Messgrößen für Schallwellen

1. Messgrößen für Schallwellen

2. Inhalt • Schallintensität • Schallwiderstand • Das Weber-Fechnersche Gesetz • Physikalische Größen zur Schallmessung • Hörschwelle • Schallpegel • Empfindung des Schalls als „Lautstärke“

3. s Energiedichte Geschwindigkeit Die Intensität 2 0 1,5 0,5 1,0 λ A ψ0 x 0 1 10 Energiefluß pro Sek. durch die Fläche Ades Empfängers: (W / V )·λ / T [J/s]

4. Intensität, Druckamplitude und Schallwiderstand Schallwiderstand: Begrifflich analog zum elektrischen Widerstand bei der Berechnung der elektrischen Wechselstrom-Leistung aus den Maximalwerten von Spannung U0und Strom I0 , P = U0·I0 /2= U02/2R

5. Hörschwelle Definition der Hörschwelle, wichtig für die Schallmessung

6. Das Weber Fechnersche Gesetz Das Empfinden der „Lautstärke“ hängt stark von der Frequenz ab. Beim Menschen liegt die optimale Empfindlichkeit des Gehörs bei etwa 3 kHz

7. Schallpegel: Die Einheit dB Der Schallpegel wird auch als dB SPL angegeben, SPL steht für „Sound Pressure Level“ Die Einheit dB wurde von Alexander Graham Belleingeführt, „….(March 3, 1847 – August 2, 1922) was an eminent scientist, inventor, engineer and innovator who is credited with inventing the first practical telephone (Quelle: Wikipedia engl. 2011)

8. Verhältnis-Größen: Die Einheit Phon I1kHzist die Intensität bzw. p1kHz der Schalldruck eines 1kHz Tones, der „genauso laut“ wie das zu messende Geräusch empfunden wird

9. Für Schallvorgänge mit 1 kHz ist die dB gleich der Phon Angabe

10. Geräusche unterschiedlicher Frequenz, die auf der gleichen schwarzen Kurve liegen, zeigen die gleiche phon-Zahl, d. h. sie werden als „gleichlaut“ empfunden, ihre Lautstärke entspricht der phon Angabe bei 1 kHz Beispiel: Ein 20 Hz Ton mit Pegel 100 dB wird so laut empfunden wie ein 4 kHz Ton mit 50 dB, beide mit „Lautstärke 60 phon“

11. Vergleichsschall μPa)

12. Korrekturkurven für die Angaben dB A und dB C

13. Versuch zur Messung von Lautstärke und Schallintensität • Erzeugung eines Geräuschs und Messung des Signals mit dB A und dB C Korrektur

14. Schallpegel bei Addition von Intensitätswerten Beachte, es folgt für den Schallpegel Lnvon n gleichen Schallquellen mit Pegel L einer einzelnen Schallquelle: Ln = 10 · log(n· I / I0) =10·( log(n) + log (I / I0) ) = 10·log(n)+ L

15. Zusammenfassung • Das Weber-Fechnersche Gesetz • Die „Lautstärke“, eine Empfindung, folgt etwa logarithmisch der Schallintensität I bzw. dem Schalldruck p, es gilt I~p2 • Physikalische Größen zur Schallmessung • Referenzwert: Hörschwelle I0 = 10-12 [W/m2], p0 = 20 ·10-6 [Pa] • Schallpegel, Einheit [dB] SPL, Dezibel „Sound Power Level“, als Funktion der Intensität oder des Drucks: L = 10 log ( I / I0) = 20 log ( p / p0) [dB] SPL • Lautstärke, Einheit Phon, definiert als Pegel für einen Ton mit 1 kHz L = 10 log ( I1kHz / I0) = 20 log ( p1kHz / p0) [phon] • Auf „Isophonen“ mit der als „Phon“ bezeichneten Lautstärke liegen Töne beliebiger Frequenz, die als gleichlaut empfunden werden • Addition von Schallpegeln • bei Intensitäten I1 undI2 L1+2 = 10 · log ((I1 +I2)/ I0) [dB] SPL • bei Schallwechseldrucken p1 undp2 L1+2 = 20 · log ((p1 +p2)/ p0) [dB] SPL

16. Kurven gleicher Lautstärke, Hörschwelle, Schmerzgrenze, Beispiel für A-Filter bei 40 phon Musik Sprache