Schallwahrnehmung und Schallmessung

Wahrnehmung von Schall

Je nach Lautstärke und Frequenz eines Schallsignals können wir mit unserem gesamten Körper Schall wahrnehmen. In der Disko z.B. spürt man, wie der ganze Körper vibriert – vor allem tiefe Töne kann man vor allem im Bauch spüren.

Wenn es um die Wahrnehmung von Schall geringer Lautstärke und um die Erfassung der Art des Schallsignals geht, ist aber das Gehör das einzige Organ, welches die Schallsignale verarbeiten kann.

Wann können wir Schall hören?

Ob wir Schall hören können oder nicht, hängt von der Art des Schallsignals ab.

Um dies zu zeigen, führen wir folgenden Versuch durch:

Versuch:

Eine Stimmgabel, eine Gitarrensaite oder die Saite eines Monochords wird angeschlagen bzw. angezupft. Wir konzentrieren uns darauf, wie lange wir den Ton hören können.

Ergebnis:

Der Ton wird immer leiser, und irgendwann können wir ihn nicht mehr hören, obwohl wir die Schwingungen noch sehen können. Es muss also eine minimale Schallstärke bzw. Lautstärke geben, ab der wir Töne hören können. Diese Grenze wird als Hörschwelle bezeichnet.

Wie wir bereits wissen, hängt die Lautstärke einer Schwingung von der Amplitude ab.

Ein Ton zu geringer Lautstärke bleibt unhörbar, wenn die sog. Hörschwelle (s.u.) noch nicht erreicht ist.

Zu lauter Schall kann schmerzen, die zugehörige Lautstärke heißt Schmerzgrenze und Schmerzschwelle.

Das menschliche Gehör

Das menschliche Gehör besteht aus dem sichtbaren Teil des Ohrs, der sog. Ohrmuschel sowie den nicht sichtbaren Teilen des Ohrs, dem Mittelohr und dem Innenohr.

Ankommender Schall gelangt in Form von Druckschwankungen in unsere Ohrmuschel, die ihn wie ein Schallempfänger sammelt. Durch den Gehörgang gelangt der Schall in das Innere des Ohrs. Das sog. Trommelfell beginnt dadurch, im Rhythmus der Druckschwankungen zu schwingen.

Die Gehörknöchelchen im Mittelohr werden wegen ihrer Form als Hammer, Amboss und Steigbügel bezeichnet. Sie leiten die Schwingungen über die Membran des ovalen Fensters in das innere Ohr weiter. Innerhalb der Ohrschnecke befinden sich etwa 20 000 Hörzellen, die je nach Frequenz und Lautstärke unterschiedlich ansprechen und Nervenreize auslösen. Diese wandern über den Hörnerv zum Gehirn und lösen dort Schallempfindungen aus.

Wovon hängt unser Schallempfinden ab?

Wie laut wir einen Ton empfinden, hängt u.a. von folgenden Faktoren ab:

• vom Schalldruck
• von der Art des Schalls (Klang oder Geräusch)
• von der Tonhöhe (Frequenz)

Dass unser Lautstärkeempfinden von der Tonhöhe abhängt, zeigt folgender Versuch:

Versuch:

Mit einem Tongenerator, der an ein Oszilloskop angeschlossen ist, wird die Frequenz (Tonhöhe) bei gleich bleibender Amplitude langsam verändert.

Beobachtung:

Man hört den Ton bei verschiedenen Frequenzen (Tonhöhen) unterschiedlich laut, obwohl die Amplitude gleich bleibt.

Am lautesten erscheint der Ton bei Frequenzen zwischen ca. 2000 Hz und 4000 Hz.

Töne mit sehr niedriger (unter ca. 20 Hz) oder sehr hoher Frequenz (ober ca. 20.000 Hz) können wir gar nicht hören.

Im Gegensatz zu uns Menschen können viele Tiere Ultraschall wahrnehmen. Viele Tiere verständigen oder orientieren sich mit Hilfe von Ultraschall, wie z.B. Fledermäuse, Hunde oder Wale.

Schallmessung

Wollen wir die Schallstärke bzw. die Lautstärke so messen, wie wir sie hören, so müssen wir die Besonderheiten unseres Gehörsinns berücksichtigen:

1. Wir empfinden Schall gleicher Amplitude bei verschiedenen Frequenzen unterschiedlich laut. Bei Frequenzen um 2000 Hz (Klirren von Glas oder auch Sprache) ist unser Gehör am empfindlichsten (s.o.)
2. Wie laut wir etwas hören, entspricht nicht der rein physikalischen (messbaren) Schallstärke.

Unterschied zwischen Schallstärke (Schalldruck) und Lautstärke

Dass es einen Unterschied zwischen Schallstärke und der von uns empfundenen Lautstärke gibt, zeigt folgender Versuch:

Versuch:

Wir schlagen zunächst eine Stimmgabel an und achten auf unser Lautstärkeempfinden.

Dann schlagen wir gleichzeitig 2, 3 und 4 gleichartige Stimmgabeln an.

Beobachtung:

Wir empfinden 2 gleiche Schallquellen nicht als doppelt so laut, 4 gleiche Schallquellen nicht als viermal so laut, obwohl die Schallstärke sich mit der Anzahl der Schallquellen vervielfacht.

Viele Untersuchungen haben ergeben:

Erst zehn gleiche Schallquellen empfindet der Mensch als doppelt so laut.

Daher wird anstelle der rein physikalischen Schallstärke die Lautstärke eingeführt.

Die Lautstärke

Die Lautstärke wird in der Einheit Dezibel dB bzw. dB(A) angegeben. Das “A” bedeutet, dass diese Einheit an die Empfindlichkeit des Ohres angepasst ist.

Zwischen der Anzahl der gleichartigen Schallquellen und der empfundenen Lautstärke gibt es folgenden Zusammenhang:

Eine Verdopplung der Anzahl der Schallquellen entspricht einer Lautstärkezunahme um 3 dB(A).

Eine Verdopplung der Lautstärke entspricht einer Lautstärkezunahme um 10 dB(A).

Beispiel:

Beträgt die Lautstärke einer Trompete in einem bestimmten Abstand 70 dB(A), so erzeugen

2 Trompeten eine Lautstärke von 73 dB(A),

4 Trompeten eine Lautstärke von 76 dB(A) und

10 Trompeten eine Lautstärke von 80 dB(A).

 

Messung der Lautstärke

Die Lautstärke lässt sich mit Hilfe eines Schallpegelmessers (s. Abbildung rechts) ermitteln.

Dieses Gerät zeigt die Lautstärke in dB(A) an. Es registriert den Schall also genau so, wie ihn gesunde Ohren empfinden.

In der folgenden Lautstärkeskala sind verschiedene Lautstärken und ihre jeweiligen Empfindungen des Menschen dargestellt:

 

In der Lautstärkeskala sind verschiedene Geräusche mit ihrer ungefähren zugehörigen Lautstärke in dB(A) erfasst.

 

Die sog. Hörschwelle ist die Lautstärke, ab der Schall wahrgenommen werden kann. Da die Lautstärkeskala an das menschliche Gehör angepasst wurde, liegt die Hörschwelle bei 0 dB(A).

Da verschiedene Menschen unterschiedlich gut hören können, ist dieser Wert nicht für alle Menschen identisch.

 

Die sog. Schmerzgrenze oder Schmerzschwelle bezeichnet die Lautstärke, ab der Schall zu einer schmerzhaften bzw. unerträglichen Belastung führt. Sie liegt bei etwa 130 dB(A).