Schalldruck

Der Schalldruck (auch einfach: Druck) (Formelzeichen p von engl.: pressure) 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 (Gehör-Hirn-System) wahrgenommen werden.

Der Schalldruck p ist also der Verdichtungswechseldruck (eine Wechselgröße), der dem statischen Druck (Luftdruck) des umgebenden Mediums überlagert ist und der üblicherweise als Effektivwert angegeben wird. Häufig findet man in Büchern das gemeinte Klein-p des Schalldrucks (pressure) als Groß-P, welches Schallleistung (power) bedeutet, falsch gedruckt vor.

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) und im Diffusfeld (Raumschallfeld) mit 1/r der Entfernung von einer punktförmigen Schallquelle ab. Im Diffusfeld wird diese Abnahme scheinbar verringert, weil sie von den überlagernden Reflexionen gestört wird. Die Entfernung von der Schallquelle, bei dem eine Gleichheit von Direktschall D zu Raumschall R, also das Verhältnis D/R = 1 ist, wird Hallradius genannt.

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. Die häufig vorkommende Angabe eines Schalldruckwerts ohne die gleichzeitige Angabe der Mess-Entfernung ist nutzlos.

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 ${\omega }$ die Kreisfrequenz $\omega =2\cdot \pi \cdot f$ 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 der Schalldruck p (in Pa = N/m²) als lineare Schallfeldgröße mit der Schallintensität I (in Watt/m²) als quadratische Schallenergiegröße. Von der Intensität eines Drucks zu sprechen ist physikalisch nicht sinnvoll, da Intensität und Druck unterschiedliche Messgrößen sind.
In der Umgangssprache werden "Stärke", "Größe", "Amplitude" oder "Pegel" auch mit "Intensität" bezeichnet, in der Akustik sind dieses aber unterschiedliche Größen. Die Intensität ist aber hier eine Schallenergiegröße.