Amplitude & Schallpegel

Die Lautstärke des Schalls wird durch die Amplitude der Schwingungen bestimmt. Die Amplitude ist die Größe der Druckschwankungen und je größer diese sind, desto lauter ist der Ton.


Schalldruck

Der Schalldruck gibt die Kraft an, die auf eine Fläche wirkt. Er beschreibt die bei der Ausbreitung des Schalls auftretenden Druckschwankungen die unsere Trommelfelle und Mikrofonmembranen bewegen, sodass wir etwas hören.

Formelzeichen:

ppp

Einheit:

[p]=\frac{\text{N}}{\text{m}^2}=\text{Pa}[p]=Nm2=Pa[p]=\frac{\text{N}}{\text{m}^2}=\text{Pa}

Eine Schallwelle ist eine Abweichung des Luftdrucks von dem sonst herrschenden Luftdruck und erzeugt dadurch solche Druckschwankungen. Die Lautstärke eines Geräuschs ist die Größe der Schwankungen und wird durch die Amplitude der Schallwelle angezeigt. Je größer die Amplitude ist, desto lauter ist der Ton.

Leiser Ton

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Lauter Ton

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Schallpegel bzw. Schalldruckpegel

Der Schalldruckpegel (L), oder oft auch einfach Schallpegel genannt, ist eine physikalische Größe zur Beschreibung der Stärke eines Schalls (Geräuschs) und wird in Dezibel (dB) gemessen.

Der Schallpegel ist das logarithmische Verhältnis von Schalldruck und der Empfindungsschwelle des menschlichen Ohres.

Der Pegel des Lärms hängt zusätzlich von der Entfernung zwischen der Schallquelle und dem Empfänger ab.

Dezibel

Dezibel (dB) ist keine physikalische Größe und drückt auch keinen absoluten Betrag aus, sondern eine Relation bestimmter physikalischer Größen.

Da der vom Menschen wahrnehmbare Bereich sich über mehrere Größenordnungen (0,00002 Pascal - 20 Pascal) erstreckt und mit einer linearen Skala nicht gut darstellbar ist, wird Dezibel als Hilfsmaßeinheit herangezogen.

Dabei gilt:

  • Verdopplung oder Halbierung der Lautstärke: Änderung der Lautstärke um ca. 10 dB (z.B.: 70 dB ist doppelt so laut wie 60 dB).
  • Verdopplung oder Halbierung der Schallquellen: Änderung der Lautstärke um ca. 3 dB (z.B. zwei Schallquellen sind nur 3dB lauter als eine allein).
  • Verdopplung oder Halbierung des Abstands zur Schallquelle: Änderung der Lautstärke um ca. 6 dB

Die Verdoppelung einer Schallquelle bedeutet nicht, dass wir etwas in der doppelten Lautstärke hören. Erst 10 gleich laute Schallquellen rufen die doppelte Lautstärke einer Schallquelle hervor!

Hörbarer Bereich

Das menschliche Ohr kann Druckschwankungen von ca. 0 dB (Hörschwelle) bis ca. 130 dB (Schmerzgrenze) wahrnehmen. Also nur wenn die Lautstärke des Schalls über der Hörschwelle und unter der Schmerzschwelle liegt, kann der Mensch ihn hören.

  • Geräusche bis etwa 30 dB empfinden wir als ruhig.
  • Andauernder Lärm von über 85 dB kann längerfristig zu Hörschäden führen.
  • Der Mensch kann bei einem direkten Vergleich ca. 1 dB Geräuschpegel unterscheiden.

Unsere Ohren weisen dabei einige Besonderheiten auf:

  • Tiefe Töne werdem bei gleichem Schallpegel als weniger laut empfunden.
  • Niedrige Schallpegel können wir stark voneinander unterscheiden, wohingegen uns das im hohen Dezibel-Bereich nicht so gut gelingt.

Düsenflugzeug

140 ~\text{dB}140 dB140 ~\text{dB}

Schmerzschwelle

130 ~\text{dB}130 dB130 ~\text{dB}

Kettensäge

110 ~\text{dB}110 dB110 ~\text{dB}

Disco

100 ~\text{dB}100 dB100 ~\text{dB}

Verkehrsstraße

80 ~\text{dB}80 dB80 ~\text{dB}

Staubsauger

70 ~\text{dB}70 dB70 ~\text{dB}

Normales Sprechen

60 ~\text{dB}60 dB60 ~\text{dB}

Wohnungsumgebung

50 ~\text{dB}50 dB50 ~\text{dB}

Schlafzimmer bei Nacht

30 ~\text{dB}30 dB30 ~\text{dB}

Ticken einer Uhr

10 ~\text{dB}10 dB10 ~\text{dB}

Hörschwelle

0 ~\text{dB}0 dB0 ~\text{dB}

Beispiele

Operngesang

Eine Opernsängerin singt, wenn du 10m vor der Bühne stehst, mit der Lautstärke von 70 Dezibel.

  1. Eine zweite Sängerin kommt hinzu. Wie groß ist die Laustärke jetzt?

  2. Wie viele Sänger braucht es für die Lautstärke von 80 Dezibel?

  3. Wie groß ist die Laustärke von einer Sängerin, wenn du weiter hinten im Saal (50m weg von der Bühne) stehst?

Lösung

  1. Die Lautstärke erhöht sich bei der Verdoppelung der Schallquelle (Opernsängerin) um 3 dB. Also hörst du jetzt 73 dB.

  2. 80 dB ist doppelt so laut wie 70 dB. 10 gleich laute Schallquellen rufen die doppelte Lautstärke einer Schallquelle hervor. Also bedarf es 10 Opernsängerinnen, um mit 80 dB zu singen.

  3. Durch eine Verdoppelung des Abstands nimmt die Lautstärke um 6dB ab. 20m ist doppelt so viel wie 10m. Und 40m ist doppelt so viel wie 20m. Also hörst du noch 64 dB.

Dieselmotor

Ein Dieselmotor erzeugt einen Schallpegel von 90 dB in 1mAbstand. In welcher Entfernung ist dieser Wert auf erträgliche 60 dB gesunken?

Lösung

Durch eine Verdoppelung des Abstands nimmt die Lautstärke um 6 dB ab:

  • 2 m = 84 dB
  • 4 m = 78 dB
  • 8 m = 72 dB
  • 16 m = 66 dB
  • 32 m = 60 dB

In 32 m Abstand ist die Lautstärke auf 60 dB gesunken.

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