Schalldruckpegel

Definition

Der Schalldruckpegel, L_p (L von engl: Level und p von engl: pressure), vereinfacht aber physikalisch mehrdeutig auch Schallpegel genannt, beschreibt das logarithmierte Verhältnis des quadrierten Schalldrucks eines Schallereignisses zum Quadrat eines auf
p₀ = 20 µPa = 2 ·10^-5 Pa festgelegten Referenzwertes. Hierbei entspricht der Bezugswert ungefähr der Hörschwelle des menschlichen Ohres bei einer Frequenz von 1000 Hz. Das Ergebnis wird in Dezibel (Abkürzung dB) angegeben.

L_{\mathrm {p} }=20\,\log _{10}\left({\frac {p_{1}}{p_{0}}}\right)=10\,\log _{10}\left({\frac {p_{1}^{2}}{p_{0}^{2}}}\right){\mbox{ dB SPL}}

.

Das Dezibel (dB) ist also keine physikalische Einheit sondern eine logarithmische Größe, die einen Pegel relativ zu einer Bezugsgröße angibt. Vereinzelt wird bei der Angabe eines absoluten Pegels die Kennzeichnung des Schalldruckpegels durch den Zusatz "SPL" (sound pressure level), z.B. L_p = 74,5 dB SPL benutzt.

Messung

Die Messung des Schalldruckpegels kann mit kalibrierten Mikrofonen erfolgen. Die Richtcharakteristik solcher Mess-Mikrofone ist im allgemeinen kugelförmig.

Folgende Zeitbewertungen sind gebräuchlich:

Langsam (S) (engl.: slow) Mittelungszeit 1 s: Für Schallvorgänge mit langsam veränderlichen Pegeln; z.B. gleichmäßiges Singen eines Tones.
Schnell (F) (engl. fast) Mittelungszeit 125 ms: Für Schallvorgänge, die länger als 200 ms dauern und nicht impulshaltig sind; z.B. sprechen.
Impuls (I): Für kurzdauernde und impulshaltige Geräusche (Dauer zwischen 1 ms und 200 ms; z.B. Händeklatschen.)

Der messbare Pegelbereich beginnt nicht wesentlich unter 0 dB und endet bei ca. 150-160 dB, da für höhere Schallpegel die Gesetze der Akustik nicht mehr anwendbar sind. Die akustische Theorie geht davon aus, dass die Luftdruckschwankungen durch den Schall um Größenordnungen kleiner sind als der Athmosphärendruck, denn nur dann ergeben sich lineare Beziehungen zwischen den Schallfeldgrößen. Für noch höhere Wechseldrücke werden alle Beziehungen nichtlinear, Schallgeschwindigkeit und Luftdichte sind nicht mehr konstant, sondern werden auch zu Wechselgrößen. Sonst irrelevante Einflüsse wie Wärmeleitfähigkeit der Luft, Effekte beim Aufreißen von Inter-Molekülbindungen werden auf einmal wesentlich.

Bewerteter Schalldruckpegel

Bewertungsfilter A,B,C,D und Empfindlichkeit des Gehörs

Bei der Schalldruckmessung können Bewertungsfilter verwendet werden. Das erfasste physikalische Signal wird dabei einer Frequenzgewichtung unterzogen; dadurch werden Werte erhalten, die für eine bestimmten Pegelbereich einen besseren Bezug zur menschlichen Lautheitswahrnehmung haben sollen als der unbewertete Pegel.

Die Bezeichnungen der so gemessenen Schalldruckpegel sind "L_pA", "L_pB", "L_pC" sowie "L_pD" (für die Bewertungsfilter A, B, C sowie D); der Messwert wird in dB angegeben; um Missverständnisse zu vermeiden wird häufig der Kennbuchstabe des gesetzten Bewertungsfilters in Klammern angefügt, also z.B. dB(A) oder dB(C).

Die Bewertungsfilter A,B,C,D sind so gewählt, dass sie die Frequenzempfindlichkeit des menschlichen Gehörs in bestimmten Pegelbereichen nachvollziehen.

der A-Bewertungsfilter entspricht der Empfindlichkeit des menschlichen Geförs bei Pegeln von ca. 20-40 dB,
der B-Bewertungsfilter entspricht der Empfindlichkeit des menschlichen Geförs bei Pegeln von ca. 50-70 dB,
der C-Bewertungsfilter entspricht der Empfindlichkeit des menschlichen Geförs bei Pegeln von ca. 80-90 dB,

Die aktuellen Normen und Richtlinien schreiben überwiegend Messungen mit einem A-Bewertungsfilter vor, unabhängig von den erfaßten Pegeln.

Da für eine Reihe von Schallsituationen der Messwert in dB(A) keinen ausreichenden Aufschluss über eine Lärmbelastung gibt, können bei der Bewertung von Schallimmissionen Beurteilungspegel gebildet werden. Dabei werden auf den bewerteten Schalldruckpegel noch Zuschläge für bestimmte Geräuschsituationen vergeben: Üblich sind Zuschläge für Tonhaltigkeit (z.B. Quietschen), Impulshaltigkeit (z.B. Hämmern), Informationshaltigkeit (z.B. Sprache) und die zeitliche Struktur einer Geräuschsituation. Solche Beurteilungspegel werden bei der rechtlichen Bewertung herangezogen, ob bestimmte Lärmbelastungen zulässig sind.

Eine Alternative zur Messung des bewerteten Schalldruckpegels ist die Messung der Lautheit nach DIN 45631 bzw. ISO 532 B. Hierbei wird die Verarbeitung des Schalls im menschlichen Gehör simuliert und so die Lautstärkeempfindung und auch die schädigende Wirkung von Lärm wesentlich besser erfasst als beim bewerteten Schalldruckpegel. Für psychoakustische Bewertungen wird daher häufig die Lautheit herangezogen.

Wahrnehmung durch den Menschen

Bei mittleren und hohen Pegeln und Frequenzen wird ein Schalldruckpegel-Unterschied von 10 dB in etwa als doppelte Lautstärke wahrgenommen. Unterschiede von 3 dB sind deutlich hörbar. Kleinere Schallpegelunterschiede sind meist nur bei direktem Vergleich erkennbar.

Hohe Schalldruckpegel verursachen Unwohlsein und Schmerzempfindungen. Die Unwohlseinsschwelle liegt bei etwa 120 dB, die Schmerzschwelle wird mit 120 dB bis 140 dB (alle unbewertet) angegeben.

Die wahrgenommene Lautstärke hängt hierbei nicht nur vom Schalldruckpegel ab, sondern auch vom Spektrum des Schallsignals und von dessen zeitlichem Verlauf. So werden Einzeltöne wesentlich lauter wahrgenommen als breitbandige Schallsignale mit gleichem Schalldruckpegel. Schallsignale mit stark veränderlichem Pegel werden wesentlich lauter wahrgenommen als gleichförmige Schallsignale mit gleichem Mittelungspegel. Ursache hierfür sind die Eigenschaften des menschlichen Innenohrs (Verdeckung, Zeitverhalten von Nervenzellen)

Abhängigkeit von der Messentfernung

Bei Schall-Immissionsmessungen wird der Schalldruckpegel an dem Ort gemessen, an dem er auf den Menschen einwirkt. Unerheblich sind hierbei die Anzahl der vorhandenen Schallquellen oder deren Abstand vom Messpunkt (z.B. Messung des Schalldruckpegels, den vorbeifliegenden Flugzeuge in einem Haus an der Einflugschneise verursachen).

Bei Emissionsmessungen wird dagegen untersucht, welcher Schall von einer Schallquelle verursacht wird (z.B. Messung des Geräusches, den ein Flugzeug eines bestimmten Typs abstrahlt). Der gemessene Schalldruckpegel hängt hierbei sehr stark von der Messentfernung ab. Zur Beschreibung der Schallsituation ist hier die Angabe von Schalldruckpegel und unbedingt auch der Entfernung erforderlich.
Als Alternative wird bei Emissionsmessungen an der Störquelle oft der Schallleistungspegel angegeben, der entfernungsunabhängig und raumunabhängig ist, da hierzu die in alle Richtungen abgestrahlte Schallleistung aufsummiert wird.

Bei punktförmigen Schallquellen nimmt der Schalldruckpegel um 6 dB pro Abstandsverdopplung ab. Der Schalldruck p nimmt in Abhängigkeit von der Entfernung r nach dem 1/r-Gesetz ab. Leider wird ständig falsch behautet, dass der lineare Schalldruck mit 1/r² abnähme. Das ist aber nur bei der Schallintensität so.

Beispiele für Schalldruckpegel

Abkürzungen:

dB - "Dezibel", engl. = decibel, also 1/10 Bel
SPL - "sound pressure level" (Schalldruckpegel)

(Schalldruckpegel in dB SPL)

Situation	Schalldruckpegel
Hörschwelle	0 dB
Sehr ruhiges Zimmer	20-30 dB
Normale Unterhaltung 1 m entfernt	40-60 dB
Fernseher in "Zimmerlautstärke" 1 m entfernt	ca. 60 dB
PKW 10 m entfernt	60-80 dB
Hauptverkehrsstraße 10 m entfernt	80-90 dB
Gehörschäden bei langfristiger Einwirkung	ab 90 dB
Presslufthammer 1 m entfernt /Disko	ca. 100 dB
Düsenflugzeug 100 m entfernt	110-140 dB
Gehörschäden bei kurzfrististiger Einwirkung	ab 120 dB

Da der Schalldruck innerhalb eines Schallfeldes sehr unterschiedlich sein kann (Ausnahme: Diffusfeld), muss für eine verlässliche Interpretation des Messergebnisses die Position des Messmikrofons stets angegeben werden.

Akustische Schalldruckpegel"addition" von zwei (inkohärenten) Schallquellen

Zwei inkohärente Schallquellen mit gleichem Pegel ergeben eine Schalldruckpegel-Zunahme um 3 dB gegenüber einer Schallquelle. Zwei 80-dB-Schallquellen erzeugen zusammen 83 dB SPL. Siehe: Schallpegeladdition von akustischen Schallquellen

Siehe auch

Weblinks