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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:
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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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