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Wie wirkt Schall?

Die Geräusch­be­wer­tung fasst Physik und Menschen in Zahlen.


Die Qualität eines Produktes hinsicht­lich seiner Geräusch­emis­sion wird meist durch den dB(A)-Wert bestimmt. Damit ist der Schall­druck­pegel gemeint, den eine akus­ti­sche Quelle in einem gewissen Abstand erzeugt. Lärm­be­las­tung kann in Abhän­gig­keit von der Höhe der Wech­sel­drücke, aus denen der Schall­druck­pegel ermit­telt wird, zu einer leichten Minde­rung geis­tiger Leis­tungs­fä­hig­keit bis hin zu Schmerz und Bewusst­lo­sig­keit führen.

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Abb. 1: Die Kurven zeigen, wie viel Schall­druck nötig ist, damit Menschen Schall uniform wahr­nehmen.

Hinter dB(A) verbirgt sich auch ein Bewer­tungs­ver­fahren für akus­ti­sche Messungen, das die Frage „Wie wirkt Schall auf den Menschen?“ beant­worten soll. Diese Frage beschäf­tigt Wissen­schaftler seit Jahr­zehnten, aber zuneh­mend auch Inge­nieure. Folgende Erkennt­nisse wurden beispiels­weise in psycho­akus­ti­schen Studien gesam­melt: Aus physio­lo­gi­schen Gründen nimmt der Mensch nicht jede Frequenz gleich wahr. Das Diagramm (Abbil­dung 1) visua­li­siert das Ergebnis von Hörver­su­chen mit Tönen unter­schied­li­cher Frequenzen. Die Kurven zeigen in Abhän­gig­keit von der Frequenz, wie viel Schall­druck­pegel nötig ist, damit der Schall vom Menschen uniform wahr­ge­nommen wird. Man redet dann von Laut­heit.

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Abb. 2: Kurven glei­chen Lautstärke­pegels Isophone (ISO 226:2003)

Die Erkennt­nisse aus diesem Diagramm sind viel­fältig. Zum einen ist zu sehen, dass das mensch­liche Ohr im Bereich von zwei bis vier Kilo­hertz am empfind­lichsten ist. Wesent­lich höhere oder nied­ri­gere Frequenzen werden als leiser wahr­ge­nommen — trotz iden­ti­schem Schall­druck­pegel. Zum anderen ist zu erkennen, dass diese Eigen­schaft des Gehörs noch von der Laut­heit selbst abhängt. Zur Gestal­tung der dB(A)-Bewertung wurde die Isokurve bei 40 Phon verwendet (Abb. 2). Neben der dB(A)-Bewertung gibt es noch weitere Frequenz­be­wer­tungen. Beispiels­weise wird dB(C) bei hohen Schall­druck­pe­geln als bessere Alter­na­tive vorge­schlagen. Im Bereich des Lärms von Flug­ge­räten hat sich die dB(D)-Bewertung verbreitet. Der dB(A)-Wert und seine Reduk­tion von einer Produkt­ge­nera­tion zur nach­fol­genden stellt im Bereich indus­tri­eller Güter ein Verkaufs­ar­gu­ment dar. Dies reicht nicht aus, wenn der Effekt der Geräusch­re­duk­tion beim Menschen aufgrund einer noch wesent­lich diffe­ren­zier­teren Wahr­neh­mung als der reinen Laut­heit bestimmt wird. Weitere Unter­su­chungen haben zum Beispiel gezeigt, dass eine Geräusch­re­duk­tion um circa zehn dB(A) als Halbie­rung der Laut­heit wahr­ge­nommen wird.

Um unsere Produkte weiter zu verbes­sern, dürfen diese Themen nicht vernach­läs­sigt werden. Unter anderem dafür wurde in unserem Standort Sankt Georgen der Kombikanal erbaut. Der Prüf­stand kombi­niert die Luft­leis­tungs­mes­sung und die Akus­tik­mes­sung eines Lüfters und ermög­licht die akus­ti­sche und psycho­akus­ti­sche Unter­su­chung der Produkte.

Empfin­dung von Laut­stärke

Das mensch­liche Ohr ist in der Lage, akus­ti­sche Wellen sehr unter­schied­li­cher Ampli­tuden wahr­zu­nehmen. Bei einer Frequenz von 1 kHz liegt die Hörschwelle bei ca. 20 µPa, die Schmerz­grenze bei circa 64 Pa.

Um diese sehr hohe Dynamik zu visua­li­sieren, wurde die dB-Skale folgen­der­maßen herge­leitet:
db-skale-formel
mit p0 = 20 µPa und p2 bezeichnen die Energie des akus­ti­schen Signals.

Beispiele für Geräu­sche, in dB(A)

160 Gewehr­schuss in Mündungs­nähe
130 Düsen­jäger in 7 m Abstand
120 Verkehrs­flug­zeug in 7 m Abstand
110 Perso­nen­flug­zeug in 7 m Abstand
100 Kreis­säge, Posau­nen­or­chester
90 Pkw mit 100 km/h in 1 m Abstand
80 Pkw mit 50 km/h in 1 m Abstand
70 Rasen­mäher
60 Normales Gespräch, Pkw in 15 m Abstand
50 Leise Radio­musik 
40 Brummen eines Kühl­schranks
30 Flüs­tern
20 Trop­fender Wasser­hahn
10 Blät­ter­rau­schen im Wald
0 Defi­nierte Hörschwelle

 

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