Die Schallintensität gehört zu den Schallenergiegrössen. Sie gibt die auf eine Fläche wirkende Schallleistung senkrecht zur Wellenausbreitung an. Manchmal wird sie auch als Schallstärke bezeichnet. Im Bereich der Schalllehre treten immer wieder Missverständnisse auf, was Bezeichnungen und Eigenschaften angeht. Im anschliessenden Beitrag erfahren Sie alles, was es zur Schallintensität zu wissen gibt, was Intensität ist und was nicht und wie Sie sie berechnen, skalieren oder beeinflussen können.
Schallleistung: Schallintensität in Aktion
Die Schallintensität – alternativ auch Schallstärke genannt – wird in Watt pro Quadratmeter gemessen. Ihre Einheit ist also W/m² und ihr Formelzeichen ist I.
Das Endprodukt aus Schallintensität I (W/m²) und der durchschallten Fläche A (m²) nennt man Schallleistung. Die Schallleistung bezeichnet also die Stärke/Energie des Schalls, der von einer bestimmten Quelle ausgeht – sie ist die Ursache.
Die jeweilige Schallquelle gibt die akustische (Schall-)Leistung in Form von Schallwellen an die Umgebung ab und erzeugt so Schalldruck. Der Schalldruck ist also die Wirkung.
Die Schallintensität wird herangezogen, um…
- …ein Schallfeld an einem bestimmten Punkt zu beschreiben.
- …die durch eine Fläche tretende Schallleistung zu bestimmen (Zwischenschritt).
- …die Schallleistung einer Schallquelle zu bemessen (Zwischenschritt).
| Zur Veranschaulichung: Schallintensität wird hinsichtlich der Fläche berechnet, auf die sie wirkt. So passiert die Bestimmung der Schallleistung. Die Schallleistung erzeugt den Schalldruck, welcher wiederum für die subjektiv empfundene Lautstärke verantwortlich ist. |
Schallintensität: Lautstärke und Tonhöhe
Schallintensität bzw. Schallstärke ist kein Mass der Lautstärke, sie wird aber häufig gleichbedeutend genannt. Das stiftet Verwirrung im Bereich des Akustikwissens, denn die Schallintensität ist eine rein theoretische Grösse, die zu den Schallenergiegrössen gehört, während die tatsächliche Lautstärke eine psychoakustische Grösse ist.
Wahrnehmbarer Schall hat nicht immer die gleichen Eigenschaften – es gibt vier verschiedene Schallarten:
- Töne: harmonisch und sinusförmig – die steigende Frequenz formt zum Beispiel eine Tonleiter
- Klänge: periodische Schwingungen, die aus mehreren Tönen bestehen
- Geräusche: unregelmässige, chaotische Schwingungen, die aus mehreren Tönen bestehen
- Knalle: schnell abklingende Schwingungen mit kurzzeitig hohem Schalldruck
Die Wellenlänge und die Frequenz bestimmen unsere Wahrnehmung von Lautstärke und Tonhöhe, also wie laut und wie hoch wir Töne und Klänge über unser Gehör wahrnehmen. Schall breitet sich in einem Raum über ein Trägermedium wie etwa Luft in Wellenform aus – dabei variieren Wellenlänge und ihre Ausdehnung.
Wie laut wir etwas wahrnehmen, hängt von folgenden Faktoren ab:
- Frequenz (Schallgeschwindigkeit)
- Amplitude (Schalldruck)
Das Trägermedium Luft dient als Standard für Messungen, Schallwellen können sich aber auch in anderen gasförmigen, flüssigen und festen Stoffen fortbewegen. Sogenannte Schallabsorber hindern die Wellen daran, sich weiter auszubreiten bzw. von harten Oberflächen wie Glas und Beton in den Raum zurückgeworfen zu werden. Durch das Unterbinden der Schallreflexion kann die empfundene Lautstärke verringert werden.
Amplitude: Lautstärke
Die Amplitude der Schwingungen bestimmt den Schalldruck und damit die Lautstärke. Je grösser die Amplitude – die Ausdehnung der Wellen in den positiven (Wellenberg) oder negativen (Wellental) Bereich – desto lauter der Ton. Die Amplitude entspricht dem Schalldruck.
Frequenz: Tonhöhe
Die Frequenz der Schwingungen in der Luft bestimmt die Schallgeschwindigkeit bzw. die Wellenlänge und somit die Tonhöhe. Je schneller die Schwingungen, desto höher die Frequenz und damit der Ton. Sie wird in Hertz (Hz) angegeben.
| Schallintensität Beispiel: Die Schallintensität ist nicht gleichbedeutend mit der Lautstärke. Wenn eine Schallquelle, wie etwa eine Gitarrensaite, gezupft wird, hört man einen Ton in einer gewissen Lautstärke. Zupft man also vier Saiten gleichzeitig, so vervierfacht sich zwar die Schallstärke bzw. die Schallintensität, nicht aber die empfundene Lautstärke. |
Schallintensität berechnen & Schallleistung bemessen
Intensität ist per se keine Messgrösse. Die Schallintensität muss man basierend auf dem gemessenen Schalldruck (der Wirkung) errechnen. Diesen Druck bestimmt man in der Regel mit der Zweimikrofontechnik.
Die Schallemissionsmessung bezieht sich folglich nicht auf die Schallintensität, da Intensität keine Messgrösse ist, sondern auf die Schallleistung. Die Schallleistung ist – im Gegensatz zur Schallintensität und zum Schalldruck – unabhängig von Entfernung und Ort und eignet sich demensprechend gut für die Bemessung.
Schallintensität: Formel
Die Formel, um Schallleistung zu berechnen, setzt sich wie folgt zusammen:
- aus der Schallintensität (I) und der Fläche (A), oder
- aus dem Schalldruck (p), der Schallschnelle (v) und der Fläche (A).
→ Die Formel lautet also: Pak = I · A = p · v · A [ W ]
Schallintensität in Dezibel (dB)
Wenn Schallintensität gemessen wird, dann wird der Schallintensitätspegel herangezogen, um als logarithmische Grösse die theoretische Intensität abzubilden. Ausgedrückt wird die Grösse in Dezibel (dB). Unser Gehör nimmt Lautstärke nicht als linear steigend wahr, deshalb folgt die Dezibel-Skala einem logarithmischen Verlauf. Die Skala reicht von 0 dB (Hörschwelle) bis zu 120 dB (Schmerzgrenze).
Hinsichtlich der Schallintensität ergibt sich folgende Besonderheit: Im Zuge einer Berechnung wird davon ausgegangen, dass eine Schallquelle ihre Schallstärke gleichmässig in alle Richtungen ausstrahlt. Wird der Abstand zur Quelle verdoppelt, dann reduziert sich die Schallintensität auf ein Viertel des ursprünglichen Wertes. Das bedeutet, dass die Intensität insgesamt um 6 dB abgeschwächt wird.
Wenn ein Pegel angegeben wird, so stösst man häufig auf die Bezeichnung dB(A). Das (A) steht für den Schalldruckpegel nach der Frequenzbewertungskurve A und bedeutet, dass die Schallquelle basierend auf der Wirkung auf das menschliche Gehör gemessen wird.
- dB = Schallintensitätspegel bzw. Schalldruckpegel bezeichnet die Stärke des Schalls und nicht die Lautheit
- dB (A) = der bewertete Schalldruckpegel drückt aus, wie laut etwas empfunden wird
→ In der Luft einer ebenen Welle stimmen Schallintensitätspegel und Schalldruckpegel überein.
Schallintensität: Verdoppelung
Eine Verdoppelung der Schallintensität muss klar von der Verdoppelung der Lautstärke unterschieden werden. Dies rührt daher, dass die theoretische Grösse der Schallintensität meist berechnet wird, die Lautstärke aber auf subjektivem Empfinden basiert.
Die Schallintensität wird als Schallintensitätspegel in Dezibel ausgedrückt. Hinsichtlich der Schallintensität bedeutet der logarithmische Verlauf, dass eine Erhöhung um 3 dB eine Verdoppelung der Intensität darstellen, 6 dB bereits eine Vervierfachung.
Die Einheit Dezibel wird auch für die Angabe des Schalldruckpegels verwendet, was oft für Verwechslungen sorgt. Zur Erinnerung: In der ebenen Welle in der Luft stimmen Schallintensitätspegel und Schalldruckpegel überein.
Dezibel-Skala: empfundene Lautstärke
Die Dezibel-Skala, die von 0 bis 120 dB reicht und zur Veranschaulichung des Schalldruckpegels dient, folgt ebenfalls dem logarithmischen Verlauf. Das bedeutet, dass eine Zunahme von 10 dB eine Verdoppelung der Lautstärke (nicht der Intensität) darstellt. 60 dB sind also doppelt so laut wie 50 dB. 60 dB ist normale Sprechlautstärke, 70 dB immerhin schon Staubsaugerlärm.
| Lautstärke in dB | Vergleichbares Geräusch |
| 0 dB Hörschwelle | Stecknadel fällt in einiger Entfernung auf den Boden |
| 20 dB | Blätterrauschen |
| 30 dB | Flüstern |
| 60 dB | Normale Konversation |
| 70 dB | Verkehr |
| 85 dB auf Dauer schädigend für das Gehör | Baustelle |
| 90 dB | Haartrockner |
| 120 dB | Rockkonzert |
| 130 dB Schmerzgrenze | Presslufthammer |
| 140 dB | Düsentriebwerk |
| → Im Wohnbereich sollten nur in Ausnahmefällen mehr als 70 dB herrschen. Sind Menschen über einen längeren Zeitraum 85 dB oder noch mehr ausgesetzt, dann schädigt dies das Gehör und die allgemeine Gesundheit. |
Schallintensität: Ursachen kennen und Wirkung verringern
Wie bereits erklärt, das Endergebnis aus Schallintensität und der durchschallten Fläche nennt man Schallleistung. Die Schallleistung als Ursache erzeugt den Schalldruck als Wirkung.
Ein intensiver Schalldruck führt zu einem entsprechenden Schalldruck(-pegel). Dieser ist für eine unter Umständen sehr belastende Raumakustik verantwortlich, denn schallharte Oberflächen wie Glas und Beton reflektieren Schall in den Raum zurück – es entsteht ein Akustikproblem im Raum, das negative Auswirkungen auf die Gesundheit hat.
Es bieten sich mehrere Möglichkeiten an, die sowohl für den Wohnraum als auch für Büros und öffentliche Gebäude geeignet sind. Schallschutz für innen gibt es in Form von Akustik Wandpaneelen und Akustikvorhängen, die das Zurückwerfen von Schallwellen in den Raum verhindern. So entsteht nicht nur ein besseres akustisches Raumklima, auch der Lärm der Nachbarschaft dringt weniger intensiv durch.
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