Druckstaueffekt

Ein 'Druckstaueffekt tritt auf, wenn Schall an einem Hindernis reflektiert wird und sich mit der eigenen Reflexion überlagert. Das führt zu einer örtlich begrenzten Anhebung des Schalldruckpegels zu hohen Frequenzen hin.

Allgemein

Ein Druckstau tritt immer dann auf, wenn Schall aus frontalen Richtungen auf ein Hindernis trifft, das größer als die Wellenlänge (Lambda λ) des Schallsignals ist.

Der Schall wird dann gleichphasig reflektiert und man erhält dicht vor dem Hindernis eine maximale Erhöhung des Schalldruckpegels um 6 dB, da sich die Amplituden des einfallenden und reflektierenden Schalls gleichphasig (kohärent) addieren.

Die Frequenz, bei welcher der Druckstau eintritt, ist natürlich von der Größe des Hindernisses abhängig.
Sie berechnet sich wie folgt:

Frequenz f, Einheit: Hz = Schallgeschwindigkeit c, Einheit: m/s / Größe des Hindernisses d, Einheit: m

Hier einmal ein Beispiel bei etwa 15 °C (Schallgeschwindigkeit bei 15 °C ist etwa 340 m/s) und einem Hindernis von 30 cm:

$f = c / d \,$

$f = 340 / 0{,}3 \,$

$f = 1{,}133 \ {kHz} \,$

Somit ist der maximale Druckstau bei einer Frequenz von 1,133 kHz erreicht und es kommt in diesem Bereich zu einer Verdopplung des Schalldrucks, was einem Anstieg des Schalldruckpegels um 6 dB entspricht.

Die Abbildungen rechts zeigen, warum es bei Schalleinfall aus frontalen Richtungen zu einem Druckstau kommt. Wenn der Schall schräg einfällt (untere Abbildung), wird er in eine andere Richtung reflektiert und der Druckstau wird geringer. Die häufige Behauptung, der Druckstau sei nur bei genau null Grad Schalleinfall vorhanden, ist falsch.

Auftreten des Druckstaus

folgende Bedingungen gelten:

• Hörbarer Druckstau ab: Lamda = 4 × Hindernis/Membrandurchmesser
  
• max. Druckstau: Lamda = 0,5 × Hindernis/Membrandurchmesser
  
  

Verwendung des Druckstaus in der Tontechnik

Grenzflächenmikrofon

Ein Druckstau kann bei allen Mikrofonen des Types Druckempfänger auftreten. Hier ist das Hindernis die Mikrofonkapsel mit der Membran. Auch hier gilt die Formel: Je größer der Kapseldurchmesser d, desto tiefer liegt die Grenzfrequenz f_c des Druckstaueffektes bei gegebener Schallgeschwindigkeit c.

$f_c = \frac{c}{d}$

Der Effekt ist bei Druckmikrofonen manchmal akustisch oder elektrisch kompensiert, da er nicht immer erwünscht ist.

Eine gezielte Nutzung des Effekts ermöglicht die Sonderbauform des Grenzflächenmikrofons. Hier baut man die kleine Mikrofonkapsel membranflächenbündig in ein flaches Gehäuse ein, das dann an eine Begrenzungsfläche (Fußboden, Wand, …) gelegt wird.
Somit wird das Prinzip des Druckstaus beim Druckempfänger (Mikrofon mit Kugelcharakteristik) durch Einbau in eine große Fläche zu tiefen Frequenzen hin erweitert.

Dieses findet unter anderem Verwendung in der Bass-Trommel, Bassinstrumenten, Flügelaufnahme, Sprachaufnahme, Theater, Stereoaufnahmen (z. B. Grenzflächen in AB-Aufstellung).

Ein Druckstau ist häufig in Diskotheken oder kleineren Clubs wahrzunehmen, wenn man zum Beispiel von der Tanzfläche zu einem der Lautsprecher gegenüberliegenden Wand geht. Dort ist der Bass der Anlage deutlich lauter. Hier ist das Hindernis (die Wand) so groß, dass der Druckstau auch deutlich bei tiefen Frequenzen auftritt.

Literatur

• Thomas Görne: Tontechnik. 1. Auflage, Carl Hanser Verlag, Leipzig, 2006, ISBN 3-446-40198-9
• Thomas Görne: Mikrofone in Theorie und Praxis. 8. Auflage, Elektor-Verlag, Aachen, 2007, ISBN 978-3-89576-189-8
• Horst Stöcker: Taschenbuch der Physik. 4. Auflage, Verlag Harry Deutsch, Frankfurt am Main, 2000, ISBN 3-8171-1628-4

Siehe auch

• Druckmikrofon

Weblinks

• Mikrofone im Kugelschallfeld – fern und nah