Einleitung

Bei Geräuschmessungen, in der Umweltakustik, bei industriellen Prüfungen und in der akustischen Messtechnik gehört der Schalldruckpegel (Sound Pressure Level, SPL) zu den grundlegenden Messgrößen. Auch die dB-Anzeige eines Schallpegelmessers basiert in der Regel auf der Erfassung des Schalldrucks.

Bei der Ausbreitung von Schall in Luft entstehen geringfügige Druckschwankungen. Diese werden als Schalldruck bezeichnet. Da der vom menschlichen Gehör wahrnehmbare Schalldruckbereich außerordentlich groß ist, wäre eine direkte Darstellung ausschließlich in Pascal (Pa) für viele Anwendungen unpraktisch. Deshalb wird in der Akustik eine logarithmische Skala verwendet und der Schalldruck als Pegel in Dezibel (dB) angegeben.

Das Verständnis des Schalldruckpegels ist eine wichtige Grundlage für die Interpretation von Schallpegelmessungen, A- und C-Bewertung, FAST-/SLOW-Zeitbewertung sowie Umweltgeräuschmessungen.

Das Wichtigste im Überblick

● SPL steht für Sound Pressure Level bzw. Schalldruckpegel und wird üblicherweise in dB angegeben;
● Der Schalldruckpegel beschreibt den gemessenen Schalldruck relativ zu einem definierten Bezugs-Schalldruck;
● Für Luftschall wird üblicherweise ein Bezugs-Schalldruck von 20 µPa verwendet;
● Die dB-Skala ist logarithmisch und darf nicht wie eine lineare Skala interpretiert werden;
● Zwei gleich laute, unkorrelierte Schallquellen führen zusammen typischerweise zu einer Pegelerhöhung von etwa 3 dB;
● Frequenzbewertung, Zeitbewertung, Messabstand, Reflexionen und die Eigenschaften des Messgeräts beeinflussen das Messergebnis.

Was ist Schalldruck?

Schalldruck ist die physikalische Grundlage des Schalldruckpegels. Bei der Ausbreitung einer Schallwelle in Luft entstehen Druckschwankungen gegenüber dem statischen Umgebungsdruck. Diese durch Schall verursachten Druckänderungen werden als Schalldruck bezeichnet.

Der Schalldruck wird in Pascal (Pa) angegeben. Bei akustischen Messungen wird üblicherweise der Effektivwert (RMS) des Schalldrucks betrachtet und nicht lediglich ein momentaner Druckspitzenwert.

Der für Menschen wahrnehmbare Schalldruckbereich ist sehr groß. Zwischen einem Schall nahe der Hörschwelle und sehr hohen Schallpegeln können Schalldrücke liegen, die sich um mehrere Millionen unterscheiden.

Um diese große Spannweite übersichtlich darstellen zu können, wird der Schalldruck logarithmisch in einen Schalldruckpegel umgerechnet.

Was ist der Schalldruckpegel (SPL)?

Der Schalldruckpegel ist eine logarithmische Größe, die den Effektivwert des gemessenen Schalldrucks mit einem festgelegten Bezugs-Schalldruck vergleicht.

Die gebräuchliche Formel lautet:

Lp = 20 log₁₀ (p / p₀)

Dabei gilt:

● Lp = Schalldruckpegel in dB;
● p = Effektivwert des gemessenen Schalldrucks in Pa;
● p₀ = Bezugs-Schalldruck;
● log₁₀ = dekadischer Logarithmus.

Für Luftschall wird üblicherweise folgender Bezugs-Schalldruck verwendet:

p₀ = 20 µPa = 0,00002 Pa

20 µPa entsprechen unter definierten Bedingungen ungefähr der menschlichen Hörschwelle bei etwa 1 kHz und dienen deshalb als standardisierte Bezugsgröße für Luftschall.

Entspricht der gemessene Schalldruck genau 20 µPa, gilt:

SPL = 0 dB

0 dB SPL bedeutet daher nicht absolute Stille. Der Wert zeigt lediglich an, dass der gemessene Schalldruck dem festgelegten Bezugs-Schalldruck entspricht.

Warum wird der Schalldruckpegel in dB angegeben?

Das menschliche Gehör deckt einen sehr großen Schalldruckbereich ab. Eine ausschließliche Angabe in Pascal würde daher zu sehr unterschiedlichen und unhandlichen Zahlenwerten führen.

Beispiele:

● 20 µPa entsprechen etwa 0 dB SPL;
● 0,02 Pa entsprechen etwa 60 dB SPL;
● 2 Pa entsprechen etwa 100 dB SPL;
● 20 Pa entsprechen etwa 120 dB SPL.

Durch die logarithmische Dezibelskala lässt sich dieser große Wertebereich wesentlich kompakter darstellen.

Der dB-Wert beschreibt beim Schalldruckpegel somit das logarithmische Verhältnis zwischen dem gemessenen Schalldruck und dem definierten Bezugs-Schalldruck.

Wie hängen Schalldruck und dB zusammen?

Da der Schalldruckpegel logarithmisch berechnet wird, besteht kein linearer Zusammenhang zwischen Schalldruck und dB-Wert.

Für die Schalldruckamplitude gilt:

● Eine Erhöhung auf etwa das 1,414-Fache entspricht ungefähr +3 dB;
● Eine Verdopplung des Schalldrucks entspricht ungefähr +6 dB;
● Eine Verzehnfachung des Schalldrucks entspricht +20 dB;
● Eine Verhundertfachung des Schalldrucks entspricht +40 dB.

Dabei muss zwischen einer Verdopplung der Schalldruckamplitude und dem Betrieb zweier gleicher Schallquellen unterschieden werden.

Verdoppelt sich die Schalldruckamplitude selbst, steigt der Schalldruckpegel um etwa 6 dB. Werden dagegen zwei gleich laute, voneinander unkorrelierte Schallquellen kombiniert, addieren sich ihre mittleren Schallenergien. Der Gesamtpegel liegt dann typischerweise nur etwa 3 dB über dem Pegel einer einzelnen Quelle.

dB-Werte mehrerer Geräuschquellen dürfen deshalb nicht einfach arithmetisch addiert werden.

Welche Schalldruckpegel sind typisch?

Die tatsächlichen Messwerte hängen unter anderem von Messabstand, Raumakustik und Hintergrundgeräusch ab. Die folgenden Angaben dienen daher lediglich als Orientierung.

Diese Werte sind keine Grenzwerte für Lärm oder berufliche Exposition. Für Konformitätsbewertungen sind die jeweils geltenden Vorschriften, Normen und Messverfahren maßgeblich.

Wie hängt SPL mit einem Schallpegelmesser zusammen?

Ein Schallpegelmesser erfasst die durch Schall verursachten Druckschwankungen und verarbeitet das Messsignal, um einen Pegelwert in dB anzuzeigen.

Der grundlegende Messablauf lässt sich folgendermaßen darstellen:

Schall → Mikrofon → elektrisches Signal → Signalverarbeitung → Frequenz-/Zeitbewertung → dB-Anzeige

Das Mikrofon wandelt die Luftdruckschwankungen in ein elektrisches Signal um. Dieses wird anschließend verstärkt, gefiltert, bewertet und mathematisch verarbeitet.

Je nach Geräteeinstellung können beispielsweise folgende Werte angezeigt werden:

● dB SPL: Schalldruckpegel;
● dB(A): A-bewerteter Schallpegel;
● dB(C): C-bewerteter Schallpegel;
● FAST: schnelle Zeitbewertung;
● SLOW: langsame Zeitbewertung.

Eine Angabe wie „65 dB“ allein beschreibt daher eine professionelle Geräuschmessung nicht vollständig. Frequenzbewertung, Zeitbewertung, Messposition und weitere Messbedingungen sollten ebenfalls dokumentiert werden.

Was ist der Unterschied zwischen SPL, dB und dB(A)?

Die Begriffe stehen miteinander in Zusammenhang, haben jedoch unterschiedliche Bedeutungen.

SPL bezeichnet den Schalldruckpegel als akustische Messgröße.

dB steht für Dezibel und ist eine logarithmische Einheit, die nicht ausschließlich in der Akustik verwendet wird. Bei technischen Angaben müssen deshalb die zugrunde liegende Messgröße und der Bezugswert eindeutig sein.

dB(A) bezeichnet einen Schallpegel mit A-Frequenzbewertung. Dabei werden unterschiedliche Frequenzanteile entsprechend einer standardisierten Bewertungskurve gewichtet. Diese Bewertung wird häufig bei Umwelt- und Lärmmessungen eingesetzt, bei denen die menschliche Hörwahrnehmung berücksichtigt werden soll.

SPL bezeichnet somit die Messgröße, dB die verwendete logarithmische Einheit und dB(A) zusätzlich die angewandte A-Frequenzbewertung.

Warum kann derselbe Schall unterschiedliche SPL-Werte ergeben?

Der Schalldruckpegel ist kein unveränderlicher Kennwert einer Schallquelle. Derselbe Prüfling kann unter unterschiedlichen Messbedingungen verschiedene Werte ergeben.

● Messabstand: Im angenäherten Freifeld nimmt der Schalldruckpegel mit zunehmendem Abstand von einer punktförmigen Quelle ab. Unter idealen Bedingungen führt eine Verdopplung des Abstands zu einer Abnahme von etwa 6 dB.
● Messrichtung: Viele Schallquellen besitzen eine ausgeprägte Richtcharakteristik.
● Reflexionen: Wände, Boden, Decken, Maschinen und andere große Flächen können Schall reflektieren und das Schallfeld verändern.
● Hintergrundgeräusch: Liegt der Pegel der zu untersuchenden Quelle nahe am Hintergrundpegel, erfasst das Messgerät das resultierende Gesamtschallfeld.
● Frequenzbewertung: A-, C- und andere Bewertungen gewichten Frequenzanteile unterschiedlich.
● Zeitbewertung: FAST und SLOW reagieren unterschiedlich schnell auf Pegeländerungen.
● Messgerät: Frequenzgang des Mikrofons, Dynamikbereich, Linearitätsbereich, Geräteklasse und Kalibrierzustand können das Ergebnis beeinflussen.

Für vergleichbare Messergebnisse sollten Messposition, Abstand, Geräteeinstellungen und akustische Bedingungen möglichst identisch sein.

Was ist bei der Messung des Schalldruckpegels zu beachten?

Für zuverlässige und reproduzierbare Ergebnisse sind kontrollierte Messbedingungen entscheidend.

● Eine zum Messzweck passende Frequenzbewertung, beispielsweise A oder C, wählen;
● FAST oder SLOW entsprechend dem zeitlichen Verhalten des Geräuschs einstellen;
● Mikrofonposition, Höhe, Ausrichtung und Abstand zur Schallquelle entsprechend der Messvorgabe festlegen;
● Unnötige Abschattung und Reflexionen durch Personen, Wände oder große Gegenstände vermeiden;
● Messbereich, Mikrofon und Batteriezustand vor der Messung kontrollieren;
● Bei höheren Genauigkeitsanforderungen vor und nach der Messung eine Kontrolle mit einem akustischen Kalibrator durchführen;
● Messabstand, Umgebungsbedingungen, Frequenzbewertung, Zeitbewertung und Messzeit dokumentieren;
● Bei normativen, arbeitsplatzbezogenen oder offiziellen Messungen die jeweils vorgeschriebenen Geräteklassen und Messverfahren beachten.

FAQ

In welcher Einheit wird SPL angegeben?
Der Schalldruckpegel wird üblicherweise in Dezibel (dB) angegeben. Für Luftschall wird in der Regel ein Bezugs-Schalldruck von 20 µPa verwendet.

Bedeutet 0 dB SPL absolute Stille?
Nein. 0 dB SPL bedeutet, dass der gemessene Schalldruck dem Bezugs-Schalldruck von 20 µPa entspricht.

Wie stark steigt SPL bei einer Verdopplung des Schalldrucks?
Eine Verdopplung der Schalldruckamplitude führt zu einer Erhöhung des Schalldruckpegels um etwa 6 dB.

Verdoppelt sich der dB-Wert bei zwei gleichen Geräuschquellen?
Nein. Bei zwei gleich lauten und unkorrelierten Quellen steigt der Gesamtpegel typischerweise um etwa 3 dB. Zwei unabhängige Quellen mit jeweils 70 dB ergeben beispielsweise ungefähr 73 dB und nicht 140 dB.

Sind SPL und dB(A) identisch?
Nein. SPL bezeichnet den Schalldruckpegel, während dB(A) ausdrücklich einen mit A-Frequenzbewertung ermittelten Pegel kennzeichnet.

Warum verändert sich SPL mit dem Messabstand?
Der Schalldruck nimmt mit zunehmender Entfernung von der Quelle ab. Im angenäherten Freifeld reduziert eine Verdopplung des Abstands zu einer punktförmigen Quelle den Pegel typischerweise um etwa 6 dB. Reflexionen, Richtcharakteristik und Umgebung können zu Abweichungen führen.

Fazit

Der Schalldruckpegel (SPL) gehört zu den grundlegenden Größen der akustischen Messtechnik. Er beschreibt den gemessenen Schalldruck im Verhältnis zu einem definierten Bezugs-Schalldruck und wird üblicherweise in Dezibel angegeben. Für Luftschall dient 20 µPa als gebräuchlicher Bezugswert.

Für die Interpretation von Messwerten ist die logarithmische dB-Skala entscheidend: Eine Verdopplung der Schalldruckamplitude entspricht ungefähr +6 dB, während zwei gleich laute, unkorrelierte Schallquellen zusammen typischerweise eine Erhöhung um etwa 3 dB bewirken.

In der Praxis hängen Messergebnisse zusätzlich von Messabstand, akustischer Umgebung, Frequenz- und Zeitbewertung sowie den Eigenschaften des Messgeräts ab. Für aussagekräftige Ergebnisse sollten deshalb neben dem dB-Wert auch Messposition, Geräteeinstellungen und relevante Prüfbedingungen dokumentiert werden.