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Schallleistung und Schalldruck – Schall in Aktion

Schallleistung erklärt

Die in der Luft vorhandene Schallenergie, die eine Quelle in einer bestimmten Zeiteinheit abgibt, bezeichnet man als Schallleistung. Oft fällt in diesem Zusammenhang auch der Begriff Schallstärke. Schallleistung und Schallstärke sind Bezeichnungen, die denselben Vorgang beschreiben. Schalldruck hingegen entsteht, wenn eine Schallquelle Energie absondert, die an einem Ort gemessen und in einem akustischen Umfeld übertragen wird.

Schallleistung und Schalldruck – einfach erklärt

Die Schallleistung stellt die Ursache dar, denn diese umfasst die Stärke des Schalls, die von einer Schallquelle ausgeht. Die Quelle gibt die akustische Leistung mittels Schallwellen an das Umfeld ab. Daraus entsteht Schalldruck. Demnach ist die Schallleistung die Ursache und der Schalldruck die Wirkung, Die Schallleistung wird in Watt angegeben. Zudem ist die Schallleistung eine theoretische Größe, die man nicht messen, aber berechnen kann.

Schallleistung und Schalldruck – ein eingespieltes Team

Am Beispiel von Wärme lässt sich gut ableiten, in welchem Zusammenhang Schallleistung und Schalldruck miteinander stehen:

  • Ein Heizgerät gibt eine gewisse Leistung in einen Raum ab, sodass sich dadurch die Temperatur erhöht.
  • Unabhängig von der Umgebung hat das Heizgerät eine bestimmte Leistungsfähigkeit.
  • Die Wärme im Raum hängt allerdings vom Abstand zum Heizelement ab. Auch die Eigenschaften des Raums sind ausschlaggebend für die Temperaturentwicklung.
  • Zu den Raumeigenschaften gehören beispielsweise die Raumgröße. Außerdem spielt es eine bedeutende Rolle, wie viel Wärme durch den Boden und die Wände übertragen und absorbiert wird.

Die Verbindung zwischen Schallleistung und Schalldruck ist ähnlich:

  • Der Schalldruck im Raum erhöht sich, wenn von einer Schallquelle eine bestimmte Energie ausgeht.
  • Der Leistungspegel der Quelle ist unabhängig von der Umgebung. Aber der Schalldruck wird von der Raumeigenschaft sowie der Entfernung von der Schallquelle beeinflusst.
  • Je nachdem, wie groß der Raum ist und wie stark die Raumoberflächen den Schall absorbieren und reflektieren, verändert sich der Schalldruck. Wichtig: Die Leistung der Schallquelle bleibt immer dieselbe.

Grundsätzlich drücken Experten den Schallleistungspegel genau wie beim Schalldruck als Dezibelpegel (dB) aus. Manchmal führt das zu Verwirrung. Besonders dann, wenn die Angabe des Referenzwertes fehlt, kommt es oft zu Missverständnissen. Der Referenzwert für Schalldruck ist 20 Mikropascal (µPa), während der Wert für Schallleistung 1 Picowatt (pW) beträgt. Die Referenzwerte sind so gewählt, dass der Schallleistungspegel und der Schalldruckpegel in einem Freiraum mit einer Ausbreitungsfläche von 1 Quadratmeter (m2) gleich sind.

Shaker und Schall – Unterschied zwischen Schallleistung und Schalldruck

Mithilfe eines Praxisbeispiels aus dem Laborbetrieb kann man gut erkennen, was die beiden Größen unterscheidet. Von einem Shaker während der Versuchsdurchführung entweichen Schalldruckwellen, die über unsere Ohren den Vorgang des Hörens in Gang bringen. Was wir jedoch nicht wahrnehmen: Der Shaker muss arbeiten, erzeugt dabei Töne und erbringt damit eine gewisse Leistung. Die Leistung ist notwendig, um Schallwellen auszulösen. Diese Leistung nennt man Schallleistung.

Sobald sich die Bediener der Anlage vom Standort des Shakers entfernen, kommt ihnen der Shaker immer leiser vor. Die Leistung des Shakers ist weiterhin konstant, aber das Umfeld ändert sich. In einem Raum mit schallabsorbierenden Wänden klingt der Shaker anders als in einer echostarken Umgebung. Der zu hörende Schalldruck ist demnach raum- und entfernungsabhängig. Unabhängig von der Wahrnehmung der Bediener erbringt der Shaker immer dieselbe Arbeit. Deshalb ist die Schallleistung eine unbeeinflussbare und objektive Größe, die sich hervorragend als Grundlage von schalltechnischen Berechnungen eignet.

Schallleistungspegel bestimmen – Gründe für die Berechnung

Es ist sinnvoll und hilfreich, die Schallleistung eines Geräts herauszufinden. So kann man die Leistung unterschiedlicher Geräte objektiv gegenüberstellen. Im Zuge dessen hat es keine Bedeutung, wo das Gerät steht oder in welcher Entfernung die Messung erfolgt. Somit schafft die Bestimmung des Leistungspegels vor allem für diese Bereiche großen Mehrwert:

  • Festlegung von Geräuschemissionsgrenzwerten
  • Produktkennzeichnungen
  • Einhaltung von Grenzwerten

Weil die Schallleistung unabhängig vom akustischen Umfeld ist, ermöglichen die Schallleistungspegel auch die Bestimmung der Einflussnahme der Schalldruckpegel eines Geräts an verschiedenen Standorten. Beispiel: Ein Akustikberater berechnet mithilfe der Schallleistung eines Maschinenteils den Schalldruck. Dabei bezieht der Berater mit ein, welchen Schalldruck das Gerät in einer angrenzenden Wohnung bewirkt, wenn die Anlage am geplanten Standort installiert wird. Der Experte ermittelt dann, ob die resultierende Lärmemission im Wohnraum den Vorgaben entspricht. Zudem stellt der Profi anhand der Schallleistungsberechnung fest, ob Maßnahmen zur Lärmeindämmung notwendig sind oder ein leiseres Gerät zu installieren ist.

Schallleistungsmessung – wie erfolgt die Berechnung?

Wie wird die Schallleistung gemessen? Anhand von Schalldruckmessungen kann der Leistungspegel ermittelt werden. Es gibt 2 Methoden zur Bestimmung der Leistung: das Vergleichsverfahren und die direkte Methode. In freier Umgebung setzt man meist das direkte Verfahren ein. In einem Nachhall-Schallfeld kommt oft das Vergleichsverfahren zum Einsatz.

  1. Die direkte Methode

Bei dieser Handhabung definiert man eine imaginäre Oberfläche, die das zu prüfende Gerät umgibt. An verschiedenen Stellen der Oberfläche erfolgen Druckmessungen. Im Anschluss wird der räumliche Mittelwert errechnet. Zudem werden Hintergrundgeräusche und andere akustische Einflüsse bereinigt. Wenn der durchschnittliche Schalldruck für die Messfläche bestimmt ist, kann die Schallleistung durch Abstimmung des Zusammenhangs von Oberfläche zur Referenzfläche ermittelt werden. Der Schalldruckpegel entspricht hierbei dem Schallleistungspegel.

  1. Die Vergleichsmethode

Das Verfahren läuft ganz anders ab. Bei der Vergleichsmethode verwendet man eine Referenzschallquelle mit einem stabilen und bekannten Schallleistungspegel. Die Messung des Schalldrucks erfolgt im Testraum mit dem zu prüfenden Gerät sowie mit der Referenzschallquelle. Die Werte des Schallleistungspegels des zu testenden Objekts sind feststellbar, wenn die mit jeder Schallquelle ermittelten Schalldruckwerte verglichen werden.

Schallquellen und ihre Schallleistungspegel – Beispiele

Schallquellen Schallleistung

Ein Presslufthammer erreicht bis zu 120 dB

Die nachfolgenden Schallquellen führen den Pegel in Dezibel (dB) auf.

– Stahltriebwerk: 160 dB
– Sirene: 150 dB

– IMV Shaker K200: 143 dB
– Orchester: 138 dB
– Maschinengewehr: 130 dB
– Presslufthammer: 120 dB
– Klavier: 117 dB
– Bagger: 115 dB
– Motorsäge:, 110 dB
– laute Unterhaltung: W, 90 dB
– Unterhaltung in Zimmerlautstärke:, 70 dB

Normen zur Bestimmung der Schallleistung

Welche Normen nehmen bei der Ermittlung der Schallleistung eine bedeutende Rolle ein? Es existieren zahlreiche Normen für unterschiedliche Arten von Schallquellen. Mithilfe verschiedener Richtlinien kann man bei der Bestimmung der Schallleistungen unterschiedliche Genauigkeiten erreichen. Da es sich hierbei um eine Vielzahl an Regeln handelt, würde eine ausführliche Beschreibung den Rahmen dieses Beitrags sprengen. Deshalb folgt nun ein allgemeiner Überblick über die Normen zur Schallleistungsbestimmung.

  1. Grundnormen für allgemeine Hinweise

Zum einen gibt es sogenannte Grundnormen. Diese Basisprinzipien legen Methoden fest, die zur Ermittlung der Schallleistung für zahlreiche Produktarten in verschiedenen Umgebungen dienen. Daraus resultieren unterschiedliche Genauigkeiten. So geben die Basisnormen lediglich allgemeine Informationen zu den Montage- und Betriebsbedingungen für die zu prüfende Maschine.

  1. Schallprüfungs-Codes für detaillierte Informationen

Neben den Grundnormen besteht die Option, die Schallleistung mit bestimmten Codes zu ermitteln. Spezifische Normen sind für bestimmte Arten von Schallquellen gut geeignet. Mithilfe dieser Codes ist es möglich, detaillierte Anforderungen an die Betriebs- und Montagebedingungen abzuleiten sowie die erforderlichen Grundnormen festzulegen. Wenn es für das zu testende Gerät einen Schallprüfungscode gibt, sollte dieser genutzt werden.

Fehlt der Code für das Produkt, kann man eine Grundnorm verwenden. Die Norm ISO 3740: 2019 gibt einen Überblick über die allgemeinen Normen zur Schallleistungsbestimmung. Um eine passende, spezielle Norm unter Berücksichtigung der Testausrüstung und Testumgebung zu finden, kann man diese ISO-Richtlinie optimal nutzen. Anhand der spezifischen Norm wird die gewünschte Genauigkeit erreicht. Welche Geräte zur Schallleistungsbestimmung ideal geeignet sind, ist abhängig von folgenden Faktoren:

  • von der gewählten Methode
  • vom Testvolumen
  • vom Testumfeld
  • von den Eigenschaften der Schallquelle

Titelbild © uladzimirzuyeu / stock.adobe.com

Beitragsbild © Oleg / stock.adobe.com

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