Mario Sedlak
Maßeinheiten
Wissenschaft
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Maßeinheiten für die physikalische Stärke von Schall

Empfangen von Schall

Größe Einheit Abk. Definition
  • Schalldruck
Pascal Pa Effektivwert des Wechseldrucks (= Spitzenwert durch √2)
Dezibel dB

in Luft: (20 µPa)2 = 0 dB

in Wasser: (1 µPa)2 = 0 dB

  • Schallintensität
Watt pro Quadratmeter W/m2 auf einem Quadratmeter ankommende Leistung
Dezibel dB 1 pW/m2 = 0 dB

Die Dezibelskalen sind so definiert, dass Schalldruck und Schallintensität (annähernd) den gleichen Wert in Dezibel haben. Bei einer Dezibelangabe muss daher nicht zwischen Druck und Intensität unterschieden werden. Man spricht allgemein vom "Schallpegel".

Das ist auch der Grund, wieso der Schalldruck quadriert wird, bevor er in Dezibel umgerechnet wird: Er kann sonst nicht die gleichen Dezibel wie die Schallintensität ergeben. Mir ist es selber erst beim Schreiben dieser Seiten aufgefallen. Das Quadrieren bedeutet, dass der menschliche Gehörsinn nur halb so viele Größenordnungen von Schalldruck unterscheiden kann, wie es die Dezibelskala mich glauben ließ.

Der Nullpunkt der Dezibelskala wurde an die Hörschwelle des Menschen gesetzt. Negative Dezibel sind möglich! Menschen mit besonders guten Ohren können u. U. auch unter 0 dB noch was hören. Oder manche Tiere.

Größenordnungen

Siehe Vergleich von Maßeinheiten für die Stärke von Schall

Aussenden von Schall

Größe Einheit Abk. Definition
  • Schallleistung
Watt W
Dezibel dB 1 pW = 0 dB

Achtung: Die Schallleistung in Dezibel ist nicht gleich dem Schalldruck oder der Schallintensität in Dezibel! Letztere sind von der Entfernung abhängig. Bei einer punktförmigen Schallquelle, die in alle Richtungen gleichmäßig strahlt, müsstest du auf 28 cm rangehen, um denselben Dezibelwert zu messen, wie die Schallleistung in Dezibel beträgt.[1] Bei Schallquellen mit einer Oberfläche größer als 1 m2 wird u. U. auch direkt über der Oberfläche kein so großer Dezibelwert gemessen wie die Schallleistung in Dezibel aussagt – denn diese verteilt sich auf mehr Quadratmeter.

Größenordnungen

Schallleistung
0,1 nW = 10−10 W = 20 dB Flüstern
10 µW = 10−5 W = 70 dB Stimme bei normaler Unterhaltung[2]
1 mW = 10−3 W = 90 dB Schrei[3]
0,1 W = 10−1 W = 110 dB Trompete[4]
bis 10 W = bis 101 W = bis 130 dB Orgel[5]
1 kW = 103 W = 150 dB Flugzeugtriebwerk beim Start
100 MW = 108 W = 200 dB Raketentriebwerk

Frequenz

Schalldruck, -intensität und -leistung sollten sich nur auf den hörbaren Bereich von ca. 20–20 000 Hz beziehen,[6] d. h. unhörbare Frequenzen sollten nicht mitgemessen bzw. mitgerechnet werden – außer man will ausdrücklich auch Infraschall und Ultraschall mit einbeziehen (das ist dann "Schall" in einem weiteren Sinne). Meist ist aber unklar, ob die Größen wirklich auf den hörbaren Frequenzbereich eingeschränkt sind. Aus den einfachen, rein physikalischen Formeln ergibt sich diese Einschränkung nicht. Viele Schallquellen dürften nur wenig Infra- oder Ultraschall abgeben; daher wird auf eine exakte Abgrenzung des Frequenzbereichs vielleicht nicht so viel wert gelegt.

Gebräuchliche Vorsätze

Die Stärke von Schall wird meistens in Dezibel angegeben. Wenn doch mal die zugehörigen Pascal oder Watt genannt werden, dann wird selten ein Vorsatz verwendet, sondern die Zehnerpotenz ausgeschrieben (wie oben in 2. Spalte) – vielleicht weil man da den Zusammenhang zu den Dezibel deutlich sieht (jede Zehnerpotenz mehr = 10 dB mehr).

Abgeleitete Einheiten

Größe Einheit Abk. Anmerkung
  • Lautstärkepegel
Phon phon Auf Basis von Schalldruck oder Schallintensität in Dezibel werden durch Gewichtungsfaktoren Maßeinheiten für die vom Menschen wahrgenommene Lautstärke definiert.
  • bewerteter Schallintensitätspegel (= bewerteter Schalldruckpegel)
A-Bewertung Dezibel dB (A)
C-Bewertung dB (C)
Bewertung nach ITU-R (CCIR) 468-3 dB (CCIR)

Weiter

Maßeinheiten für die wahrgenommene Lautstärke

Quellen

[1] Die Oberfläche einer Kugel = 4π mal Radius zum Quadrat.

⇒ Eine Kugel vom Radius = √1/4π = ca. 28,2 cm hat die Oberfläche = 1 m2. Auf dieser (gedachten) Oberfläche verteilt sich die ausgesendete Schallleistung. Da die Fläche genau 1 m2 groß ist, sind dort Watt und Watt pro Quadratmeter das Gleiche.

[2] Horst Stöcker (Hrsg.): Taschenbuch der Physik. Formeln – Tabellen – Übersichten. Frankfurt am Main: Harri Deutsch, 2. Aufl. 1994, S. 226
[3] Horst Stöcker (Hrsg.): Taschenbuch der Physik. Formeln – Tabellen – Übersichten. Frankfurt am Main: Harri Deutsch, 2. Aufl. 1994, S. 226
[4] Horst Stöcker (Hrsg.): Taschenbuch der Physik. Formeln – Tabellen – Übersichten. Frankfurt am Main: Harri Deutsch, 2. Aufl. 1994, S. 226
[5] Horst Stöcker (Hrsg.): Taschenbuch der Physik. Formeln – Tabellen – Übersichten. Frankfurt am Main: Harri Deutsch, 2. Aufl. 1994, S. 226
[6] Englische Wikipedia, Artikel "Sound energy" – "sound energy is a form of energy that can be heard by humans."

Seite erstellt am 20.5.2020 – letzte Änderung am 17.11.2020