Schalldruck

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Schalldruck

Definition

Der Schalldruck p ist eine in der zerstörungsfreien Kunststoffprüfung und speziell bei der akustischen Resonanzanalyse und Ultraschallprüfung sehr gebräuchliche physikalische Messgröße und wird in Pascal (Pa) angegeben. Weil die Angabe des Schalldrucks in Pascal ziemlich unpraktisch ist (er überstreicht einen sehr großen Bereich von 10^-5 bis 10² Pa), verwendet man den logarithmischen Schalldruckpegel (kurz Schallpegel). Dieser ist der logarithmierte Effektivwert des Schalldrucks p, der auf den Schalldruck p₀ der menschlichen Hörschwelle bei der Frequenz 1 kHz bezogen ist. Die Angabe des Pegels in dB (Dezibel) ist eingeführt und hat sich in der Praxis bewährt. Der Pegel berechnet sich aus:

$L_{p}\,=\,20\,log{\frac {p}{p_{0}}}$

Hierbei ist

p		der Schalldruck
p0		die Bezugsgröße für den Luftschall ( 2 • 10-5 Pa).

Die Normierung auf eine Bezugsgröße ist notwendig, da der Logarithmus nur von einer dimensionslosen Zahl berechnet werden kann.

Literaturhinweis

• Hertlin, Ingolf: Informationsschriften zur zerstörungsfreien Prüfung – ZfP kompakt und verständlich. Band 5: Akustische Resonanzanalyse. Castell-Verlag GmbH, Wuppertal (2003)

Akustische Schallfeldgrößen

Der Schalldruck (genauer: Schallwechseldruck) p_s ist eine skalare Größe und beschreibt die Änderung des Druckes in einem Medium in Abhängigkeit vom Ort und der Zeit. Er bildet mit dem Normaldruck p₀ (= Luftdruck) den Gesamtdruck:

$P\left({\vec {r}},t\right)\,=\,p_{0}\,+\,p_{s}\,\left({\vec {r}},t\right).$

Der Schalldruck besitzt grundlegende Bedeutung für die Berechnung der Schallreflexion bzw. -transmission von Schallwellen. So ergibt sich z. B. der Reflexionskoeffizient aus dem Schalldruckverhältnis der in den Werkstoff einlaufenden und der reflektierten Welle.
Aufgrund des HUYGENS'schen Prinzips überlagern sich die Elementarwellen in der Umgebung des Schwingers bis zur Ausbildung nur noch eines Interferenzmaximums, welches den Beginn des Schallfernfeldes darstellt, in dem der Schalldruck ~1/z abnimmt (siehe Bild).

Bild:

Abhängigkeit des Schalldrucks vom Ort in Einheiten der Nahfeldlänge N auf der akustischen Achse (nach [1])

Der Schalldruck ist in der Ultraschallprüfung klein gegenüber dem Gesamtdruck, so dass die Dichte im durchschallten Medium als konstant angesehen werden kann und sich damit die Gleichungen zur Berechnung der akustischen Größen, wie Schallgeschwindigkeit und spezifische Dämpfung, vereinfachen [2, 3].

Literaturhinweise

[1]	Deutsch, V.: Platte, M.; Vogt, M.: Ultraschallprüfung – Grundlagen und industrielle Anwendungen. Springer Verlag, Berlin Heidelberg (1997), (ISBN 3-540-62072-9; siehe AMK-Büchersammlung unter M 45)
[2]	Matthies, K. u. a.: Dickenmessung mit Ultraschall. DGZfP, Deutsche Gesellschaft für zerstörungsfreie Prüfung, (Hrsg.), DVS-Verlag, Berlin (1998) 2. erweiterte Auflage (ISBN 3-87155-940-7; siehe AMK-Büchersammlung unter M 44)
[3]	Sutilov, V. A.: Physik des Ultraschalls. Springer Verlag, Wien New York (2012), ISBN 978-3-7091-8751-7; Erstauflage Akademie Verlag, Berlin (1984)