Alles über Lautstärke

Was ist Lautstärke?

Unter Lautstärke versteht man das subjektive Empfinden von Schalldruck. Jeder Mensch hat ein anderes Empfinden von Lautstärke, wodurch sich die Lautstärke nicht objektiv messen lässt. Die Lautstärke eines akustischen Geräusches oder Signals ist somit relativ.

Physikalisch messbar hingegen ist der Schalldruck, welcher in Schallpegel umgerechnet und weiterführend in Dezibel (dB) angeführt wird. Die zweite Messgröße ist Hertz, welche die Anzahl der Luftdruckschwankungen pro Sekunde misst.

Da jedoch Töne mit gleichen Schallpegel, aber unterschiedlichen Frequenzen nicht als gleich laut empfunden werden, gibt es noch die subjektiven Messgrößen der Lautstärke: phon und sone.

Die folgenden Absätze erklären die Unterschiede und Zusammenhänge der wichtigsten Begriffe über Lautstärke.

Der Pegel der Schallintensität: das Dezibel

Die wahrnehmbare Schallintensität nimmt Werte in einem extrem breiten Bereich an, der von 10-12 W.m-2 bis 10 W.m-2 reicht, was einem Faktor von 1013 (10 000 Milliarden !) zwischen der unteren und der oberen Grenze entspricht.

Um eine einfachere und aussagekräftigere Größenskala zu verwenden, wird der Schallintensitätspegel wie folgt definiert:

Diese Größe wird mit L bezeichnet, in Dezibel mit dem Symbol dB ausgedrückt und aus der folgenden Beziehung errechnet.

• mit L dezibel (dB)
• I in W.m-2
• I0 = 10-12 W.m-2

Die Beziehung zwischen der Schallintensität und dem Schallpegel in Dezibel wird also durch ein logarithmisches Gesetz geregelt, dementsprechend:

• Wenn man die Schallintensität verdoppelt, wird der Schallintensitätspegel nicht verdoppelt. Jedoch:

• also nach den Operationsregeln des Logarithmus

  

  woraus

  

  oder

  

  Eine Verdoppelung der Lautstärke ist also gleichbedeutend mit einer Erhöhung des Schallintensitätspegels um 3 Dezibel.
  Gleiche Beobachtung, wenn man die Schallintensität halbiert, sinkt der Schallintensitätspegel um 3 Dezibel.

Was ist die Tonfrequenz?

Die Schwingungen einer Schallwelle pro Sekunde bezeichnet man als „Tonfrequenz“. Als Maßeinheit wird Hertz (Hz) verwendet. Höhere Tonfrequenzen haben, im Gegensatz zu tieferen Tönen, höhere Hertzzahlen.

Was ist der Schalldruck?

Jede Geräuschquelle entsendet Schallwellen, welche in der Luft Wellen mit hohem und niedrigem Druck erzeugen. Diese Luftdruckschwankungen bringen das menschliche Trommelfell zum Schwingen, wodurch der Schall vom Menschen gehört wird. Wie laut einer Person die entsendeten Schallwellen wahrnimmt, ist individuell und somit nicht objektiv messbar.

Die erzeugten Druckschwankungen, die aufgrund von Schallwellen entstehen, lassen sich jedoch physikalisch messen. Druck wird in Pascal gemessen. Basierend auf dem erzeugten Schalldruck, kann die Einheit Dezibel hergeleitet werden.

WAS SIND SCHALLWELLEN?

Schallwellen sind Längswellen, die dafür sorgen, dass wir Geräusche hören können. Sie breiten sich von ihrer Schallquelle (zB in Form von Druckwellen) aus. Menschen können Töne in einem Frequenzbereich von 16 bis 20.000 Hz hören. Frequenzen unter 20 Hz werden meist nicht wirklich gehört, sondern eher gefühlt.

WAS IST DER SCHALLDRUCKPEGEL?

Der Schalldruckpegel ist das Maß für die Lautstärke. Das menschliche Gehör kann einen Schalldruckbereich von 0.00002 Pascal (Pa) bis ungefähr 20 Pa wahrnehmen. Letzteres ist bereits die obere Hörgrenze, auch „Schmerzgrenze“ aufgrund des hohen Schalldrucks genannt. Der kleinste gerade noch hörbare Schalldruck ist ein Ton mit einer Lautstärke von 1 kHz.

Mit der folgenden Formel lässt sich der Schalldruck berechnen:

Schallpegel L = 20 x log₁₀(p/p0)

p: Effektiver Schalldruck [Pa]

p0: Bezugsschalldruck (p0 = 0.00002 Pa)

LAUTSTÄRKE UND LAUTHEIT

Töne können einen gleichen Schallpegel aber eine unterschiedliche Frequenz haben. In solchen Fällen werden diese Töne auch unterschiedlich laut wahrgenommen. Daher muss, neben Schalldruck und Schalldruckpegel auch die Lautstärke als rein subjektive Größe messbar sein. Die Maßeinheit dazu ist das Phon (bzw. Fon). Diese Maßeinheit bezieht sich auf die Schallintensität von 10^-16 W/c² bei einer Frequenz von 1.000 Hertz. Das entspricht einem Schalldruckpegel von 2 x 10^-10 bar.

1 phon = 10 lg (I₁/10^-16 W/c²)

Unterschiedliche Lautstärken in Phon

Unterschiedliche Lautstärken in Phon und Sone

Die psychoakustische Maßeinheit für die subjektive Lautheit N eines Schallereignisses ist das Sone. Bei 1000 Hz Sinus entspricht ein Sone 40 Phon oder 40 Dezibel.

Womit misst man die Lautstärke?

Das Maß für die Lautstärke ist der Schalldruckpegel, der in Dezibel angegeben wird. Die Lautstärke bzw. die Stärke des Schallpegels wird mit einem Schallpegelmesser (auch Phonometer genannt) gemessen. Schallpegelmesser werden unter anderem zur Bewertung von Fluglärm oder auch Maschinenlärm angewendet.

Ein Schallpegelmesser besteht aus einem Mikrofon mit Vorverstärker zur Messung, einer Auswerteeinheit und einer digitalen oder bei älteren Modellen mit einer analogen Anzeige. Über das Messmikrofon wird der Schalldruck in eine analoge elektrische Spannung umgewandelt, über den Vorverstärker wird diese Spannung dann in den Arbeitsbereich des Detektors und der Anzeige gebracht.

Schallpegelmesser

Was ist Dezibel (dB)?

Zur Messung von Schallintensität und anderen physikalischen Größen wird die Einheit Dezibel (dB) verwendet. Dezibel ist ein Zehntel der Hilfsmaßeinheit Bel, welche nach dem Erfinder Alexander Graham Bell benannt wurde. Jener Wert, der in Dezibel angegeben wird, ist der Schalldruckpegel oder auch Schallpegel genannt. Abgekürzt wird der Schalldruckpegel mit Lp (Level Pressure), Dezibel mit den Buchstaben dB.

WIE BERECHNET MAN DEN SCHALLDRUCK IN DEZIBEL?

Zur Berechnung von Dezibel einer Geräuschquelle sind zunächst zwei grundlegende Werte voraussetzend:

• Der Wert der Hörschwelle
• Der Schalldruck der Geräuschquelle

Die menschliche Hörschwelle liegt bei 20 Mikropascal. Die Hörschwelle ist jener Wert, der gerade noch ein hörbares Geräusch erzeugt, wie zum Beispiel das Aufkommen einer Feder auf dem Boden. Schwankt also der Umgebungsdruck um mindestens 20 Mikropascal, können wir etwas hören.

Um die Dezibel einer Geräuschquelle zu berechnen, müssen die Hörschwelle und der Schalldruck der Geräuschquelle ins Verhältnis gesetzt werden. Als Referenzpunkt für den Schalldruckpegel in Dezibel (dB SPL) dient der niedrigste Schalldruck, den das menschliche Ohr hören kann.

Von dem Ergebnis wird anschließend die Zehnerpotenz ermittelt und das Verhältnis wird quadriert. Als Ergebnis erhalten wir einen Wert in Bel. Das Zehntel von diesem Wert ist der Schalldruckpegel, angegeben in Dezibel.

Maximaler Schalldruckpegel verschiedener Geräusche im Vergleich

Flüstern hat einen höheren Schalldruckpegel als ein tropfender Wasserhahn. Beim Flüstern liegt der Lautstärkepegel zwischen 30 und 40 dB, während ein tropfender Wasserhahn einen Lautstärkepegel von 20 dB aufweist. Ein leises Radio ist ungefähr genauso laut, wie ein moderater Regenschaue und eine normale Unterhaltung liegt mit einem Lautstärkepegel von bis zu 69 dB gar nicht so weit von dem Schalldruckpegel eines Staubsaugers, 70-80dB, entfernt. Die Lautstärke des Presslufthammers wird zum Beispiel von dem eines Rockkonzerts (110-120dB) übertroffen.

Akustische Signalgeräte

BEDEUTET DOPPELT SO VIEL DEZIBEL AUCH DOPPELTE LAUTSTÄRKE?

Eine Steigerung des Schalldrucks von 3 dB bedeutet eine Verdoppelung der Schallenergie, aber erst eine Steigerung um 10 dB wird vom menschlichen Ohr als Verdoppelung der Lautstärke empfunden. Das Hörempfinden funktioniert also logarithmisch.

Neben der absoluten Lautstärke eines Signals beeinflusst auch die Entfernung zwischen dem Schallgeber und dem Menschen die empfundene Lautstärke. Bei einer Verdopplung der Entfernung nimmt der Schalldruck um 6 dB ab. Das Signal wird dann ungefähr um ein Viertel leiser empfunden. Die folgende Reichweitentabelle dient Ihnen als Grundlage, um den Schallpegel abzuschätzen.

Umweltfaktoren wie Windgeschwindigkeit, Windrichtung, Luftfeuchtigkeit und Wetterbedingungen spielen bei akustischen Signalen allerdings auch eine Rolle, weshalb es sich um Richtwerte handelt.

Akustische Signalgeräte von Auer Signal liegen im Bereich zwischen 60 dB und 120 dB.