Lautstärke, Dezibel, Lautsprecher und menschliches Ohr

Wie laut ist 1 Watt? 

so laut wie etwa 10 Kettensägen in 1 Meter Abstand.

Inhaltsverzeichnis Einleitung Das menschliche Ohr Dezibel Lautsprecher

Zurück zu Lautsprechern.   Was bedeutet es, wenn ein Lautsprecher (genauer: Eine Lautsprecherbox, bestehend aus i.d.R. 2 bis 3 Lautsprechern) z.B mit "100 Watt" und "103 dB/Wm" angegeben ist?  Diese Daten entsprechen einer kleinen bis mittleren Lautsprecherbox im Veranstaltungsbereich.

Die Angabe "103 dB/Wm" ist so zu lesen:

103 Dezibel, kurz db, pro Watt und Meter, also mit einem Watt betrieben, liefert die Box eine Lautstärke von 103 Dezibel in 1 Meter Entfernung. Das ist gemäss der Tabelle auf der vorherigen Seite bereits sehr laute Musik in Diskotheken. Mit 100 Watt betrieben muss man zu den 103 Dezibel noch 20 Dezibel addieren, denn von 1 bis 100 Watt sind es zwei Verzehnfachungen der Leistung, was zwei Verdoppelungen der Schallintensität entspricht, demnach muss man 2 mal 10 = 20 Dezibel addieren.

Die Box liefert also bei Vollbelastung (100 Watt) 123 Dezibel in 1 Meter Entfernung, was der Tabelle etwa 20 Kettensägen in 1 Meter Entfernung entspricht.

Welchen Wirkungsgrad hat nun dieser Lautsprecher, also welchen Anteil der Leistung (gemessen in Watt) setzt er in Schall um (und nicht in Wärme) ?

Laut der Tabelle entsprechen 1 W/m² einer Lautstärke von 120 Dezibel. Wenn diese Lautstärke in 1 Meter Entfernung herrschen soll, dann muss die Schallquelle ungefähr 12,5 Watt abstrahlen, denn die Oberfläche einer Kugel von 1 Meter Radius beträgt 4xPixR²    = 4 x 3,14 x  (1m)² ~12,5 Quadratmeter.

Der Einfachheit runden wir ab auf 10 Quadratmeter bzw. 10 Watt die der Lautsprecher abstrahlen müsste um in 1 Meter Entfernung eine Lautstärke von 120 Dezibel zu erzeugen.

Mit nur 1 Watt erzeugt der Lautsprecher dagegen nur 110 Dezibel in 1 Meter Entfernung, denn von 10 auf 1 Watt sind es Faktor 10, was einem Bel = 10 Dezibel entspricht.

Aus Gründen die zu weit führen würden, liegt der wahre Wert bei 112 Dezibel, also:

Ein Lautsprecher, der 1 Watt an Schallleistung abgibt, erzeugt in 1 Meter Entfernung eine Lautstärke von 112 Dezibel.

Ein "idealer" Lautsprecher mit 100% Wirkungsgrad würde demnach 1 Watt elektrischer Leistung in 1 Watt akustische Leistung umsetzen und in 1 Meter Entfernung eine Lautstärke von 112 Dezibel erzeugen. Dieser Lautsprecher würde angegeben werden mit (hypothetischen) 112 dB/Wm.

Reale Lautsprecherboxen aus dem Veranstaltungsbereich liegen zwischen 99 und 106 dB/Wm.

Reale Lautsprecherboxen aus dem HiFi-Bereich liegen grob bei 92 dB/Wm oder darunter.

102 dB/Wm wäre genau 10% Wirkungsgrad (weil 112 dB/Wm 100% entsprechen).

92 dB/Wm wäre genau 1% Wirkungsgrad (nochmal 10 Dezibel weniger, also den Wirkungsgrad nochmal durch 10 teilen)

--> Typische Wirkungsgrade von HiFi Lautsprecherboxen liegen bei 1% oder darunter, und von Beschallungsboxen im Veranstaltungsbereich bei 10% oder mehr.

Der Grund dieser relativ geringen Wirkungsgrade liegt einerseits darin, das zugunsten der Klangqualität Abstriche gemacht werden müssen, andererseits an der akustischen Fehlanpassung der Materialien Lautsprechermembran und Luft.

Aufgrund der grossen Dichteunterschiede dieser Materialien ist die Energieübertragung zwischen ihnen sehr schlecht.

Man kann dies vergleichen mit einer Hand, die einmal versucht, möglichst viel Luft und einmal möglichst viel Wasser zu bewegen.

Die Energieübertragung der Hand auf das Wasser ist sehr viel besser als auf die Luft, obwohl die Bewegung der Hand (annähernd) die Selbe ist.

Bezogen auf Lautsprechermembrane könnte man sagen:

Die Membran könnte viel mehr akustische Leistung abgeben, aber das Medium Luft macht da nicht mit.

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