Schall als Wellenbewegung

 

Der Luftschall kann als Luftdruckschwankung in der Luft betrachtet werden. Er setzt sich aus der Wellenlänge, der Frequenz und der Intensität zusammen. Schall breitet sich in einem homogenen schallleitenden Medium nach allen Richtungen symmetrisch von der Schallquelle weg aus. Wirkt auf die Moleküle eines Mediums Energie ein, so beginnen diese, vor und zurück zu schwingen. Es wird somit eine Welle erzeugt, durch die Schallenergie übertragen wird. 

Die Schallgeschwindigkeit ist abhängig vom Medium, das von den Schallwellen durchdrungen wird. Die besondere Bedeutung von Dämmstoff wird in der Praxis vor allem bei der Schalldämmung von Häusern, Fassaden oder Dächern deutlich. Ein minderwertiger Dämmstoff mit niedriger Dichte vermindert den Schallschutz, da dieser meist nicht fähig ist, die Schallgeschwindigkeit ausreichend abzuschwächen. Ein besseres Material hingegen kann wesentlich zur Schalldämmung beitragen. 

Generell gilt, dass sich Schall in Gasen sehr schlecht ausbreitet. In Flüssigkeiten findet eine höhere Schallübertragung statt, als in Gasen. Festkörper tragen am meisten zur Schallübertragung bei. In der Luft breitet sich der Schall mit ca. 340 m pro Sekunde aus. In Stahl kann er sich dagegen mit ca. 5200 m pro Sekunde verbreiten.

Da eine Schallwelle aus sich wiederholenden Amplituden (hohe und niedrige Druckbereiche) besteht, die ein Medium durchdringen, wird sie auch als Schalldruckwelle bezeichnet. Man spricht auch von kurzzeitigen Druckschwankungen in einem Medium, die sich als Wellenfront fortpflanzen. 

 

Grafische Darstellung von Schalldruckwellen

Physikalische Größe	Symbol	Maßeinheit	Formel
Frequenz	f=1/T	Hz=1/s	f=c/λ
Wellenlänge	λ	m	λ=c/f
Zeitraum oder Zyklusdauer	T=1/f	s	T=λ/c
Wellengeschwindigkeit	c	m/s	c=λxf

 

Menschliche Wahrnehmung von Schallwellen 

Das menschliche Ohr ist extrem empfindlich. Es kann akustische Ereignisse aber nur innerhalb eines bestimmten Frequenzbereichs wahrnehmen. Dieser Bereich wird auch als Hörfähigkeit bezeichnet. Die Hörfähigkeit liegt zwischen der unteren Grenze der Hörschwelle und der oberen Grenze der akustischen Schmerzschwelle bei einem Schalldruckpegel von etwa 130 dB, bezogen auf einen Frequenzbereich zwischen 20 und 20.000 Hz. Unterhalb dieses hörbaren Bereichs liegende Frequenzen werden als Infraschall, oberhalb 20.000 Hz liegende Frequenzen als Ultraschall bezeichnet. 

Bezüglich der Sprachverständlichkeit liegt der wichtigste Frequenzbereich bei 300 - 3.000 Hz. Geräusche sind normalerweise keine reinen Töne, sondern enthalten Schallenergie, die sich über ein breites Frequenzspektrum erstrecken. Die Mittenfrequenzen sind international standardisiert. In der nachfolgenden Tabelle sind einige der Standard-Frequenzbänder dargestellt. 

 

Das menschliche Ohr reagiert auf Schalldruck. Dieser wird in der Einheit Pa (N/m2) gemessen. Der niedrigste Schalldruck, den ein durchschnittliches Ohr erkennen kann, liegt bei ca. 0,00002 Pa, die akustische Schmerzgrenze liegt bei ca. 200 Pa. Aufgrund dieses umfangreichen Druckbereichs kann keine lineare Skala verwendet werden. Daher wird der Schalldruckpegel generell über eine logarithmische Skala ausgedrückt (mit der Bezeichnung dB). Die Begriffe dB und bel (= 10 dB) sind rein mathematische Bezeichnungen und sind keine speziellen Begriffe aus der Akustik. 

 

Unterschiedliche individuelle Wahrnehmung

Jeder Mensch nimmt Schall anders wahr. Eine Person kann ein bestimmtes Geräusch als kaum hörbar wahrnehmen, während eine andere Person das gleiche Geräusch als störend einstuft. Wie ein Mensch auf ein Geräusch reagiert, ist außerdem von der jeweiligen Gemütslage abhängig. Allgemein wird ein Anstieg um 10 dB als Verdoppelung des Schallpegels wahrgenommen. Die geringste Veränderung, die das Gehör erfassen kann, liegt bei 1 – 2 dB. 

Um den verschiedenen Wahrnehmungen der Druckschwankungen entgegen zu wirken und unangenehme Hörerlebnisse für den Menschen so gut es geht einzudämmen, spielt die Schalldämmung, beziehungsweise der Schallschutz eine entscheidende Rolle. Die Raumakustik kann unter anderem durch die Verwendung von Schallabsorbern zusätzlich positiv beeinflusst werden.

Die Wahrnehmung von Geräuschen ist von folgenden Faktoren abhängig: Schallpegel Frequenz Art des Geräusches, konstant oder unterbrochen Ob es sich um Lärm oder angenehme Geräusche wie z.B. Musik handelt

Dezibel-Arithmetik

Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei Dezibel um einen logarithmischen Wert, der nicht wie lineare Werte addiert oder subtrahiert werden kann. Um die Arithmetik durchführen zu können, muss auf lineare Einheiten (Pa) zurückgegriffen werden. Danach wird mit logarithmischen Werten weitergerechnet. 

Beispielrechnung: Addition von Schalldruckwerten

Beispielwerte:
Lp1= 40 dB and Lp2=45 dB

Ändern Sie zunächst die Einheiten in Bel, indem Sie diese durch 10 teilen, und kehren Sie dann zu linearen Werten zurück, um die Addition durchzuführen:

104.0 + 104.5 =10 000 + 31 622 = 41 622

Nach Umwandlung zum logarithmischen Werte ergibt sich:

log (41 622) = 4.62 bel

Ergibt: Lp.tot = 46.2 dB

Alternativ kann die obige Zahl verwende werden, um das gleiche Ergebnis zu erzielen.

Durch mathematische Betrachtungen ergibt sich in der Regel folgender Zusammenhang: Sind drei identische Schallquellen vorhanden und man addiert diese auf, so ergibt sich in der Regel eine  Erhöhung des Schallpegels um 3 dB. Bei 10 identischen Schallquellen, erhöht sich der Schallpegel um 10 dB.

Beim Messen des Schallpegels wird die Empfindlichkeit des Gehörs anhand verschiedener Filter berücksichtigt. Diese Filter werden mit dB(A), dB(B) und dB(C) markiert. Am häufigsten wird der A-bewertete Filter verwendet. Dieser Filter simuliert, wie das Gehör Geräusche filtert und als welche Lautstärke sie wahrgenommen werden. In der nachfolgenden Abbildung kann die Dämpfungskurve für den A-Filter betrachtet werden. Hieran lässt sich entnehmen als welcher dB Wert eine bestimmte Frequenz vom Gehör aufgenommen wird.

Dämpfkurve für den A-Filter 

 

Reflexion, Schallabsorption und Schalldämmung

Schall kann absorbiert, durchgelassen oder reflektiert werden. Wenn eine Schallwelle auf eine Raumbegrenzungsfläche wie z. B. Decke, Boden oder Wand trifft, wird ein Teil der Schallenergie reflektiert, ein anderer Teil vom Material absorbiert und ein weiterer Teil durchdringt die Fläche. 

Der Weg des Schalls durch eine Raumbegrenzungsfläche

Wie viel die Schallwellen jeweils reflektiert, absorbiert oder durchgelassen werden, ist von der Form und der Oberfläche des Materials bzw. der Konstruktion, auf die die Schallwellen treffen und der Schallfrequenz abhängig. Darauf basierend können drei akustische Parameter definiert werden, die maßgeblichen Einfluss auf die Raumakustik haben.

• Absorptionskoeffizient, α = (absorbierter Schall + übertragener Schall) / (einfallender Schall) 
• Reflexionskoeffizient, ζ = (reflektierter Schall) / (einfallender Schall)
• Durchgangskoeffizient, τ = (übertragener Schall) / (einfallender Schall) 

 

Tipps für den praktischen Anwendungsfall:

Die gerade erwähnten mathematischen Koeffizienten können für den praktischen Anwendungsfall zu komplex und damit unverständlich erscheinen. Grundsätzlich ist jedoch im Bereich der Schalldämmung herauszustellen, dass alle erwähnten Parameter mit dem verwendeten Material in direktem Zusammenhang stehen. Wird also eine eher minderwertige Schallisolierung verwendet, hat dies einen direkten Effekt auf die Güte der Schalldämmung. Umso wichtiger ist damit die konsequente Verwendung von Material, welches nachweislich gute Dämmeigenschaften aufweist und damit Schallwellen optimal absorbieren und reflektieren kann. Hierzu finden Sie im PAROC-Sortiment eine breitgefächerte und hochwertige Auswahl.