Etwas Physik vom Schall

Laut und leise

Als Luftschall (kurz: Schall) bezeichnet man Luftdruckschwankungen, die dem atmosphärischen Druck überlagert sind. Durch mechanische Schwingungen von Festkörpern (z.B. Lautsprechermembranen, Stimmbänder, Saiten, Gehäuseblech) oder Unterbrechung eines Luftstromes (Lochsirene) werden Über- und Unterdrücke erzeugt, die sich als Schallwellen in Luft mit einer Geschwindigkeit von etwa 340 m/s ausbreiten.

Die Zahl der Luftdruckschwankungen pro Sekunde bezeichnet man als Frequenz; sie wird in Hertz [Hz] gemessen:
1 Schwingung pro Sekunde = 1 Hz; 1000 Hz = 1 kHz.

Bei einer Frequenz spricht man von einem Ton, bei einem Frequenzgemisch von einem Geräusch. Mit der Frequenz nimmt die Tonhöhe zu. Je größer die Luftdruckschwankungen sind, desto größer ist die Schallintensität und umso lauter das Geräusch. Weil der Mensch Schalldrücke, deren Verhältnis von eins bis zu einer Million reicht, wahrnehmen kann und sie nicht proportional verarbeitet, wurde für die Schallgrößen ein logarithmisches Maß eingeführt: der Pegel, z. B. der Schalldruckpegel L(t) in Dezibel [dB]:

L(t) = 10 log(p(t)2/p02)
p0 = Bezugsschalldruck = kleinster hörbarer Schalldruck bei 1 kHz = 0,00002 Pa
p(t) = momentaner Schalldruck gemessen in Pa

Druck ist definiert als Kraft pro Fläche und wird gemessen in Newton pro Quadratmeter (N/m2).
Dafür gibt es als Abkürzung die Einheit Pascal (Pa).

1 N/m2 = 1 Pa

100 Pa bezeichnet man auch als 1 Hektopascal (hPa). Der Luftdruck bei schönem Wetter beträgt etwa 1015 hPa. Das Ohr kann schnelle Luftdruckschwankungen von 0,0000002 hPa wahrnehmen. Da der Luftdruck durch Wettereinflüsse etwa zwischen 980 und 1030 hPa nur langsam variiert, kann das Ohr diese Änderungen nicht hören.

Da der Schalldruckpegel eine logarithmische Größe ist, ergeben sich zum Teil ungewöhnliche Rechenregeln, z.B.:

  • Zwei gleichlaute Geräuschquellen verursachen einen um 3 dB höheren Schalldruckpegel als nur eine von ihnen. So ist auch die Summe zweier Geräusche mit 0 dB ein Geräusch mit 3 dB.
    0 dB + 0 dB = 3 dB
  • Der Pegel von 10 gleichlauten Geräuschquellen ist um 10 dB höher als der von einer.
  • Eine Verdoppelung des Abstandes von einer Quelle, die im Vergleich zum Abstand klein ist, führt zu einer Pegelminderung um 6 dB.