflächen ebenso die Schnelle der Luftpartikel als Ursache und den Schalldruck als Wirkung auffassen kann. Sicher trifft das für die Forschung und die Theorie zu − hier ist jedoch die Praxisseite der Tontechnik. |
Abnahme des Schalls mit der Entfernung
| Wie nimmt denn die Lautstärke (Lautheit) mit der Entfernung von einer Schallquelle ab? Wie nimmt denn der Schalldruck (Spannung) mit der Entfernung von einer Schallquelle ab? Wie nimmt die Schallintensität (nicht die Schallleistung) mit der Entfernung von einer Schallquelle ab? Die Anfängerfrage dazu lautet ganz schlicht: Wie nimmt denn der Schall mit der Entfernung ab? |
| Für eine Kugelwelle als Schallquelle gilt: Der Schalldruckpegel nimmt bei Verdopplung des Abstands um (−)6 dB ab. Der Schalldruck fällt also auf das 1/2-fache (50 %) des Schalldruckanfangswerts. Der Schalldruck nimmt dabei im Verhältnis 1/r zum Abstand ab. Der Schallintensitätspegel nimmt bei Verdopplung des Abstands auch um (−)6 dB ab. Die Intensität fällt also aufdas 1/4-fache (25 %) des Schallintensitätsanfangswerts. Die Schallintensität nimmt dabei im Verhältnis 1/r2 zum Abstand ab. Der Lautstärkepegel nimmt bei Verdopplung des Abstands auch um (−)6 dB ab. Die Lautstärke fällt daher auf das 2/3-fache (ca. 63 %) des empfundenen Lautheitsanfangswerts. Die Lautheit nimmt dabei im Verhältnis 1/(20.56r) = 1/(1,581 r) zum Abstand ab. Es gab eine Diskussion: 2−0.6r ist nicht das Gleiche, wie 1/(20.6)r. Man sagt, dass die Gleichung falsch sein soll. Aber wie ist es denn richtig? Siehe folgende Adresse: |
| Der Pegel des Lärms hängt von der Entfernung zwischen der Schallquelle und dem Ort der Messung, möglicherweise dem Ohr eines Hörers ab. Der Schalldruckpegel Lp in dB ist ohne den genannten Abstand r zur Schallquelle wirklich nutzlos. Leider ist dieser Fehler (unbekannter Abstand) ziemlich häufig. |
Was ist Schall?
Schall ist eine Druckschwankung in der Luft, genannt Schalldruck p
(Schallwechseldruck). Diese Druckschwankung hat den Charakter einer
Wellenbewegung die ausgelöst wird, sobald ein Luftteilchen das nächste anstößt. |
| Schallleistung und Schalldruck. Zusammenhang zwischen Schallenergiegröße und Schallfeldgröße. Eine Schallquelle emittiert Schalleistung und erzeugt dadurch einen bestimmten Schalldruck. Das heißt: Die Schalleistung ist die Ursache und der Schalldruck die Wirkung. Ein Vergleich aus der Wärmelehre macht den Zusammenhang deutlich: Die von einem elektrischen Heizofen abgegebene Wärme bewirkt, dass sich eine bestimmte Temperatur im Raum einstellt. Wie hoch die Temperatur ist, hängt von der Raumgröße, der Art der Isolierung, dem Vorhandensein anderer Wärmequellen usw. ab. Die Wärmeleistung des elektrischen Heizkörpers ist jedoch immer die gleiche, praktisch unabhängig vom Raum, in dem er sich befindet. Beim Schall verhält es sich ähnlich: Der Schalldruck, den wir wahrnehmen oder mit einem Mikrofon messen, ist abhängig vom Abstand zur Schallquelle und von den akustischen Eigenschaften des Raums, in dem sich die Schallwellen ausbreiten. In einem großen, mit schallabsorbierendem Material ausgekleideten Raum hört sich eine Schallquelle leiser an als in einem kleinen Raum mit nackten Betonwänden. Die Schallleistung der emitierenden Schallquelle ist jedoch immer die gleiche. Sie ist auch nicht von den akustischen Eigen- schaften eines Raums bzw. Schallfelds abhängig. Siehe: "Schalldruck und Schallleistung - Wirkung und Ursache" http://www.sengpielaudio.com/SchalldruckUndSchallleistung.pdf |
| Der Übertragungsfaktor (Transfer-Faktor) in mV/Pa zeigt deutlich, dass Mikrofone den Schallwechseldruck (Pa) in Audiospannung (mV) wandeln. Energie und Leistung spielen bei den Mikrofonwandlern dieser Sensoren keine Rolle. Auch werden unsere Trommelfelle durch den Schallwechseldruck bewegt. Schalldruck als Schallfeldgröße kann nicht das gleiche sein, wie Schallintensität oder Schallleistung als Schallenergiegröße. |
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