Lautstärke & Schallpegel
Musik wird oft nicht schön gefunden, weil sie stets mit Geräusch verbunden, so heißt es schon bei Wilhelm Busch.
Buschs Aussage ist klar: Schallereignisse können vom Menschen als durchaus unangenehm empfunden werden. Daher begann man schon recht früh damit, Schallereignisse zu klassifizieren und nach ihrer Intensität zu beurteilen. Hierzu bedarf es einer Vereinheitlichung, damit möglichst alle Beteiligten eine vergleichbare Beurteilung eines Schallereignisses durchführen können. Das ist leichter gesagt als getan, denn gerade das Hören ist eine sehr individuelle Empfindung. Nicht genug dessen, Schallereignisse mit sehr hohen Schalldrücken können das Gehör sogar irreparabel beschädigen. Grund genug, zumindest das Maß des Schalldrucks zu ermitteln. Aber welchen Zusammenhang gibt es zwischen dem Hören und dem Schalldruck?
I. Was "hören" wir?
Statische Drücke, wie z.B. unser atmosphärischer Druck, werden nicht als Schallereignis wahrgenommen, nur Druckänderungen werden vom Gehör als solches empfunden. Diese Druckänderung bezeichnet man als Schalldruck, das Ohr ist also ein Schalldruckempfänger. Der Druck wird gemessen in Pascal, 1 Pascal (1Pa) entspricht 1 Newton / Quadratmeter = 1N/m².
II. Hörschwelle und Schmerzschwelle
Die kleinste Druckänderung, die vom menschlichen Gehör wahrgenommen werden kann, beträgt 20µPa, also der 20millionste Teil eines Pascal (übrigens der 5milliardste Teil des atmosphärischen Drucks!), die Schmerzschwelle hingegen liegt bei ca. 100Pa. Somit haben wir ein Verhältnis von mehr als eins zu einer Million - das Gehör hat also eine gewaltige Dynamik! Zudem haben physikalischer Reiz und die resultierende Hörempfindung ein logarithmisches Verhältnis zueinander. Wir erhalten daher recht unhandliche Größenordnungen - eine andere Skalierung wurde deshalb eingeführt, die dBSPL-Skala.
III. Sound Pressure Level (SPL)
Der Startpunkt dieser dBSPL-Skala wurde mit der Hörschwelle definiert, 20µPa (die Bezugsgröße) entsprechen somit 0dB. Anmerkung: Dieser Wert wird vom "modernen Menschen" selten als Hörschwelle empfunden. Aufgrund zivilisationsbedingter (kultureller?) Ereignisse liegt die Hörschwelle junger Erwachsener häufig bei Werten >15dB, bei an Tinnitus erkrankten Menschen sogar noch wesentlich höher.
Wie funktioniert nun diese Skala? Sobald sich der Schalldruck verzehnfacht, addieren wir zur dB-Skala 20dB hinzu, somit komprimiert sich der Dynamikbereich von 1:1 Million auf 120dB und der zu betrachtende Bereich wird erheblich überschaubarer.
Einmal nachrechnen: Ein Schalldruck von 94dBSPL entspricht also einem Druck von 1Pa; 1 / 1094/20 = 20*10-6, da ist wieder unsere Bezugsgröße, es klappt also. Der Anhang "SPL" wird übrigens häufig weggelassen, daher lesen wir in Publikationen meistens "94dB", was aber das Gleiche meint (solange nur die Bezugsgröße 20µPa ist).
Schalldruckmessungen werden normgerecht auf eine Entfernung von einem Meter zwischen Prüfling und Mikrofon bezogen, vornehmlich in reflexionsarmer Umgebung, dem sogenannten Freifeld. Im Freifeld (und bei relativ niedrigen Distanzen zwischen Mikro und Prüfling) gilt die Beziehung des 1/r - Gesetzes. Den jeweiligen Bedingungen entsprechend bedarf es einer gesonderten Messtechnik, hierauf intensiver einzugehen, ist für diesen Beitrag allerdings zu komplex.
IV. Unser Gehör ist "krumm"
Als wenn es nicht schon kompliziert genug wäre: Auch der Frequenzgang unseres Gehörs ist nicht linear, sondern geradezu "verbogen". Das heißt, ein Ton, der bei 50Hz genauso laut wie ein Ton bei 1000Hz empfunden werden soll, muss einen deutlich höheren Pegel haben. Zu allem Überfluss ist dieses Phänomen auch noch pegelabhängig. Nun lässt sich diese Nichtlinearität mittels eines elektronischen Netzwerks leicht nachstellen. Es ergibt sich dadurch ein so genanntes Bewertungsfilter, das A-Filter.
Alle Schallpegelmessungen, die dem menschlichen Gehör nachempfunden werden sollen, werden mit dieser Filterung durchgeführt. Erkennbar ist das an einem dem Messergebnis nachgestellten (A), Beispiel: 94dB(A). Es gibt auch noch andere Bewertungsfilter, (B,C,D) die aber in unserem Fall keine Verwendung finden.
V. Verlauf der Filterkurven
