Was ist Schall?

Eine Schallquelle strahlt Schallleistung aus, und diese führt zu einer Schalldruckschwankung in der Luft. Die Schallleistung ist die Ursache dafür. Der Schalldruck ist der Effekt. Betrachten Sie die folgende Analogie: Eine elektrische Heizung strahlt Wärme in einen Raum aus und verursacht eine Temperaturänderung. Die Temperaturänderung im Raum ist offensichtlich vom Raum selbst abhängig. Aber bei der gleichen elektrischen Eingangsleistung strahlt die Heizung die gleiche Leistung aus, nahezu unabhängig von der Umgebung. Das Verhältnis zwischen Schallleistung und Schalldruck ist ähnlich. Was wir hören, ist Schalldruck. Dieser Druck wird jedoch durch die Schallleistung der Schallquelle verursacht. Die Schallleistung wird in Watt ausgedrückt. Der Schallleistungspegel wird in Dezibel (dB) ausgedrückt, d. h. als logarithmische Skala (dB-Skala) in Bezug auf einen standardisierten Referenzwert:

Der Schalldruck, den wir wahrnehmen, hängt von der Entfernung von der Quelle und der akustischen Umgebung ab, in der die Schallwelle übertragen wird. Die Verbreitung von Schall in Innenräumen ist daher von der Größe des Raums und der Schalldämmung der Oberflächen abhängig. Folglich kann der durch eine Maschine emittierte Schall nicht vollständig quantifiziert werden, indem ausschließlich der Schalldruck gemessen wird. Die Schallleistung ist mehr oder weniger unabhängig von der Umgebung, während dies für den Schalldruck nicht gilt.Informationen über den Schalldruckpegel müssen daher immer durch zusätzliche Angaben ergänzt werden: dem Abstand der Messposition von der Schallquelle (z. B. gemäß einem bestimmten Standard) und der Raumkonstante für den Raum, in dem die Messung durchgeführt wurde. Andernfalls wird davon ausgegangen, dass der Raum unbegrenzt ist (d. h. ein offenes Feld). In einem unbegrenzten Raum gibt es keine Wände, die Schallwellen reflektieren und damit die Messung beeinflussen.

Wenn Schallwellen auf eine Oberfläche auftreffen, wird ein Teil der Wellen reflektiert, und ein anderer Teil wird vom Oberflächenmaterial absorbiert. Der Schalldruck zu einem bestimmten Zeitpunkt besteht daher immer aus dem Schall, den die Schallquelle erzeugt, und dem Teil des Schalls, der von umgebenden Oberflächen reflektiert wird (nach einer oder mehreren Reflexionen). Wie effektiv eine Oberfläche Schall absorbieren kann, hängt von dem Material ab, aus dem sie besteht. Dies wird in der Regel als Absorptionsfaktor ausgedrückt (zwischen 0 und 1, wobei 0 der vollständigen Reflexion und 1 der vollständigen Absorption entspricht).

Die Auswirkungen des Raums auf die Ausbreitung von Schallwellen werden durch die Raumkonstante bestimmt. Eine Raumkonstante für einen Raum mit mehreren Oberflächen, Wänden und anderen Innenflächen kann berechnet werden, indem die Größe und Absorptionseigenschaften der verschiedenen Flächen berücksichtigt werden. Es gilt die folgende Gleichung:

Unter einigen besonderen Bedingungen kann das Verhältnis zwischen Schallleistungspegel und Schalldruckpegel einfach ausgedrückt werden. Wenn der Schall von einer punktförmigen Quelle innerhalb eines Raums ohne reflektierende Oberflächen ausgestrahlt wird oder im Außenbereich, wo sich keine Wände in der Nähe der Schallquelle befinden, dann breitet sich der Schall gleichmäßig in alle Richtungen aus, und die gemessene Schallintensität ist daher an allen Punkten gleich, die den gleichen Abstand zur Schallquelle haben. Daher ist die Intensität an allen Punkten auf einer kugelförmigen, die Schallquelle umgebenden Fläche gleich.Wird die Entfernung zur Quelle verdoppelt, dann vergrößert sich die Kugeloberfläche auf das Vierfache. Davon kann abgeleitet werden, dass der Schalldruck jedes Mal um 6 dB fällt, wenn sich der Abstand zur Schallquelle verdoppelt. Dies gilt aber nicht, wenn der Raum harte, reflektierende Wände hat. In diesem Fall muss der von den Wänden reflektierte Schall berücksichtigt werden.

Für Q kann der empirische Wert verwendet werden (für andere Positionen der Schallquelle muss der Wert von Q geschätzt werden):Q=1 Wenn die Schallquelle in der Mitte eines großen Raums hängt.Q=2 Wenn die Schallquelle nahe der Mitte einer harten, reflektierenden Wand platziert wird.Q=4 Wenn die Schallquelle nahe der Schnittstelle von zwei Wänden platziert wird.Q=8 Wenn die Schallquelle nahe einer Ecke platziert wird (Schnittpunkt von drei Wänden).

In der Nähe der Energiequelle sinkt der Schalldruckpegel jedes Mal um 6 dB, wenn der Abstand verdoppelt wird. Bei größeren Abständen von der Quelle wird der Schalldruckpegel jedoch durch den reflektierten Schall dominiert, und daher ist die Abnahme mit zunehmender Entfernung minimal. Maschinen, die Schall über ihr Gehäuse oder ihren Rahmen übertragen, verhalten sich nicht als Punktquellen, wenn sich der Zuhörer in einem Abstand zur Mitte der Maschine befindet, der kleiner als das 2- bis 3-Fache der größten Abmessung der Maschine ist.

Wenn mehr als eine Schallquelle den Schall in Richtung des gleichen Empfängers ausstrahlen, nimmt der Schalldruck zu. Da Schallpegel jedoch logarithmisch definiert sind, können die Quellen nicht einfach algebraisch addiert werden. Wenn mehr als zwei Schallquellen aktiv sind, werden zunächst zwei addiert, und die nächste wird dann zur Summe der ersten beiden addiert usw. Wenn zwei Schallquellen mit demselben Pegel addiert werden müssen, ist das Ergebnis eine Erhöhung um 3 dB.Hintergrundschall ist ein Sonderfall, bei dem eine Subtraktion erforderlich ist. Hintergrundschall wird als separate Schallquelle behandelt, und der Wert wird vom gemessenen Schallpegel abgezogen.