24
1 1. Physikalische Grundlagen 1.1 Schall und Mensch Schall spielt eine wichtige Rolle in unserem Leben. Er ermöglicht unsere Kommunikation und er hilft uns, unsere Umwelt zu beurteilen. Er vermittelt angenehme Sinneseindrücke, wie beispielsweise Musik, aber er ist auch in Form von Lärm Ursache dafür, dass wir akustisch in starkem Maß belästigt werden. Die Belastungen sind zumindest in den Industrienationen groß, etwa 40% der Bundesbürger leiden erheblich unter Lärm durch Verkehr, Industrie und Gewerbe oder Nachbarschaft. Lärm selber ist ein psychosozialer Begriff. Tatsache ist aber, dass oberhalb einer bestimmten objektiv messbaren Größe, unerwünschter Schall zunächst zu Belästigungen, dann aber auch zu Stress, Schlafstörungen, Beeinträchtigungen von Körperfunktionen und bei langjähriger Einwirkung auch zu Gesundheitsstörungen führen kann. Bei zu hoher Schallstärke kann darüber hinaus das Gehör physisch mit der Folge der Schwerhörigkeit geschädigt werden. Deshalb muss Lärm vermieden oder mit Hilfe von Grenzwerten auf ein erträgliches Maß reduziert werden, dieses sind Aufgaben des Schallschutzes und der Geräuschminderung. 1.2 Akustik als Wissenschaft vom Schall Akustik ist ein sehr weites Gebiet. Es findet Anwendung im Bauwesen (Raum- und Bauakustik), in der elektroakustischen Beschallung, im Maschinen- und Fahrzeugbau (Geräuschminderung, akustische Maschinenüberwachung), in den Werkstoffwissenschaften (Materialuntersuchung, Ultraschallprüfung), in der Medizin (Lärmwirkungen, Abhören verschiedener Körperfunktionen, Ultraschalldiagnose, Nierensteinzertrümmerung), in der Ozeanographie (Sonar = Sonic detection, navigation and ranging), in der Geologie (Lagerstättensuche), in der Meteorologie (Sodar = Untersuchung von Schichtungen in der Atmosphäre), etc.. Der vorliegende Text befasst sich mit Raum- und Bauakustik und deren Randgebiete. Die Raumakustik hat zum Ziel in Räumen dafür zu sorgen, dass das, was man hören will, auch an möglichst allen Plätzen gut gehört wird, während die Bauakustik die Aufgabe hat, dafür zu sorgen, dass möglichst wenig unerwünschter Schall (Geräusche, Störschall) von außen in ein Gebäude eindringt oder sich innerhalb eines Gebäudes ausbreitet. Was physikalisch betrachtet Schall ist, soll in den nächsten Abschnitten dargelegt werden. 1.3 Schallentstehung und –ausbreitung 1.3.1 Was ist Schall Als Schall bezeichnet man allgemein Schwingungen eines elastischen Mediums (Gase, Flüssigkeiten, feste Körper). Luftschall entsteht, wenn ein Gas plötzlich sein Volumen ändert (Explosion, schnelles Öffnen einer Sektflasche, Zerplatzen eines Ballons), wenn sich in fließenden Gasen oder an schnell bewegten Körpern Wirbel bilden (ausströmende Druckluft,

1. Physikalische Grundlagen - akustik.tu-berlin.de · navigation and ranging), in der Geologie (Lagerstättensuche), in der Meteorologie (Sodar = Untersuchung von Schichtungen in

Embed Size (px)

Citation preview

1

1. Physikalische Grundlagen

1.1 Schall und Mensch

Schall spielt eine wichtige Rolle in unserem Leben. Er ermöglicht unsereKommunikation und er hilft uns, unsere Umwelt zu beurteilen. Er vermitteltangenehme Sinneseindrücke, wie beispielsweise Musik, aber er ist auch in Form vonLärm Ursache dafür, dass wir akustisch in starkem Maß belästigt werden. DieBelastungen sind zumindest in den Industrienationen groß, etwa 40% derBundesbürger leiden erheblich unter Lärm durch Verkehr, Industrie und Gewerbeoder Nachbarschaft. Lärm selber ist ein psychosozialer Begriff. Tatsache ist aber,dass oberhalb einer bestimmten objektiv messbaren Größe, unerwünschter Schallzunächst zu Belästigungen, dann aber auch zu Stress, Schlafstörungen,Beeinträchtigungen von Körperfunktionen und bei langjähriger Einwirkung auch zuGesundheitsstörungen führen kann. Bei zu hoher Schallstärke kann darüber hinausdas Gehör physisch mit der Folge der Schwerhörigkeit geschädigt werden. Deshalbmuss Lärm vermieden oder mit Hilfe von Grenzwerten auf ein erträgliches Maßreduziert werden, dieses sind Aufgaben des Schallschutzes und derGeräuschminderung.

1.2 Akustik als Wissenschaft vom Schall

Akustik ist ein sehr weites Gebiet. Es findet Anwendung im Bauwesen (Raum- undBauakustik), in der elektroakustischen Beschallung, im Maschinen- und Fahrzeugbau(Geräuschminderung, akustische Maschinenüberwachung), in denWerkstoffwissenschaften (Materialuntersuchung, Ultraschallprüfung), in der Medizin(Lärmwirkungen, Abhören verschiedener Körperfunktionen, Ultraschalldiagnose,Nierensteinzertrümmerung), in der Ozeanographie (Sonar = Sonic detection,navigation and ranging), in der Geologie (Lagerstättensuche), in der Meteorologie(Sodar = Untersuchung von Schichtungen in der Atmosphäre), etc..Der vorliegende Text befasst sich mit Raum- und Bauakustik und derenRandgebiete. Die Raumakustik hat zum Ziel in Räumen dafür zu sorgen, dass das,was man hören will, auch an möglichst allen Plätzen gut gehört wird, während dieBauakustik die Aufgabe hat, dafür zu sorgen, dass möglichst wenig unerwünschterSchall (Geräusche, Störschall) von außen in ein Gebäude eindringt oder sichinnerhalb eines Gebäudes ausbreitet. Was physikalisch betrachtet Schall ist, soll inden nächsten Abschnitten dargelegt werden.

1.3 Schallentstehung und –ausbreitung

1.3.1 Was ist SchallAls Schall bezeichnet man allgemein Schwingungen eines elastischen Mediums(Gase, Flüssigkeiten, feste Körper).Luftschall entsteht, wenn ein Gas plötzlich sein Volumen ändert (Explosion, schnellesÖffnen einer Sektflasche, Zerplatzen eines Ballons), wenn sich in fließenden Gasenoder an schnell bewegten Körpern Wirbel bilden (ausströmende Druckluft,

2

Windgeräusche), wenn Luftsäulen in Schwingung geraten (z. B. Orgelpfeifen oderFlöten) oder wenn sich Schwingungen fester Körper (wie Maschinenelemente,

Glocken, Stimmgabeln, Lautsprechermembranen) auf die angrenzende Luftübertragen.Luftschall, das sind zeitlich und örtliche Schwankungen der Luftdichte. Man kann sichdas sehr gut klar machen an Hand einer Stimmgabel als anregende Quelle, Bild 1.1,das könnte natürlich im Prinzip genauso gut ein sprechender Mensch, einhaustechnisches Aggregat, ein Motor oder ein rollendes Rad sein.

1.3.2 Zeitabhängigkeit

Die schwingenden Schenkel der Stimmgabel üben äußere Kräfte auf die sieumgebende Luft aus, dadurch wird sie komprimiert und verdünnt, es entstehen Über-und Unterdruckbereiche, die sich ständig miteinander abwechseln, man sprichtdeshalb auch von Wechsel-Druckschwankungen, Bild 1.2 zeigt dieses Verhaltenanhand einer Zeit- Momentandarstellung der Luftmoleküle.

Bild 1.1. Schall-entstehung durchWechselkräfte einerschwingendenStimmgabel auf diesie umgebende Luftund die dadurchverursachtenWechseldruck-schwankungen=Schall. © SUVA,Luzern.

Bild 1.2.SchwingendeLuftpartikel,Ausschnitt Bild 1.1,Momentanbild.© SUVA, Luzern.

3

1.3.3 Ortsabhängigkeit (Schallausbreitung)

Wie gelangt der Ton der Stimmgabel nun zum Ohr? Die angeregten Luftmolekülewerden aus ihrer Ruhe- oder Gleichgewichtslage heraus bewegt und stoßen, bevorsie dorthin wieder zurück schwingen, benachbarte Moleküle an, bei denen dasgleiche passiert- es entsteht eine Art von Kettenreaktion, der Schall breitet sich ausund gelangt so zum Hörer. Bei der normalen Schallausbreitung ohne Strömung durchzum Beispiel einen Ventilator, wandern also nicht die ganzen Luftteilchen von derQuelle zum Empfänger, sondern sie geben nur ihre Energie an ihre jeweiligenNachbarteilchen ab, Schallausbreitung ist also Energiefortpflanzung, übrigens dasKennzeichen jeder Wellenausbreitung, am ersichtlichsten vielleicht noch beiSchwingungen in Festkörpern, auch wenn dort noch andere Wellentypen, wieBiegewellen möglich sind. Das Beispiel zeigt, dass Schallausbreitung an Materiegebunden ist, im Vakuum gibt es keine Schallausbreitung, wie bereits R. BOYLES(1627- 1691) experimentell nachgewiesen hat. Die Geschwindigkeit mit der sichSchall ausbreitet, bezeichnet man als Schallgeschwindigkeit c. Die Schallausbreitungist nicht verlustfrei. Es entstehen Reibungsverluste (Dämpfung), wenn dieLuftmoleküle einander hin- und her schwingen und es entstehen Minderungen desSchalls dadurch, dass mit zunehmender Entfernung von einer Quelle sich dieSchallenergie auf immer größere Gebiete verteilen muss („Energieverdünnung“).Die genannten örtlich- zeitlichen Schwankungen des Luftdrucks (Wechsel- oderSchalldruck) sind dem quasistatischen atmosphärischen Druck (Gleichdruck)überlagert, aber um ein Vielfaches kleiner als dieser, Bild 1.3, Beispiel: deratmosphärische Normal-Druck beträgt etwa 100000 Pa, das Schalldruckmaximumvon Sprache in 1 m Entfernung etwa 0.5 Pa, das bedeutet der Gesamt-Luftdruckwürde zwischen 99999.5 und 100000.5 Pa schwanken.Formelzeichen des Schalldrucks

p Einheit 1 Pa = 1 Pascal= 1 N/m2 =10 µbar.

Bild 1.3. Schall(=Druckschwankungen) ist dematmosphärischenDruck über-lagert. © SUVA,Luzern.

4

1.3.4 Zeitliche Periode und Frequenz

Ein Gerät zur Messung der atmosphärischen Druckschwankungen, das heißt, obbeispielsweise ein Tief- oder Hochdruckgebiet vorliegt, ist das Barometer. Für dasmenschliche Gehör sind diese Schwankungen aber (Gott sei Dank) viel zu langsam,als dass es sie wahrnehmen könnte (Eustachische Röhre sorgt für Druckausgleich,siehe Abschn. 2 „Gehör und Hören“). Damit der Mensch die Druckschwankungen alszusammenhängendes Ereignis hören kann, müssen diese mindestens 16 ... 20 malpro Sekunde erfolgen - ein Effekt, der vergleichbar mit der Flimmergrenze beim Filmmit 25 Bildern pro Sekunde ist. Die Länge einer kompletten Wechseldruck-Schwankung, das heißt, Ruhelage – maximale Verdichtung – Ruhelage – maximaleVerdünnung – Ruhelage, über die Zeit betrachtet, bezeichnet man als Periode T insec, Bild 1.4.

Die Anzahl solcher kompletten Druckschwankungsperioden pro Sekunde nennt manFrequenz f mit der Dimension 1 sec Hz= . Die Frequenz ist gleichzeitig der Kehrwertder Periode

f T= 1 [Hz].

Ein hoher Ton hat eine kleine Periode und eine große (hohe) Frequenz, während eintiefer Ton entsprechend eine große Periode hat und eine kleine (niedrige) Frequenz.Auch gibt es eine obere Grenze für die Wahrnehmung von Druckschwankungen prosec, wenn nämlich die Änderungen so schnell erfolgen, dass das Gehör zu träge fürsie ist, diese obere Grenze liegt bei 16000 bis 20000 Hz. Somit kann man nun dengesamten Frequenzbereich des für den Menschen hörbaren Schalls darstellen.Unterhalb von 20 Hz liegt der Infraschallbereich (Erdbeben), oberhalb von 20000 Hzfängt der Ultraschallbereich an (Fledermäuse), Bild 1.5. Darüber hinaus muss man

Bild 1.4. Periodedes Schalls. Derhöhere Ton a’weist gegenüberdem Ton a diehalbe Periode unddamit die doppelteFrequenz auf.© SUVA, Luzern.

5

wissen, das die gezeigten Grenzen individuell streuen können und dass das Hörender hohen Frequenzen mit zunehmendem Lebensalter stark abnimmt.

1.3.5 Örtliche Periode und Wellenlänge

Wie bereits erwähnt breitet sich Schall mit der Schallgeschwindigkeit aus, die denBuchstaben c und die Dimension m/s hat. Da der allgemein bekannteZusammenhang heißt, Geschwindigkeit ist zurückgelegter Weg pro Zeit, kann mannun den Weg des Schall ausrechnen - die Geschwindigkeit liefert die Verknüpfungzwischen Zeit- und Ortsbereich.Setzt man für die Zeit die Periode T ein und multipliziert diese mit derSchallgeschwindigkeit c kommt man auf die Periode im Ortsbereich, die sogenannteWellenlänge λ in m, Bild 1.6, damit kann man folgenden Zusammenhanghinschreiben

λ = ⋅ =c Tcf

.

Ein hoher Ton hat also eine kleine (kurze) Wellenlänge, ein tiefer Ton entsprechendeine große (lange) Wellenlänge. Die Schallausbreitungsgeschwindigkeit ist nurabhängig vom Medium und von der Temperatur. In Luft bei Zimmertemperaturbeträgt sie 340 m/s oder 1225km/h, somit ergeben sich Wellenlängen zum Beispielfür λ16 21 25Hz m= . und für λ16000Hz cm= 2 125. . Darüber hinaus ist dieAusbreitungsgeschwindigkeit in Luft unabhängig von der Frequenz, dieses ist fürandere Medien, wie für Festkörper, nicht immer der Fall. Die Kenntnis derWellenlänge ist insofern wichtig, weil viele Effekte gerade in der Raum- undBauakustik von der Relation geometrische Abmessung zur Wellenlänge abhängen.

Bild 1.5. Frequenzumfang des Schalls. © Verlag Europa-Lehrmittel, NourneyVollmer, Haan-Gruiten.

6

1.4 Ton, Klang, GeräuschSchall mit einer einzigen Periode beziehungsweise Frequenz bezeichnet man in derPhysik als reinen Ton, Bild 1.7 oben. Dieser ließe sich, wenn man sauber anschlägt,mit einer Stimmgabel erzeugen. Mathematisch ist ein reiner Ton durch eine Sinus-oder Cosinusfunktion darstellbar.Ein reiner Ton ist in der Praxis selten. Selbst ein Flötenton hat bereits mehrereFrequenzanteile, die Harmonischen, das sind zum Grundton in ganzzahligemVerhältnis stehende Obertöne, so dass der Akustiker bereits von Klang spricht, Bild1.7 mitte. Geräusche von technischen Schallquellen zeichnen sich im allgemeinendadurch aus, dass sie viele Frequenzanteile enthalten, die nicht mehr in einemganzzahligen Verhältnis zueinander stehen müssen, Bild 1.7 unten. Ein idealisiertesGeräusch ist Rauschen mit statistisch verteilten Anteilen über den gesamtenFrequenzbereich. Man kann mathematisch beweisen (J. B. FOURIER 1768- 1830) –und auch experimentell zeigen – dass jeder beliebige Zeitverlauf eines Schallsignalsdurch eine Summe von rein sinusförmigen Tönen herstellbar ist, so dass man zurBeschreibung von Schallereignissen prinzipiell zwei äquivalente Möglichkeiten hat,entweder man benutzt den Zeitbereich in Form eines Oszillogramms oder aber denFrequenzbereich, das sogenannte Spektrum. Was geeigneter ist, zeigt die Praxis.Wenn es sich um komplexere Zeitverläufe handelt wie in Bild 1.7 unten, ist dieDarstellung im Frequenzbereich meistens hilfreicher.

Bild 1.6.Wellenlänge desSchalls. © SUVA,Luzern.

7

1.5 Schallstärke (Lautstärke) und DezibelAus der Erfahrung weiß man, dass ein Schallergebnis verschiedene quantitativeQualitäten haben kann. Es kann sehr laut sein (Discomusik), aber es kann auch leisesein (Blätterrascheln). Die Lautstärke als Wahrnehmungsgröße hat ihre physikalischeEntsprechung in der Wechselamplitude des Schalldrucks, Bild 1.8.

Bild 1.7. Zeitverlauf(Oszillogramm) undFrequenz (Spektrum).Reiner Ton (oben);Klang (mitte) undGeräusch (unten). pSchalldruck, L Schall-druckpegel. © SUVA,Luzern.

8

Dabei unterscheidet man• den Wert von Spitze Maximum zu Spitze Minimum, pss

• eine Spitze (Maximum oder Minimum), den sogenannten Scheitelwert, ps

• den Effektivwert peff (international pRMS ) als Wurzel aus dem quadratischenMittelwert

pT

p t dteffT

= ⋅ ∫1 2( )

T= Beobachtungszeitraum (theoretisch T → ∞ ).

Für einen reinen Ton lautet der Effektivwert

pp

effs=2

.

Das menschliche Gehör ist sehr empfindlich. Bei einer Frequenz von 1000 Hz (Tonzum Fernseh-Testbild) wird ein Wechseldruck von 0,00002 Pa = 2 10 Pa -5⋅ bereitsvom Ohr als Schall wahrgenommen, diesen Wert bezeichnet man auch als„Hörschwelle“. Dementsprechend sind die Wechselbewegungen des Trommelfells(und der Luft davor) extrem klein. Bei dem angegebenen Beispiel wären es etwa10–11 m - zum Vergleich, ein Wasserstoffatom hat einen Durchmesser von ca. 10-10

m. Damit ergibt sich ein Verhältnis statischer Normaldruck zu Hörschwelle von5 Milliarden (!). Es gibt auch eine Obergrenze für Wechseldrücke, die das Gehörgerade noch verarbeiten kann, ohne physischen Schaden zunehmen. Sie liegt etwazwischen 60 und 200 Pa und wird als „Schmerzgrenze“ charakterisiert. Wenn mannun das Verhältnis anschaut zwischen Schmerzgrenze und Hörschwelle kommt manauf einen Zahlenwert von 10 Millionen (!). Wegen dieses großen Zahlenumfangeswäre es höchst unpraktisch, wenn man in der Akustik mit Schalldrücken in Paarbeiten würde. Man hat deswegen eine andere, logarithmische Skalierungeingeführt, das dB (Dezibel), der Schalldruck wird dann zum Schalldruckpegel Lp

Bild 1.8.Schallschwingungund Amplitude voneinem lauten Ton(1) und einemleiseren Ton (2)gleicher Periodebzw. Frequenz.© SUVA, Luzern.

9

Lp

p

ppp = =10 20

2

02

0

log log dB

p0 ist der international genormte Bezugswert von 2 10 Pa-5⋅ , so dass sich an derHörschwelle ein Schalldruckpegel von 0 dB ergibt. Der gesamte Schallstärkebereichlässt sich nun reduzieren auf handliche Zahlen zwischen 0 und 140 dB, Bild 1.9. Zuerwähnen wäre noch, dass man für die Pegelbildung im allgemeinen mitEffektivwerten des Schalldrucks arbeitet.

Bild 1.9.Schalldruck unddB-Skala.© Bruel&Kjaer,Naerum, DK.

10

1.6 Rechnen mit PegelnFür das Rechnen mit Pegeln sind folgende Zusammenhänge hilfreich:

1.6.1 Allgemeine Rechenregeln

log( ) log log

log log log

log log

x y x y

x y x y

x a xa

⋅ = +

= −

= ⋅

Definition: y x= log , delogarithmiert: x y= 10 .

Für die Umrechnung Pegel in Schalldruck erhält man damit

p

p

Lp2

02

1010= / bzw. pp

Lp

0

2010= / .

1.6.2 Addition von Schallquellen

p2 ist eine leistungsproportionale Größe, die man verwenden muss, wenn manmehrere Schallquellen addiert (oder auch voneinander subtrahiert)

p p p pges2

12

22

32= + + + ......

oder in Pegelschreibweise

Lp gesL L Lp p p

,/ / /log( ....), , ,= + + +10 10 10 101 2 310 10 10

,

aus diesem Zusammenhang ergibt sich, dass zwei gleich starke Schallquellen einenum 3 dB höheren Pegel haben, als die Einzelquellen, Bild 1.10.

Bild 1.10. Pegeladdition vonzwei Schallquellen gleichenSchalldruckpegels. © SUVA,Luzern.

11

1.6.3 Pegelmittelung

Die Mittelung von einzelnen Schalldruckpegeln erfolgt ähnlich der Summation, nurdas noch zusätzlich durch die Anzahl n der Einzelpegel Lp i, dividiert werden muss

Lnp

L

i

np i= ⋅

=

∑101

10 10

1

log , /

1.6.4 Pegelsubtraktion

Manchmal enthält ein gemessener Nutzpegel Lp ges, noch ein störendes

Hintergrundgeräusch Lp stör, welches man eliminieren muss, um auf den Nutzpegel

Lp nutz, allein zu kommen, sogenannte Störpegelkorrektur

Lp nutzL Lp ges p stör

,/ /log( ), ,= −10 10 1010 10

.

1.7 Frequenzbewertung- Dezibel (A)

Lautstärke und damit auch Lautstärkepegel sind, wie bereits kurz erwähnt,hörpsychologische Begriffe. Auf den Zusammenhang mit dem Schalldruckpegel wirdim Abschn. 2.2 „Gehör und Hören“ näher eingegangen. Ein konstanterLautstärkeeindruck im Gehör, widergespiegelt in Kurven gleichen Lautstärkepegels,erfordert höhere Schalldruckpegel bei tiefen und bei hohen Frequenzen, wasgleichbedeutend ist mit einer geringeren Empfindlichkeit in diesen Bereichen. Amempfindlichsten ist das Gehör zwischen etwa 1000 Hz und 3000 Hz. Um dieseEigenschaft messtechnisch einigermaßen adäquat erfassen zu können, wurdeinternational eine Frequenzbewertung – die sogenannte A- Bewertung – eingeführt,in Form einer mittleren inversen Hörempfindlichkeitskurve im Frequenzbereich, Bild1.11, vergl. auch Bild 2.5. Schalldruckpegel die mit dieser Kurve beaufschlagtwerden, bekommen zur Unterscheidung die Bezeichnung Lp A, in dB(A). Auf andere

spezifische Bewertungskurven soll hier nicht näher eingegangen werden. AlsFaustformel kann man sich merken: eine Erhöhung oder Verminderung einesSchalldruckpegels um 10 dB(A) führt auf eine Verdopplung bzw. Halbierung dessubjektiven Lautstärkeeindrucks.

12

1.8 Filterung

Um ein Spektrum von einem Schallereignis zu erzeugen, um beispielsweise denFrequenzinhalt begutachten zu können, kann man mathematisch die Fourieranalyseauf den Zeitverlauf ansetzen. Messtechnisch gibt es dafür digital arbeitende Geräte,sogenannte DFFT- Analysatoren (D= Digital, F= Fast, F= Fourier, T=Transformation). Man kann aber auch analoge Filterbänke benutzen. In der Akustikverbreitet sind Terz- oder Oktavfilter, das sind Filter relativer Frequenz- Bandbreite,deren Mittenfrequenzen fm in folgendem Verhältnis zueinander stehen

Oktave fm Okt, =1: 2; Terz fm Terz, = 1:1,26.

Gebräuchlich sind für Oktaven: (16, 31.5), 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000,(8000, 16000) Hz; für Terzen: (16, 20, 25, 31.5, 40), 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200,250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600, 2000, 2500, 3150, 4000, 5000,(6300, 8000, 10000, 12500, 16000) Hz. Die in Klammer gesetzten Bereiche brauchtman in der Bauakustik seltener. Die Durchlass-Breite B der jeweiligen Filter beträgtfür die

Bild 1.11. Frequenzbewertungskurven: A (am wichtigsten); B nurFluglärm; C normal für Hörfrequenzbereich. © Verlag f. Bauwesen,Berlin.

13

Oktave B fOkt m Okt= ⋅0 71. , ; für die Terz B fTerz m Terz= ⋅0 23. , .

Die so ermittelten Spektren heißen dann Oktav- beziehungsweise Terzspektren. Umnun zum Beispiel den A-bewerteten Gesamtpegel auszurechnen, muss man dieWerte in den entsprechenden Terzen den Korrekturen der A-Kurve unterwerfen undalle Werte gemäß den Gesetzen der Pegeladdition aufsummieren. Terzspektrengenießen in der Akustik auch noch aus einem anderen Grund einen gewissenVorzug: das menschliche Gehör ermittelt seinen Lautstärkeeindruck zumindestoberhalb etwa 500 Hz durch Energieaddition innerhalb bestimmter Frequenzbänder,sogenante Frequenzgruppen, die annähernd Terzbandbreite haben.

1.9 Kurzzeitmittelung, Zeitbewertung

Um den Effektivwert richtig bestimmen zu können, muss die Integrations- bzw.Beobachtungszeit groß gegenüber der größten im Schallsignal vorkommendenPeriodendauer sein (theoretisch ∞). In der Praxis bestimmt man den Effektivwertdeswegen nur näherungsweise, indem man einen mit der Messzeit mitlaufenden,sog. gleitenden quadratischen Mittelwert bildet. Man erreicht dieses dadurch, dassman das quadrierte, zeitlich schwankende Schallsignal mittels eines elektrischenTrägheitsgliedes mit einer bestimmten Zeitkonstanten glättet (bewertet). Um auchdem dynamischen Trägheitsverhalten des menschlichen Gehörs in Abhängigkeit vonder Art des Schallereignisses messtechnisch einigermaßen zu entsprechen, hat man,in Ergänzung zur Frequenzbewertung, verschiedene Zeitkonstanten eingeführt. Manunterscheidet

• S= SLOW, Zeitkonstante 1 sec• F= FAST, Zeitkonstante 125 msec• I= Impuls, Zeitkonstante 35 msec/ 1,5 sec.

Damit erhält der Schalldruckpegel drei weitere mögliche Kennzeichnungen

Lp AS, in dB(AS), Lp AF, in dB(AF) und Lp AI, in dB(AI).

Was dann aus einem momentan stärker schwankenden Schallsignal wird, zeigtBild 1.12. Je nach Größe der Zeitkonstanten bleibt eine Restwelligkeit übrig, mit dergleitende Mittelwert (Anzeigewert) um den wahren Effektivwert schwankt.

Bild 1.12. Original-Schalldruckverlauf undzeitbewerteter gleitenderEffektivwert. © SUVA,Luzern.

14

Die relativ große Zeitkonstante der SLOW- Bewertung liefert ein dem wahrenEffektivwert angenähertes Messergebnis mit geringer Restwelligkeit. Darüber hinauslässt sich die Schallpegelanzeige sicher ablesen. Nachteilig ist, dass die Anzeigesehr träge ist und deshalb nur für Schallereignisse sinnvoll ist, die relativ gleichmäßig(stationär) sind und die keine Impulse enthalten. Bei der FAST- Bewertung ist dieAnzeige weniger träge, der angezeigte Mittelwert kann stärker um den wahrenEffektivwert schwanken, die Anzeige ist dementsprechend ungenau. DieseZeitbewertung ermöglicht aber die richtige Anzeige und die bessere Erkennungschnell aufeinander folgender Schallereignisse, sie ist für das sog.Taktmaximalverfahren der TA- Lärm vorgeschrieben. Bei der Bewertung IMPULSwerden zwei verschiedene Zeitkonstanten angewendet: Schnelles Einschwingen derAnzeige mit 35 msec und langsames Abklingen mit 1,5 sec, Bild 1.13. Plötzlichauftretende Schallereignisse (z. B. Feuerwerk, Schüsse) werden durch die

Trägheit des Gehörs mit einer zeitlichen Verzögerung von etwa 25...75 msecwahrgenommen. Die Anstiegszeitkonstante von 35 msec soll dieser subjektivenLautstärkebildung entsprechen. Die lange Zeitkonstante des Abklingensberücksichtigt die Störwirkung kurzer Schallereignisse und ermöglicht ferner einbesseres Ablesen von solchen Messwerten an einem Anzeigeinstrument. Geräte, dieSchallimpulse richtig messen, heißen Impulsschallpegelmesser. Man sieht ferner,dass die Zeitbewertung SLOW zu falschen Ergebnissen führt. Mit der ZeitbewertungFAST lassen sich Impulse nur näherungsweise richtig messen. Die Unterschiedekönnen bis zu 5 dB, in Ausnahmefällen bis zu 8 dB betragen. Aus diesem Grunderhält die Messgröße Lp AF, bei impulshaltigen Geräuschen einen sog.

Impulszuschlag.Schallpegelmesser bieten meist als weitere Messgröße auch die Anzeige desmomentanen, absoluten Spitzenpegels an (Zeitbewertung SPITZE oder PEAK),dabei wird eine nicht genormte, sehr schnelle Zeitbewertung von 50 µsecangewendet. Diese Anzeigeart ist im allgemeinen mit einer Messwert-Speicherschaltung zum Ablesen verbunden. Darüber hinaus sind vieleSchallpegelmesser mit einer Speicherschaltung ausgerüstet, in der der Maximalpegeldes gleitenden Mittelwertes Lp A, max während einer Messung gehalten wird. Diese

Maximalwertanzeige ist meistens für alle Zeitbewertungen (SLOW, FAST, IMPULSoder PEAK) wählbar: Stellung "Max. Halten". Die Anzeige lässt sich entwedermanuell oder automatisch zurücksetzen. In dieser Messstellung lässt sich z. B. der

Bild 1.13. Einfluss derZeitbewertungen auf dieErfassung einesSchallimpulses.© SUVA. Luzern.

15

maximale Vorbeifahrtpegel des zeitbewerteten A-Schalldruckpegels ermitteln, derdurch ein Kraftfahrzeug oder einen Eisenbahnzug verursacht wird.

1.10 Taktmaximalpegel

Der Taktmaximalpegel kann als Näherung für den Impulsschallpegel betrachtetwerden, seine Benutzung ist in der TA-LÄRM vorgeschrieben. Bei diesem Verfahrenwird der Zeitverlauf des Schalldrucksignals laufend in gleichlange Zeitintervalle(Takte) zerlegt (5 sec bei Nachbarschaftslärm, 3 sec bei Arbeitsplatzlärm). Der injedem Intervall auftretende Maximalwert des Schalldruckpegels in derFrequenzbewertung „A“ und der Zeitbewertung FAST wird registriert. Dieentsprechende Größe heißt dann

LAFT in dB(AFT) .

Dieses Verfahren wird hauptsächlich in Deutschland angewendet, es hat den Vorteil,dass keine speziellen Impulsschallpegelmesser notwendig sind, wie für die Messungvon Lp AI, .

1.11 Langzeitmittelung- Mittelungspegel, Wirkpegel

DIN 45641 v. 1990: "Mittelungspegel und Beurteilungspegel zeitlich schwankenderSchallvorgänge".Die in der Praxis auftretenden Geräusche sind über einen längeren Zeitraumbetrachtet nie so gleichmäßig und gleichgeartet, dass ihre Charakterisierung durchden frequenz- und zeitbewerteten Schalldruckpegel alleine ausreichen würde. InMontagehallen, im Straßenverkehr oder beim Nachbarschaftslärm können größereSchwankungen des effektiven Schalldruckpegels von 30 dB und mehr auftreten, sodass keine eindeutigen Einzelwerte mehr anzugeben sind. Bild 1.14 zeigt beispielhaftden Schallpegelverlauf an einer Straße.

Bild 1.14. Verlauf desSchalldruckpegels aneiner Strasse übereinen längerenZeitraum.

16

Um auch solche zeitlich und in ihrem Charakter schwankenden Schallvorgänge miteinem repräsentativen Wert beschreiben zu können, wird nach DIN 45641 vomgleitenden Mittelwert eine Art Langzeit-Effektivwert gebildet, der Mittelungspegel Lm

LT

dtmm

L tT

A

m

=

∫10

110 10

0

log ( )/

mitL tA( ) Zeit- und A- bewerteter Schalldruckpegel als Funktion der Zeit in dB(A)Tm Mittelungszeitraum in sec.Für Lm gilt, dass eine halbierte Einwirkdauer und ein 3 dB höherer Schalldruckpegelden gleichen Mittelungspegel verursacht und damit die Wirkung auf den Menschengleich bleibt - oder zehn Lärmereignisse mit x dB(A) Einzelpegel und einer MinuteDauer den gleichen Mittelungspegel zur Folge haben, wie ein Einwirken einesEinzelpegels mit x dB(A) von zehn Minuten Dauer, sog. Energieäquivalenz. DieseAbhängigkeiten können aber auch anders festgelegt sein, beispielsweise beimFluglärm. Sie sind über den sog. Halbierungsparameter q bestimmt (Genaueres s.DIN 45 641).Bei der praktischen Berechnung des Mittelungspegels über einen längeren Zeitraumliegen oftmals einzelne konkrete Pegelwerte vor, so dass die Integration durch eineSummation ersetzt werden kann

LT

tmm

iL

i

nA i= ⋅

=

∑101

10 10

1

log , /

mitLA i, Zeit- und A-bewerteter Schalldruckpegel in dB(A) im Zeitintervall ti in Sekunden,Minuten oder Stundenn Anzahl der Zeitintervalle

T tm ii

n

==

∑1

gesamter Mittelungszeitraum.

Diese Gleichung ist besonders dann geeignet, wenn man den Mittelungspegel überverschiedene, relativ lange Zeitabschnitte mit jeweils annähernd konstantemSchalldruckpegel berechnen muss.Für den Schalldruckpegel L tA( ) können für die Mittelung die weiter obenbeschriebenen zeitbewerteten Größen eingesetzt werden, man erhält damit alsoweiterhin

L L L LASm AFm A AFTm, , ,Im in dB(A) .

Beim Pegel LAFTm handelt es sich um den Mittelungspegel nach demTaktmaximalverfahren, er heißt zur Unterscheidung nicht Mittelungspegel, sondernWirkpegel.In den einzelnen Mess- und Beurteilungsvorschriften ist meistens vorgeschrieben,welche der angegebenen Mittelungsgrößen verwendet werden sollen. Grundsätzlichsollte man aber die folgenden Zusammenhänge kennen:

17

Für den Mittelungspegel gilt

L L LASm AFm Aeq= = ,

das heißt, mittelt man den A- bewerteten Schalldruckpegel über einen ausreichendlangen und repräsentativen Zeitraum, gleichen sich die Schwankungen der GrößenLp AS, und Lp AF, um den Effektivwert aus, man erhält annähernd den wahren

Effektivwert. Diese Größe wird dann auch als energieäquivalenter A- bewerteterDauerschallpegel LAeq bezeichnet und zwar deshalb, weil er angibt, um wie viel ein

schwankendes Geräusch in seiner Störwirkung einem gleich bleibenden Geräuschäquivalent ist, dessen Pegel gleich dem Mittelungspegel des zeitlich schwankendenGeräusches ist. Der LAeq hat den Vorteil, dass er sich für verschiedene

Schallereignisse energetisch mitteln lässt:

LnAeq

L

i

nAeq i=

=

∑101

10 10

1

log , / dB(A)

mitLAeq i, einzelne energieäquialente Mittelungspegel in dB(A)

n Anzahl solcher Pegel.Weiterhin gilt:Für gleichmäßige Geräusche ohne plötzliche, impulshafte Änderungen, derenPegelschwankungen kleiner als 5 dB/sec sind,

L L LASm AFm A= = Im ,

aber (!) für kurzzeitige Geräusche und Geräusche mit Impulsen gilt:

L L LASm AFm A= ≠ Im ,

in diesem Fall ergibt sich ein umso höherer Mittelungspegel LAIm, je impulshaltigerdas Geräusch ist. Man nennt dieses vom Effektivwert abweichende Ergebnis auchüberenerget ische Mi t te lung . Sie entspricht aber der subjektivenLautstärkewahrnehmung von impulshaltigen Geräuschen, die zwischen demEffektivwert und dem Spitzenwert liegt ("Quasispitzenwert"). LAIm ist somit auch einMaß für die Impulshaltigkeit von Geräuschen. Werden solche Geräusche nur überdie Größe LAFm ermittelt, muss ein sog. Impulszuschlag vorgesehen werden, der denUnterschied zu LAIm praktisch ausgleicht und der bis zu 6 dB betragen kann.Das was für LAIm gilt, gilt sinngemäß auch für den mittleren Taktmaximalpegel LAFTm ,der ebenfalls der subjektiven Impulswahrnehmung Rechnung trägt. Näherungsweisegilt deshalb

L LA AFTmIm ≅ .

18

Kurzzeitige Impulsspitzen unter 0,2 sec Dauer werden durch die ZeitbewertungFAST beim Taktmaximalverfahren allerdings unterbewertet. Eine Messung mit

einer Taktdauer von 3 sec stimmt i. a. besser mit LAIm überein, als die Ermittlung miteiner Taktdauer von 5 sec.

1.12 Beurteilungspegel

Die Wirkungen von Geräuschen auf den Menschen, wie beispielsweise Hörschäden,Kommunikationsstörungen, Leistungsstörungen, Störungen der Erholung und derFreizeit oder Schlafstörungen, sind nicht nur von der Höhe des Schalldruckpegels,sondern auch von der Einwirkdauer abhängig, das heißt es gilt das Dosisprinzip.Wie zahlreiche Untersuchungen gezeigt haben, eignet sich der Mittelungspegel Lm

recht gut zur quantitativen Erfassung und Charakterisierung zeitlich schwankenderGeräusche. Der Mittelungspegel L L LASm AFm Aeq= = stellt die Basis für die Beurteilung

von Lärmwirkungen dar. Er wird unter Verwendung von Zuschlägen ("Maluspunkten")für Töne oder Impulshaltigkeit und für die Dauer einer möglichen Einwirkung zumBeurteilungspegel Lr umgerechnet. Er stellt somit ein Maß für die durchschnittlicheGeräuschimmission während einer bestimmten Beurteilungszeit Tr (Bezugszeit) dar.Nach DIN 45 645 v. 1977: "Einheitliche Ermittlung des Beurteilungspegels fürGeräuschimmissionen", wird der Beurteilungspegel folgendermaßen gebildet

L L K KTTr Aeq i T

r

= + + +10log dB(A)

mitKi Impulszuschlag in dBKT Tonhaltigkeitszuschlag in dBT Zeitraum, für den der Mittelungspegel gilt (Einwirkdauer des Geräusches)Tr Beurteilungszeitraum.Die Zuschläge liegen je nach Auffälligkeit zwischen 3 und 6 dB. Sie werden jeweils inden Richtlinien vorgeschrieben, zum Beispiel in VDI 2058.Der Tonzuschlag berücksichtigt den störenden Umstand, wenn sich Einzeltönedeutlich hörbar aus dem Geräusch hervorheben. Speziell bei der Beurteilung derGehörschädlichkeit wird allerdings kein Tonzuschlag angewendet.Der Impulszuschlag ist die Differenz aus:

K L Li A Aeq= −Im .

Die Messung von LAIm schließt demnach den Impulszuschlag mit ein, so dassfolgende Vereinfachung ergibt

L L KTTr A T

r

= + +Im log10 dB(A) .

19

Nicht alle Schallpegelmesser bieten jedoch die Möglichkeit LAIm zu messen. In derTA-Lärm wird LAIm durch die Bestimmung des Wirkpegels ( LAFTm ) nach demTaktmaximalverfahren ersetzt.Das allgemeine Bildungsgesetz für den Beurteilungspegel nach DIN 45 641 lautet

LT

Trr

iL K K

i

nAeq i i i T i= ⋅

+ +

=

∑101

10 10

1

log ( )/, , , ,

wenn während der Beurteilungszeit Geräusche mit verschiedenem Charakter, alsoauch mit verschiedenen Mittelungspegeln bzw. notwendigen Zuschlägen auftreten,darin bedeutenLAeq i, Mittelungspegel im Teilzeitraum Ti in dB(A)

Ki i, und KT i, sind die Impuls- bzw. Tonhaltigkeitszuschläge im Zeitintervall Ti

n Anzahl der Teilzeiträume

T Tii

n

==

∑1

gesamter Beurteilungszeitraum.

Unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Lärmschutzbedürfnisse sind in denverbindlichen Richtlinien und Vorschriften (s. DIN 45 645) folgendeBeurteilungszeiten Tr angegeben:Am Arbeitsplatz:

Tr = 8 Std. für eine Arbeitsschicht (ist die Schicht länger als 8 Std., kann die

Einwirkdauer T Tii

n

==

∑1

größer als Tr werden).

Für alle anderen Geräuschimmissionen gilt:Tr1 = 12 Std. für den Tag (7 - 19 Uhr)Tr2 = 4 Std. für den Abend (19 - 22 Uhr) und den Morgen (6 - 7 Uhr)Tr3 = 8 Std. für die Nachtzeit (22 - 6 Uhr)Tr 4 = 1 Std. für die lauteste Nachtstunde zwischen 22 und 6 Uhr (z. B. 23 bis24 Uhr).

Als maßgebender Beurteilungspegel für einen ganzen Tag gilt damit

Lr TagL Lr r

,/ ( ) /log ( )= ⋅ + ⋅

+10

116

12 10 4 101 210 6 10 dB(A) .

Diese Regelung bedeutet, dass bei Geräuschimmissionen in den Zeiten von 6 bis 7Uhr und 19 bis 22 Uhr das erhöhte Schutzbedürfnis durch einen Zuschlag von 6 dBberücksichtigt wird, das gleiche kann auch für Sonn- und Feiertage gelten. Diesersogenannte Ruhezeitenzuschlag ist in der VDI 2058, Blatt 1 geregelt und gilt nicht fürreine Industriegebiete. Bei dieser Art von Zuschlägen müssen immer diemaßgeblichen Regelwerke beachtet werden, die TA-Lärm kennt beispielsweisesolche Zuschläge nicht.Als maßgebender Beurteilungspegel für die Nacht gilt allgemein

L Lr Nacht r, = 3 dB(A)

20

außer, wenn Lr 4 um 4 dB oder mehr größer ist als Lr3.In solchen Fällen ist

L Lr Nacht r, = 4 dB(A).

Manchmal werden Lr Tag, und Lr Nacht, zu einem 24-Std.-Beurteilungspegel

zusammengefasst

Lr hL L Lr r r

,/ ( ) / /log ( )2410 6 10 1010

124

12 10 4 10 8 101 2 3= ⋅ + ⋅ + ⋅

+ dB(A).

1.13 Andere Schallfeldgrößen

Die wichtigste Größe des Schalls ist der bisher besprochene Schalldruckbeziehungsweise Schalldruckpegel. Der Grund hierfür ist nicht nur die Tatsache,dass die meisten Messmikrofone Druckempfänger sind, sondern weil der Schalldruckfür die Auslenkung des Trommelfells im Ohr und damit für die Stärke derSchallwahrnehmung maßgebend ist. Der Schalldruck ist eine ungerichtete (skalare)Größe. Trotzdem gibt es weitere Größen, die zur Beschreibung vonSchallereignissen gebräuchlich und manchmal auch notwendig sind und die imfolgenden erläutert werden sollen.

1.13.1 Schallschnelle

Bei der Schallausbreitung bewegen sich die Luftteilchen lokal um ihre Ruhelage hinund her, wie bereits in Zusammenhang mit Bild 1.1 erwähnt wurde. Diese Bewegungbezeichnet man auch als Auslenkung. Die zeitliche Ableitung dieser Bewegungen,also die Teilchengeschwindigkeit, bezeichnet man als Schallschnelle v in m/s. Siedarf nicht verwechselt werden mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit c der Schallwelle(!). Die Schallschnelle ist ebenfalls eine Wechselgröße, aber im Gegensatz zumSchalldruck eine gerichtete Größe (Vektor). Die Schnelle wird auch als Pegelgröße indB verwendet

Lvvv = 20

0

log

mit v085 10= ⋅ − m/s als Bezugswert.

21

1.13.2 Schallintensität

Bildet man das Produkt aus Druck und Schnelle, erhält man eine Leistungsgröße, dieSchallintensität I in Watt/m2. Für eine Schallwelle die keine Abhängigkeit quer zurAusbreitungsrichtung hat (ebene Welle) beziehungsweise, wenn man in Relation zurWellenlänge weit genug von einer Schallquelle entfernt ist (Fernfeld), giltvereinfachend (p, v Effektivwerte, Umrechnung 1 Watt = 1 Nm/s)

I p vpZ

= ⋅ =2

0

mitZ0 Schallkennwiderstand des Ausbreitungsmediums = ⋅ρ c in Ns/m3, mit ρ Dichtedes Mediums, c Schallgeschwindigkeit im Medium, in Luft bei 20°C: Z0 etwa 400Ns/m3.Wie man sieht, ist in diesem Fall die Intensität proportional dem Schalldruckquadrat,das damit als leistungsproportional bezeichnet werden kann.Die Schallintensität wird auch in Pegeln in dB dargestellt

LIII = 100

log

mitI0 Bezugswert = 10-12 W/m2.

Obige Zusammenhänge führen dann auf

Lp

Z II =⋅

102

0 0

log .

Erweitert man diesen Ausdruck mit p

p02

02

kommt man auf

Lp

p

pZ II = ⋅

10

2

02

02

0 0

log ,

der erste Teil des Terms führt auf den Schalldruckpegel. Aufgrund der definiertenBezugswerte und des Schallkennwiderstandes von Luft führt der zweite Ausdruck

pZ I

02

0 0⋅ gerade auf etwa 1, so dass unter diesen Bedingungen der Intensitätspegel

und der Schalldruckpegel – nicht der Schalldruck ! - annähernd gleich sind

L LI p≅ .

22

1.13.3 Schallleistung

Integriert man die Schallintensität über die gesamte strahlende Fläche S einerSchallquelle auf, erhält man die Schallleistung P in Watt

P I dSnS

= ⋅∫

wobei der Index n bedeutet, dass nur die senkrecht zur Fläche wirkenden Anteile zunehmen sind.Im Fernfeld einer Schallquelle beziehungsweise für ein ebenes Schallfeld mit einerkonstanten Intensitätsverteilung über der Fläche gilt wieder

P I Sp S

Z= ⋅ =

⋅2

0

.

Die Schallleistung ist also auch hier eine mit dem Schalldruckquadrat proportionaleGröße

P p~ 2 .

Die Schallleistung ist eine rein quellenbezogene Größe und dient der Kennzeichnungeiner Geräuschquelle, sie ist ein Emiss ionswer t , unabhängig von denSchallausbreitungsbedingungen, wie Hindernissen, Anordnungen vonAbsorptionsmaterial im Raum, Entfernung zwischen Schallquelle und Empfänger undähnliches. Sie beschreibt eine Eigenschaft und ist daher vom Ort unabhängig. EinHaartrockner besitzt eine bestimmte Schallleistung und die behält er bei, egal ob erim Konzertsaal, im Bad oder auf einem Campingplatz betrieben wird – solange seineBetriebsbedingungen unverändert bleiben. Entsprechend kann man für viele Geräte(Rasenmäher, Kopierer, Ventilatoren, Kreissägen, usw.) Angaben zu ihrenSchallleistungen (entsprechend den Betriebsbedingungen) erhalten. DieSchallleistung darf nicht mit dem Schalldruck als Immissionskennwert verwechseltwerden, die Angabe zu einer Maschine, dass sie einen Schalldruckpegel vonbeispielsweise 60 dB(A) aufweist, ist vollkommen ungenügend, solange nicht dieSchallfeldbedingungen, die Messentfernung bzw. die Messfläche angegeben wird.Die Angabe der Schallleistung ist dagegen eindeutig.In der Praxis benutzt man ebenso den Schallleistungspegel LW in dB, er istfolgendermaßen definiert

LPPW = 10

0

log

mit dem Bezugswert P01210= − Watt.

23

Beispiele für Schallleistungen sind

Schallquelle P [W] LW [dB]Turboprop-Flugzeug 104 160Grosses Orchester 102 140Autohupe 1 120Kompressor, gedämpft 10-2 100Geige fortissimo 10-3 90Laserdrucker Leerlauf 10-7 50

Hat man auf einer gedachten Hüllfläche um eine Quelle herum (in genügendemAbstand, unter reflexionsfreien Bedingungen) den örtlich gemittelten Schalldruck pgemessen, lässt sich der Schalleistungspegel mit obigen Formeln einfach berechnenzu

Lp SZ PW =

⋅⋅

102

0 0

log .

Erweitert man diesen Ausdruck mit SS

p

p0

0

02

02

⋅ , erhält man

Lp

p

SS

p SZ PW = ⋅ ⋅

⋅⋅

10

2

02

0

02

0

0 0

log

dabei ist S0 eine Bezugsfläche von 1 m2. Setzt man die Zahlen für die anderen

Bezugswerte ein, bekommt man für den Ausdruck p SZ P

02

0

0 0

⋅⋅

wieder den Wert 1.

Definiert man ferner das sogenannte Messflächenmaß LS in dB (DIN 45 635)

LSSS = 10

0

log ,

erhält man schließlich für die Schalleistung folgenden Ausdruck (Multiplikationentspricht Pegeladdition):

L L LW p S= + in dB.

Diese Gleichung bildet die Grundlage für die Schalleistungsmessung nachDIN 45635, Teil1, Hüllflächenverfahren.

Ganz allgemein gilt noch, dass die Integration der Leistung über die Zeit auf dieSchallenergie mit der Dimension [Ws] führt:

E P dtT

= ⋅∫ .

24

1.14 Flüssigkeitsschall, Körperschall

Bisher war nur von Luftschall die Rede, weil nur über die Luftdruckänderungen dasTrommelfell in Schwingungen versetzt werden kann. Für bauakustische Probleme istaber auch wichtig, dass sich Schall in Flüssigkeiten und Festkörpern ausbreitenkann. Auch dabei handelt es sich um sehr kleine Wechselbewegungen. Sie breitensich meist ziemlich ungehindert aus. Die kleinen Wechselbewegungen in und auf derOberfläche eines Festkörpers versetzen die benachbarte Luft in kleineSchwingungen und erzeugen so den hörbaren Luftschall, wie im Kapitel über dieBauakustik erläutert wird.Beispiel 1:Im Wasserleitungshahn wird durch Kavitation und Turbulenz Flüssigkeitsschallerzeugt. Er versetzt die Rohre in kleine Schwingungen. Der so erzeugte Körperschallüberträgt sich an Befestigungsstellen auf Wänden und Decken, die dann denLuftschall abstrahlen.Beispiel 2:Es wird auf einer Zimmerdecke herum getrampelt oder eine Aufzugsanlage ist aufeiner Gebäudedecke befestigt. Die anregenden Kräfte erzeugen Körperschall,wodurch kleine Schwingungen (meist im Bereich von Mikrometern und weniger),erzeugt werden, die sich über das Bauwerk ausbreiten und von Decken und Wändenan anderen Orten als hörbarer Luftschall abgestrahlt werden.Beispiel 3:Ein vorbeifahrender LKW (Motor, Auspuff, Reifen) macht Lärm. Dieser Luftschallversetzt die benachbarten Fenster und in geringerem Maße auch die Wände inSchwingungen (Körperschall). Dieser Körperschall erzeugt in den angrenzendenRäumen Luftschall – und der kann stören.Besonderheiten des Körperschalls sind, dass sich dieser mit einer im allgemeinenviel höheren Geschwindigkeit ausbreitet, die, im Gegensatz zum Luftschall, auchfrequenzabhängig sein kann (Dispersion).

1.15 Zusammenfassung des Abschnitts

Schall ist eine sehr kleine Wechselbewegung bzw. Druckänderung in der Luft. DieTonhöhe (Bereich 16 – 16000 Hz) wird als Frequenz in Hz gemessen. Die Stärkeeines Schallsignals wird als Schalldruckpegel in dB (Bereich 0 – 140 dB) angegeben.Häufig wird der Schalldruckpegel für einzelne Frequenzbereiche getrennt angegeben(Spektrum, Oktav- oder Terzpegel). Die Frequenzabhängigkeit der Empfindlichkeitund die zeitdynamischen Eigenschaften des menschlichen Ohres werden durch denzeit- und A- bewerteten Schalldruckpegel weitgehend berücksichtigt, stärkereSchwankungen über einen längeren Zeitraum werden durch den Mittelungspegelerfasst. Schall kann in Flüssigkeiten und festen Stoffen als Flüssigkeits- bzw.Körperschall weitergeleitet werden und anschließend als Luftschall wiederabgestrahlt werden (wichtig für die Schallübertragung in Gebäuden).