Der Schalldruckpegel ( und oft mit SPL abgekürzt) ist der dekadische Logarithmus des quadratischen Verhältnisses zwischen dem Effektivwert des gemessenen Schalldrucks und seinem in der Akustik gebräuchlichen Bezugswert von 20 µPa.
Er gehört zu den Schallfeldgrößen. Häufig wird der Schalldruckpegel, obwohl dann physikalisch nicht eindeutig, auch einfach Schallpegel genannt.
Definition Der Schalldruckpegel Lp (Formelzeichen L von engl. ; mit Index p von engl. ) beschreibt das logarithmierte Verhältnis des quadrierten Effektivwertes des Schalldrucks (Formelzeichen mit der Einheit Pa für Pascal) eines Schallereignisses zum Quadrat des Bezugswerts p0. Das Ergebnis wird mit der Hilfsmaßeinheit Dezibel gekennzeichnet. .
mini|hochkant=0.7|Älteres Schalldruckpegelmessgerät mit numerischer Anzeige; vorne das Messmikrofon Der Bezugswert für Luftschall wurde Anfang des 20. Jahrhunderts auf p0 = 20 μPa = festgelegt. Dieser Schalldruck wurde für die Hörschwelle des menschlichen Gehörs bei der Frequenz 1 kHz gehalten. Zwar stellte sich später heraus, dass dieser Wert für 1 kHz etwas zu niedrig angesetzt war, als Referenzwert wurde er aber beibehalten. Für die Angabe eines Schalldruckpegels in Wasser und anderen Medien ist ein Bezugswert von 1 μPa festgelegt. Als Pegelgröße kann der Schalldruckpegel sowohl positive (Schalldruck ist größer als Bezugswert) als auch negative (Schalldruck ist kleiner als Bezugswert) Werte annehmen. Negative Werte kommen jedoch in der Praxis äußerst selten vor.
Messung Der Schalldruckpegel wird mit Mikrofonen gemessen. Der messbare Pegelbereich beginnt nicht wesentlich unter 0 dB und endet bei einer Größenordnung von etwas über 180 dB.
Die Obergrenze liegt darin begründet, dass die Gesetze der linearen Akustik nur anwendbar sind, wenn die Luftdruckschwankungen deutlich kleiner sind als der Atmosphärendruck. Die durch die Druckschwankungen der Luft erzeugten adiabatischen Zustandsänderungen und somit die Beziehungen zwischen den Schallfeldgrößen verhalten sich nur dann linear.
Genau genommen wird durch das Mikrofon nicht der Schalldruckpegel gemessen, sondern der Effektivwert des Schalldrucks. Aus diesem wird dann der Schalldruckpegel in dB berechnet. Schallpegelmessgeräte übernehmen diese Umrechnung automatisch und zeigen den Pegel auf ihrem Display an.
Die Richtcharakteristik von Messmikrofonen zur Schalldruckbestimmung ist im Allgemeinen kugelförmig. Für so genannte binaurale Tonaufnahmen werden Kunstköpfe verwendet. Von einem binauralen Schalldruckpegel spricht man, wenn aus den beiden Schalldruckpegeln des linken und des rechten Ohrs ein Gesamtpegel gebildet wird. Für diese Größe hat sich in der Psychoakustik die Bezeichnung BSPL () etabliert. Die Bildung des BSPL wird gemäß dem sogenannten 6-dB-Lautheits-GesetzD. W. Robinson und L. S. Whittle, Acustica, Vol. 10 (1960), S. 74–80. nach folgender Formel durchgeführt:
In dieser, nur im Diffusfeld geltenden Formel stehen die Größen Ll und Lr für die Schalldruckpegel, die am linken bzw. am rechten Kunstkopfohr gemessen werden.
Wahrnehmung durch den Menschen Der Schalldruckpegel ist eine technische und keine psychoakustische Größe. Ein Rückschluss von Schalldruckpegel auf die wahrgenommene Empfindung Lautheit ist nur sehr eingeschränkt möglich. Ganz allgemein lässt sich sagen, dass eine Erhöhung bzw. Senkung des Schalldruckpegels tendenziell auch ein lauter bzw. leiser wahrgenommenes Schallereignis hervorruft. Oberhalb eines Lautstärkepegels von 40 phon (bei einem 1-kHz-Sinuston entspricht dies einem Schalldruckpegel von 40 dB) folgt die Lautheitsempfindung dem Stevensschen Potenzgesetz und ein Unterschied von 10 phon wird als Verdopplung der Lautheit wahrgenommen.
Die Erkennbarkeit von Schalldruckpegeländerungen ist vom Ausgangspegel abhängig.
Hohe Schalldruckpegel verursachen Unbehaglichkeit und Schmerzempfindungen. Die Unbehaglichkeitsschwelle hängt stark von Art und Herkunft des Geräusches bzw. Lärms ab; die Schmerzschwelle liegt je nach Frequenzzusammensetzung des Geräusches zwischen 120 dB und 140 dB. Ist das Gehör Schalldrücken im Bereich der Schmerzschwelle ausgesetzt, sind bleibende Hörschäden selbst bei nur kurzer Einwirkzeit zu erwarten. mini|hochkant=1.2|Wahrnehmung: Kurven gleicher Lautstärke nach geltender ISO 226 (2003) (rot) und 40-phon-Kurve der ursprünglichen Norm (blau)
Bewertete Messung Die Abhängigkeit von wahrgenommener Lautstärke und Schalldruckpegel ist stark frequenzabhängig. Diese Frequenzabhängigkeit ist selbst wiederum schalldruckpegelabhängig, was bedeutet, dass für unterschiedliche Pegel unterschiedliche Frequenzabhängigkeiten bestehen. Sollen Aussagen über die Wahrnehmung eines Schallereignisses gemacht werden, muss daher das Frequenzspektrum des Schalldrucks betrachtet werden – es findet eine Frequenzbewertung statt, die mit Buchstaben A bis G bezeichnete Filter einsetzt, die dieses pegel- und frequenzabhängige Empfinden berücksichtigen.
Darüber hinaus hat der zeitliche Verlauf einen Einfluss auf die Wahrnehmung. Dem wird mit der Bewertung der Spitzenwerte Rechnung getragen.
Um die wahrgenommene Lautstärke quantifizieren zu können, existieren die Größen bewerteter Schalldruckpegel, Lautstärkepegel und Lautheit. Lautstärkepegel (Maßeinheit Phon) und Lautheit (Maßeinheit sone) sind psychoakustische Größen, beschreiben also die Wahrnehmung von Schall durch den Menschen, nicht aber dessen physikalische Eigenschaften. Die Definition solcher Größen ist nur durch psychoakustische Experimente (Hörversuche) möglich. Der bewertete Schalldruckpegel ist wiederum eine vereinfachte Darstellung, die aus diesen Erkenntnissen abgeleitet wurde: Der bewertete Schalldruckpegel wird ermittelt, indem ein gemessenes Spektrum im Frequenzbereich in schmalbandige Teile zerlegt wird und diese entsprechend der Frequenzabhängigkeit der Wahrnehmung gewichtet („bewertet“) werden. Durch energetische Aufsummierung dieser gewichteten Teilpegel ergibt sich dann der bewertete Gesamtpegel. Um diesen als solchen zu kennzeichnen, wird das jeweils verwendete Frequenzfilter hinter der dB-Angabe in Klammern ergänzt, z. B. „35 dB(A)“ bei Anwendung des A-Filters.
Die Frequenzfilter gehen dabei grob vereinfachend von gleicher und konstanter Lautheit jeder im Schall enthaltenen Frequenzgruppe aus. Die Frequenzgruppen werden wiederum durch Terzbänder approximiert und für diese Terzbänder werden die für sinusoidale Einzeltöne ermittelten Isophone (Kurven gleicher Lautstärke) verwendet. Zudem wurden bei der Definition der Gewichtungskurven Isophone genutzt, die sich später als im tieffrequenten Bereich wenig korrekt herausgestellt haben. Dies führte im Jahre 2003 sogar zu einer Neuausgabe der ISO 226 mit deutlich veränderten Kurven; die standardisierten Gewichtungskurven, insbesondere die für die zumeist genutzte A-Bewertung wurden jedoch beibehalten. Der bewertete Schalldruckpegel leistet also eine psychoakustisch deutlich fehlerbehaftete, aber dennoch brauchbare und standardisierte Berücksichtigung der Frequenzabhängigkeit der menschlichen Lautstärkewahrnehmung und ist für akustische Grenzwerte in nahezu jeder gesetzlichen Bestimmung und jedem Standard maßgeblich. Welches Frequenzfilter (A, B, C oder D) sinnvollerweise verwendet wird, hängt vom Pegel des Gesamtgeräuschs ab, da bei jedem dieser Filter eine andere Isophone als Grundlage dient. Unabhängig vom vorliegenden Gesamtpegel hat sich allerdings überwiegend der A-Pegel durchgesetzt; bezüglich dieser Frage bestehen jedoch auch nationale Unterschiede. Digitale Schallpegelmessgeräte können in der Regel auch die psychoakustischen Größen Lautheit und Lautstärkepegel anzeigen. Diese beiden Werte werden dafür ständig aus dem gemessenen Spektrum errechnet.
Dauerschallpegel Als äquivalenter Dauerschallpegel wird der über die Messzeit gemittelte Schalldruckpegel bezeichnet. Der äquivalente Dauerschallpegel wird in der Regel zur Ermittlung des bewerteten Schalldruckpegels genutzt.
Es wird zwischen folgenden Mittelungen unterschieden: Energieäquivalente Mittelung nach DIN 45 641 () Mittelung nach DIN 45 643 entsprechend dem Fluglärmgesetz (). In diese Mittelung fließen Häufigkeit, Dauer und die Stärke der einzelnen Fluglärmschallereignisse ein.
Schalldruckpegel und Schalldruck diverser Schallquellen Situation bzw. Schallquelle Entfernung von Schallquelle bzw. Messort Schalldruck (Effektivwert) unbewerteter Schalldruckpegel Lp Lautest mögliches Geräusch Umgebungsluftdruck 101 325 Pa 194 dB Düsenflugzeug 30 m 630 Pa 150 dB Gewehrschuss 1 m 200 Pa 140 dB Schmerzschwelle am Ohr 100 Pa 134 dB Gehörschäden bei kurzzeitiger Einwirkung am Ohr ab 20 Pa 120 dB Kampfflugzeug 100 m 6,3–200 Pa 110–140 dB Drucklufthammer / Diskothek 1 m 2 Pa 100 dB Gehörschäden bei langzeitiger Einwirkung am Ohr ab 360 mPa 85 dB Hauptverkehrsstraße 10 m 200–630 mPa 80–90 dB Pkw 10 m 20–200 mPa 60–80 dB Fernseher auf Zimmerlautstärke 1 m 20 mPa 60 dB Sprechender Mensch (normale Unterhaltung) 1 m 2– 20 mPa 40–60 dB Sehr ruhiges Zimmer am Ohr 200–630 μPa 20–30 dB Blätterrauschen, ruhiges Atmen am Ohr 63,2 μPa 10 dB Hörschwelle bei 2 kHz am Ohr 20 μPa 0 dB
Bei höheren Schalldruckpegeln kommt es zu Verzerrungen, da die Temperatur des Mediums durch adiabatische Kompression druckabhängig wird. Druckmaxima breiten sich dann schneller als die Druckminima aus, weshalb sinusoide Modulationen bei höheren Schalldruckpegeln zunehmend sägezahnförmig verzerren. Bei besonders hohen Schalldrücken spricht man von Stoßwellen.
Abhängigkeit vom Messort Bei Immissionsmessungen wird der Schalldruckpegel an dem Ort gemessen, an dem er auf den Menschen einwirkt. Ein Beispiel ist die Messung des Schalldruckpegels in einem Haus, das sich in der Einflugschneise eines Flughafens befindet. Bei Immissionsmessungen sind die Anzahl der vorhandenen Schallquellen sowie deren Abstand vom Messpunkt unerheblich. Meist wird hier der Dauerschallpegel (siehe oben) bestimmt, da sich die Lärmbelastung ständig über die Zeit ändert und ansonsten jede Messung zu einem anderen Ergebnis käme.
Bei Emissionsmessungen wird hingegen untersucht, welchen Schall eine bestimmte Schallquelle verursacht (z. B. eine Waschmaschine). Da der Schalldruckpegel wesentlich von der Entfernung zur verursachenden Schallquelle abhängt, ist bei Emissionsmessungen neben der Angabe des gemessenen Schalldruckpegels unbedingt auch die der Entfernung r erforderlich, in der die Messung durchgeführt wurde. Zudem muss die Messung in einem reflexionsarmen Raum (umgangssprachlich auch „schalltoter Raum“) durchgeführt werden. Ansonsten beeinflusst der Raum das Messergebnis in einer mehr oder weniger zufälligen Art und Weise, je nach Beschaffenheit, Größe und Geometrie des Raums und auch abhängig von der Position des Abstrahlers und der Mikrophone innerhalb des Raums.
Als Alternative zur Angabe eines Schalldruckpegels in einer bestimmten Entfernung wird oft der Schallleistungspegel angegeben. Er gibt die gesamte, in alle Richtungen abgestrahlte Schallleistung der betreffenden Quelle an und ist unabhängig vom Abstand. Somit können Schallleistungspegel von verschiedenen Abstrahlern direkt verglichen werden, zum Beispiel von verschiedenen Modellen einer Maschine. Der Schallleistungspegel wird bestimmt, indem mehrere Mikrophone auf einer gedachten Kugelfläche mit bekanntem Radius um den Prüfling herum angeordnet werden und aus den gemessenen Schalldrücken unter Berücksichtigung des Kugelradius die Gesamt-Schallleistung berechnet wird. Auch diese Messung muss in einem reflexionsarmen Raum durchgeführt werden oder alternativ in einem echten Freifeld, also unter freiem Himmel in einer geräuschfreien Umgebung und möglichst bei Windstille.