Grundlagen der Elektroakustik

Schall und Elektroakustik

Schall ist eine mechanische Schwingung, die sich in festen Körpern, Wasser oder Gas (Luft) ausbreitet. Technisch sind die Schwingungen periodische Druckschwankungen, die durch eine Schallquelle (z.B. einen Sprecher) verursacht werden. Bei Schallwellen im für den Menschen hörbaren Frequenzbereich sprechen wir von Akustik. Wird der Schall in elektrische Signale umgewandelt oder umgekehrt, verstärkt, gespeichert oder übertragen, sprechen wir von Elektroakustik.

Schalldruck

Die Stärke der Druckschwankungen wird Schalldruck genannt und hat die physikalische Einheit Pascal. In der Praxis ist jedoch der Umgang mit Pegeln in Dezibel vorteilhafter, deshalb arbeitet man mit dem Schalldruckpegel, der die Hörschwelle von 20 μPa (Mikropascal) zum Bezug hat. Dadurch sind die Dezibel-Werte (dB SPL) eindeutig und lassen sich miteinander vergleichen.

Raumakustik

Die Raumakustik beschäftigt sich mit den Auswirkungen baulicher Gegebenheiten eines Raumes auf die Akustik. Diese hat einen großen Einfluss darauf, wie der Besucher einen Raum wahrnimmt und spielt daher auch für elektroakustische Anlagen eine wesentliche Rolle.

Ausbreitung von Schall

Von einer Schallquelle ausgehend breitet sich der Schall strahlenförmig aus. Ein Teil der Schallwellen erreicht den Zuhörer direkt, ein Teil wird von den Wänden, der Decke und dem Boden reflektiert, ein Teil wird je nach Ausstattung des Raumes absorbiert.

Direkter und indirekter Schall, Störschall

Durch den Direktschall kann das menschliche Gehör Schallquellen lokalisieren, weil dieser das Ohr zuerst erreicht (Gesetz der ersten Wellenfront). Dank des indirekten Schalls, der auch als Hall bezeichnet wird, kann das menschliche Gehör die Größe des Raumes und dessen Beschaffenheit wahrnehmen. Er wird auch als Diffussschall bezeichnet, da er im Allgemeinen statistisch überall im Raum gleich verteilt ist. Unter Störschall wiederum werden alle Schallereignisse verstanden, die einen störenden Einfluss auf die Verständlichkeit nehmen.

Nachhallzeit und Sprachverständlichkeit

Charakteristisch für direkten Schall ist, dass er beim Abschalten der Klangquelle schlagartig verschwindet, während indirekter Schall noch für kurze Zeit als Nachhall im Raum verbleibt. Die Nachhallzeit ist definiert als die Zeit, die vergeht, bis der Schalldruckpegel um 60 dB gesunken ist.
Die Nachhallzeit ist eng verknüpft mit der Sprachverständlichkeit. Wenn der reflektierte Schall den direkten Schall überwiegt und schnell genug abklingt, kann das bei Musikdarbietungen als angenehm empfunden werden. Bei einer Sprachübertragung allerdings führt der Nachhall dazu, dass die Verständlichkeit abnimmt. Grundsätzlich gilt daher, dass mit zunehmender Nachhallzeit die Sprachverständlichkeit schlechter wird. Deshalb ist es bei langer Nachhallzeit entscheidend, möglichst viel Direktschall aus den Lautsprechern zu den Zuhörern zu bringen und den Nachhall so wenig wie möglich anzuregen.

Die Anwendernormen schreiben unter Anderem vor, dass eine Durchsage durch ein Sprachalarmierungssystem mindestens 10 dB über dem Störschallpegel liegen muss. Liegt der Störschallpegel bei 70 dB, muss der Lautsprecher mindestens 80 dB im zu beschallenden Bereich erzeugen.

Um den Grad der Sprachverständlichkeit auszudrücken, wird am häufigsten der „Speech Transmission Index“ (STI) mit einer Skala von 0 bis 1 verwendet. Der Mindestwert für elektroakustische Notfallwarnsysteme muss nach den in Deutschland gültigen Anwendungsnormen VDE 0833-4 und VDE 0828 bei STI 0,5 oder höher liegen.

STI-Wert
0,00 – 0,30 schlecht
0,30 – 0,45 schwach
0,45 – 0,60 angemessen
0,60 – 0,75 gut
0,75 – 1,00 ausgezeichnet