Schalldruck

Der Schalldruck (Druck) ist in der Akustik die wichtigste lineare Schallfeldgröße.

Die Druckschwankungen eines kompressiblen Mediums (natürlich üblicherweise Luft), die bei der Ausbreitung von Schall auftreten, nennt man Schalldruck. Diese Schalldruckschwankungen können vom Trommelfell als Sensor in Bewegungen umgesetzt werden. Wenn es sich um hörbaren Schall handelt, können diese Bewegungen dann durch das Innenohr wahrgenommen werden.

Der Schalldruck p (pressure) ist also der Verdichtungswechseldruck, der dem Druck des umgebenden Mediums (Luft) überlagert ist. Häufig findet man das Klein-p des Schalldrucks (pressure) mit dem Groß-P der Schallleistung (power) verwechselt.

p={\frac {F}{A}}

,

Der Schalldruck p ist also Kraft F (force) durch Fläche A (area).

Die SI-Einheit des Drucks ist das Pascal mit dem Einheitenzeichen Pa. Ein Pascal entspricht einem Druck von einem Newton pro Quadratmeter:

1\ \mathrm {Pa} =1\ {\frac {\mathrm {N} }{\mathrm {m^{2}} }}={\frac {1\ \mathrm {kg} }{\mathrm {m} \cdot \mathrm {s^{2}} }}

Die Amplitude des Schalldrucks nimmt im Freifeld (Direktfeld) mit 1/r der Entfernung von einer punktförmigen Schallquelle ab.
Merke: Die Angabe eines Schalldruckwerts, ohne die gleichzeitige Angabe der Mess-Entfernung ist wertlos. (Leider kommt dieses häufig vor).

Für Zahlenwertangaben des Schalldrucks wird der Effektivwert angegeben. Als Messgröße für den Druck wird in der Akustik üblicherweise der Schalldruckpegel $L_{p}$ in dB verwendet.

Handelt es sich beim Schall um einen Ton, also eine Sinus-Schwingung mit nur einer Frequenz $f$ , so ergibt sich:

p(t)={\bar {p}}\sin(2\pi ft)={\bar {p}}\sin(2\omega t)

,

wobei ${\bar {p}}$ die Schalldruckamplitude und ${\omega }$ ist die Kreisfrequenz ist.

Sind mehrere Frequenzen gemischt (Töne) und stehen die Frequenzen in einem festen Verhältnis miteinander, so spricht man von einem Klang, ändert sich das Verhältnis der Frequenzen ständig, so spricht man von einem Geräusch.

Die sozusagen komplementäre Größe zum Schalldruck ist die (wechselnde) Geschwindigkeit, mit der sich die Luft-Moleküle um ihre Ruhelage hin- und herbewegen. Diese wird als Schallschnelle bezeichnet. Weiter gehört zu den Schallgrößen die Schallkennimpedanz Z des Mediums in N·s/m³.

Anmerkung: Nicht zu verwechseln ist die Schallfeldgröße Schalldruck p (in Pa = N/m²) mit der Schallenergiegröße Schallintensität I (in Watt/m²). Von der Intensität eines Drucks zu sprechen ist physikalisch nicht sinnvoll. Intensität ist nicht Druck.
In der Umgangssprache werden "Stärke", "Größe", "Amplitude" oder "Pegel" auch mit "Intensität" bezeichnet, in der Akustik sind dieses aber unterschiedliche Größen, die Intensität ist hier eine Schallenergiegröße.

Der Schalldruck p in m/s ist:

p=Z\cdot v={\frac {J}{v}}={\sqrt {J\cdot Z}}

Schallkennimpedanz Z in N·s/m³
Schallschnelle v in m/s
Schallintensität J in W/m²

Der Schalldruck kann ausgedrückt werden durch

$p=\rho \cdot c\cdot \omega \cdot \xi =Z\cdot \omega \cdot \xi$

Üblicherweise in der Einheit N/m² = Pa (Pascal). $\xi$ ist der griechische Buchstabe "(xi) = ksi".

Hierbei ist:
$\rho$ = Dichte der Luft (des Mediums)
$c$ = Schallgeschwindigkeit
$\omega$ = Kreisfrequenz = $2\cdot \pi \cdot f$
$\xi$ = Auslenkung der Luftteilchen
$Z=c\cdot \rho$ = Akustische Impedanz = Schallkennimpedanz

Die Schallauslenkung $\xi$ in m ist durch folgende Formel mit dem Schalldruck verbunden:

\xi =Z\cdot v={\frac {v}{2\cdot \pi \cdot f}}={\frac {p}{Z\cdot 2\cdot \pi \cdot f}}

Damit ist ist der Schalldruck:

p={\xi \cdot Z\cdot 2\cdot \pi \cdot f}={\xi \cdot Z\cdot \omega }

Schallkennimpedanz $Z$ in N·s/m³
Schallschnelle $v$ in m/s
Frequenz $f$ in Hz
Kreisfrequenz $\omega =2\cdot \pi \cdot f$

Schalldruck

Siehe auch andere Schallbegriffe:

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