Gehör und Schallmessung

 

Das menschliche Gehör kann Schall im Bereich zwischen 16 Hz und 20 000 Hz wahrnehmen.

Im Alter kann die Wahrnehmungsgrenze auf 5000 Hz sinken. Die höchste Empfindlichkeit hat das menschliche Ohr zwischen 2000 Hz und 5000 Hz. In diesem Feld liegt auch der Hauptsprachbereich. Die Hörschwelle, jener Schalldruck der gerade noch wahrgenommen wird (ca. 3x10-5 Pascal), liegt hier natürlich besonders niedrig. Nebengeräusche können die Hörschwelle wesentlich anheben (Maskierung), ein Effekt welcher z.B. Gespräche bei Umgebungsgeräuschen deutlich erschweren kann.

Anfangs kompliziert erscheinen die Maßeinheiten im Zusammenhang mit Schall.

Gerade das oft erwähnte Dezibel (dB) bedarf einer Erläuterung.

Die physikalische Größe des Schalldruckes ist das Pascal (Pa). Da wie erwähnt das menschliche Gehör je nach Frequenzbereich unterschiedlich empfindlich ist hat sich die Angabe in Pa als unhandlich erwiesen. Es wurde daher die Maßeinheit Schalldruckpegel eingeführt. Die Einheit eines physikalischen Pegels ist das Bel (oft praktikabler der zehnte Teil desselben also das Dezibel oder dB). Streng genommen ist das dB keine physikalische Einheit im eigentlichen Sinn, sondern beschreibt ein Verhältnis zweier physikalischer Größen.

 

Pegel = lg Größe 1/Größe2  

 

Im konkreten Fall (Schalldruckpegel Lp) besteht ein logarithmiertes Verhältnis des tatsächlich gemessenen Schalldruckes (p1) zu einem Referenzwert (p0) welcher mit 2 x 10-5  Pa festgelegt wurde.

 

L_p=10\, \log_{10}\left(\frac{{p_1}^2}{{p_0}^2}ight) \mathrm{dB} = 20\, \log_{10}\left(\frac{p_1}{p_0}ight) \mbox{dB}

 

Wie erwähnt haben aber Schallwellen mit gleichem Schalldruck je nach Frequenz subjektiv sehr unterschiedliche Wahrnehmungen zur Folge. Eine weitere Größe wurde also eingeführt, die Lautstärke. Die Einheit dafür ist das Phon.

Für einen Ton von 1000 Hz ist der Phon- und dB-Wert ident. Davon abweichend gibt der Phonwert jenen Schalldruckpegel an, der notwendig ist, um subjektiv, bei anderer Frequenz, die gleiche Lautstärkenempfindung hervorzurufen. Eingezeichnet in einen Graphen ergeben sich Kurven gleicher Lautstärke, Isophone.

 

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Eine ideale Beschreibung psychoakustischer Zusammenhänge ist aber auch mit der Einheit Phon noch nicht möglich, da der Phonwert nicht direkt proportional zur wahrgenommenen Lautstärke ist. 80 Phon wird zum Beispiel nicht doppelt so laut wie 40 Phon empfunden, sondern 16 mal so laut. Eine Erhöhung von 10 auf 20 Phon ergibt weiters eine Versechsfachung der empfundenen Lautstärke, von 50 auf 60 jedoch nur eine Verdoppelung.

Um einen möglichst linearen Zusammenhang zwischen Skala und empfundener Lautstärke herzustellen wurde eine weitere Größe eingeführt, die Lautheit. Deren Einheit ist das Sone.

Ein Geräusch von 40 phon hat definitionsgemäß die Lautheit 1 sone. Ein doppelt so laut empfundenes Geräusch 2 sone usw. Über 40 phon besteht wiederum ein logarithmischer Zusammenhang zwischen sone und phon.

 

In der Praxis liegen jedoch selten reine Töne (z.B. 1000 Hz) vor. Straßenverkehrslärm besteht aus einer Vielzahl unterschiedlicher Frequenzen.

Die meisten diesbezüglichen Untersuchungen nutzen zur Beschreibung der Lärmbelastung das dB, so auch in den Ausführungen auf dieser Homepage.