Der Schalldruck, das menschliche Gehör und die empfundene Lautstärke

Mit dem Schalldruckpegel kann die Stärke eines Schallereignisses beschrieben werden. Lautstärken sind allgemein besser nachzuempfinden, wenn diese in Dezibel, der Maßeinheit des Schalldruckpegels ausgewiesen sind. Allgemein bekannt ist, dass es ein Überschallflugzeug auf ca. 150 Dezibel – oder abgekürzt dB – schafft. Für viele ist dies der lauteste vorstellbare Schall. In einer Disco liegen die Werte immerhin noch bei 100 dB. Doch auch für HiFi-Fans, welche ja bekanntlich lieber gut als laut hören möchten, lohnt es, sich einmal etwas genauer mit dem Thema Schalldruckpegel zu beschäftigen. Der folgende Beitrag ist die Gelegenheit dazu:

Die Maßeinheit Dezibel hilft Lautstärken einzuordnen

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Dezibel-Messgerät der Firma Brüel & Kjær

Die Maßeinheit Dezibel ist vermutlich jedem ein Begriff, der sich auch nur im Entferntesten mit HiFi und seinen Technologien beschäftigt. Aber was verbirgt sich genau dahinter? Zunächst sollte man wissen, dass Dezibel keine physikalische Größe ist und somit auch keinen absoluten Betrag ausdrückt. Dezibel zeigt lediglich das Verhältnis zweier gleichartiger physikalischer Größen an. Der Begriff Dezibel setzt sich zusammen aus den Bestandteilen „Dezi“, also ein Zehntel, und „Bel“, einer Maßzahl, die nach dem Physiker Abraham G. Bell benannt wurde. Es geht demnach bei Dezibel immer um die Relation bestimmter physikalischer Größen, und so spricht man auch von einer logarithmischen Maßzahl.

Das menschliche Gehör kann feinste Lautstärke-Nuancen unterscheiden

Aber warum verwendet man keine feste Größe für die Bestimmung der Lautstärke? Der Grund liegt in der enormen Bandbreite der Lautstärkenwahrnehmung des menschlichen Gehörs. Das leiseste Geräusch, welches ein Mensch wahrnehmen kann, ist milliardenfach leiser als das lauteste. Es wäre unmöglich – und vor allem unpraktisch – mit dieser enormen Spannweite zu arbeiten, daher die logarithmische Skala.

Bei einer HiFi-Anlage spricht man in der Regel von der Schallintensität. Dabei handelt es sich um die von Lautsprechern auf einer bestimmten Fläche abgestrahlte Schallleistung. Ausgedrückt wird diese Intensität in Watt/m². Das Verhältnis zwischen dB und Intensität lässt sich folgendermaßen darstellen: Ein Anstieg von 3 dB führt zu einer Verdopplung der Intensität, 6 dB vervierfachen die Schallintensität, und bei 10 dB ist sie verzehnfacht. Die Schallintensität ist vergleichbar mit der elektrischen Leistung. Eine Änderung des Dezibel-Betrags führt je nach betrachteter Größe zu unterschiedlichen Verhältnisänderungen.

Was genau ist Schalldruck oder Schalldruckpegel?

Doch zurück zum Schalldruck. Er beschreibt die Kraft, die auf eine Fläche einwirkt und wird in der Einheit Pascal (Newton/m²) gemessen. Daraus ergeben sich andere Verhältnismäßigkeiten als bei der Schallintensität. So liegt bei 6 dB eine Verdopplung des Schalldrucks vor, verdreifacht wird er bei einem 10-dB-Anstieg. Der Schalldruck ist vergleichbar mit der elektrischen Spannung. Die empfundene Lautstärke quadriert sich dabei in Zehnerschritten: 10 dB entsprechen einer Verdopplung der empfundenen Lautstärke, 20 dB einer Vervierfachung, 30 dB einer Verachtfachung usw.

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Diese Grafik zeigt den Bereich der Wahrnehmbarkeit von Musik und Sprache im Verhältnis zum Schalldruck

Neben dieser vereinfachten Darstellung des Schalldrucks ist auch eine Definition der Druckänderung wichtig, die durch den Schall hervorgerufen wird. Das Gehör ist in der Lage, einen Schalldruckpegel zwischen 0,00002 Pascal und 20 Pascal wahrzunehmen, was etwa dem Faktor von 1 zu 1 Million entspricht. Dieser Bereich liegt auch im Verstärker vor. Bei dieser Messbreite ist der Schalldruck gemessen in dB die einfachere Darstellung. Der Schalldruck von 0,00002 Pascal stimmt mit einem Schallpegel von 0 dB überein, der Schalldruck von 20 Pascal liegt bei 120 dB. Ein Beispiel verdeutlicht dies: Ein normales Gespräch erzeugt auf einen Meter Entfernung einen Schallpegel von rund 60 dB, ein Konzert kann durchaus die Schmerzgrenze von ca. 120 dB erreichen. Lauter ist nur ein Düsenjet aus 500 Meter Entfernung. Zur Erinnerung: Ein Anstieg des Schalldruckpegels um nur 10 dB verdoppelt bereits die Empfindung der Lautstärke. Bereits Unterschiede von 3 dB sind deutlich hörbar, alles darunter ist meist nur im direkten Vergleich erkennbar. Eine genaue Berechnung von Schalldruck zu Schallpegel in dB, Schallintensität in Schallpegel oder umgekehrt findet sich hier.

Schalldruck und seine Bedeutung für HiFi-Anlagen

Für die HiFi-Anlage bedeutet das letztlich Folgendes: Aufgrund der Struktur des menschlichen Gehörs wird eine Schaltung in den Verstärker eingebaut, die eine gleichmäßige Wiedergabe aller Frequenzen sicherstellt. Andernfalls würden Fehler in der Hörstruktur wahrgenommen werden, beispielsweise ein zu hoher Klirrfaktor. Bei einer HiFi-Anlage kann die Verstärkerleistung nicht nach Belieben erhöht werden, denn jeder Lautsprecher verträgt nur eine gewisse Leistung. Eine Überbelastung kann z. B. zu einer Zerstörung des Hochtoners führen.

Moderne Anlagen haben für den perfekten Sound ein Mikrofon eingebaut, das den Schall aus den Lautsprechern in elektrische Energie zurückwandelt. Dadurch erkennt die Anlage den Hörraum und passt den Sound entsprechend an. Hierbei sollte man die Faustregel „Je größer der Raum, desto leistungsfähiger die Anlage“ beachten. Neben der Raumgröße sind weitere Faktoren entscheidend. Eine Dachschräge beispielsweise beeinflusst die akustische Charakteristik des Raums ebenso wie hohe Decken. Diese Faktoren lassen sich akustisch jedes Mal anders einordnen, das Auf- und Einstellen der Anlage muss entsprechend angepasst werden.

Ein akustisches Signal aus der HiFi-Anlage lässt sich über die Frequenz sowie über den Schalldruck messen. Eine wichtige Rolle spielen diese Daten unter anderem, wenn man sich das perfekte Heimkino einrichten will. Die Dimension der Zahlenwerte, die in Pascal angegeben werden, ist so groß, dass sie für den alltäglichen Gebrauch unpraktisch ist. Daher arbeitet man mit der logarithmischen Maßzahl Dezibel. Mit Hilfe dieser Angaben ist ein verzerrungsfreier Sound möglich.

Titelbild: Jet durchbricht Schallmauer: Dieses Bild ist das Werk eines Seemanns oder Angestellten der U.S. Navy, das im Verlauf seiner offiziellen Arbeit erstellt wurde.
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Bild1 : Wikipedia CC BY-SA 3.0 Nutzer Harke
Grafik: Wikipedia CC BY-SA 3.0 Nutzer APPER

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Teufel Blog Redaktion

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