Beim subjektiven Hörempfinden des Menschen wird grundsätzlich in zwei Bereiche unterschieden: Der eigentliche Hörvorgang im Ohr, der mit physiologischer Akustik bezeichnet wird und die Verarbeitung der Hörvorgänge im menschlichen Hirn zum Höreindruck, die psychologische Akustik. Zu der psychologischen Akustik gehört z.B. die ästhetische Beurteilung von Musikwiedergabe oder auch die Bewertung der Störempfinden von Lärm. Unter dem Begriff physiologischer Akustik werden alle mit dem Hören zusammenhängenden Probleme verstanden, die im Folgenden näher betrachtet werden.
1. Hörbereich
Luftschallwellen sind für uns Menschen nur innerhalb einem bestimmten Frequenz- und Schalldruckbereich wahrnehmbar. Der hörbare Frequenzbereich des Menschen liegt zwischen 16 Hz und 20 000 Hz. Der minimale Schalldruck, der mit dem Ohr wahrgenommen werden kann, wird Hörschwelle genannt und hängt stark von der Frequenz ab. Die obere Grenze des hörbaren Bereichs ist durch die Schmerzgrenze bestimmt. Diese entspricht bei einem Luftschalldruck von 100 Pa und einer Frequenz von 1 kHz, einem Schalldruckpegel von 134 dB.
Hörbereich des Menschen. Quelle: www.beyenbach.de/physik.
2. Lautheitswahrnehmung
Die Stärke der subjektiven Wahrnehmung folgt in weiten Frequenz- und Pegelbereichen etwa der 0,6 Potenz des Schalldrucks und wird durch die Lautheit beschrieben, die wiederrum mit dem Lautstärkepegel zusammenhängt(DIN 45631). Dies sind jedoch subjektive Schallgrößen, und sie lassen sich nur anhand der Bewertung von mehreren Personen mit einem standardisierten Signal bestimmen. Bei diesem Referenzsignal handelt es sich um einen 1000 Hz Ton mit einem Schalldruckpegel von 40 dB, der per Definition die Lautheit von 1 Sone beschreibt. Eine doppelte Lautheitsempfindung entspricht dann 2 Sone usw.
Mit einer Verdoppelung des Schalldrucks erhöht sich der Schalldruckpegel um 6 dB und der Lautstärkepegel bei 1000 Hz ebenfalls. Eine Verdoppelung der Lautheit hingegen (doppelt starke Wahrnehmung) entspricht einer Pegelzunahme von 10 dB, oberhalb eines Schalldruckpegels von 40 dB.
Die Lautheit und den Lautstärkepegel kann man näherungsweise aus dem Frequenzspektrum berechnen. Dabei hat man jedoch Maskierungseffekte und den Frequenzgang des Gehörs zu berücksichtigen, damit auch bei breitbandigen und fluktuierenden Geräuschen eine physiolosch richtige Angabe der Lautstärkeempfindung möglich ist.
Frequenzgang des Gehörs
Die Empfindlichkeit des Menschen in Bezug auf Tonstärken über den Frequenzbereich ist verschieden(Frequenzgang). Am empfindlichsten ist das Ohr im Bereich zwischen 1000 Hz und 5000 Hz. In diesem Bereich werden auch noch sehr niedrige Schalldrücke wahrgenommen. Dagegen müssen Signale mit tieferen oder höheren Frequenzen einen deutlich größeren Schalldruckpegel aufweisen um die gleiche empfundene Lautstärke zu erzeugen. Diese Abhängigkeit wird in den Kurven gleicher Lautstärke dargestellt.
Kurven gleicher Lautstärkepegel. Quelle: www.baunetzwissen.de
Die Kurven stellen die Mittelwerte aus Hörversuchen mit vielen Personen dar und gelten nur für reine Sinustöne. Der Wert in Phon gibt an, welchen Schalldruckpegel in dB ein Sinuston mit 1 kHz besitzt, der gleich laut wie das zu bewertende Schallereignis empfunden wird. Aus den Kurven kann man also herauslesen wie groß der Schalldruckpegel jeweils sein muss, um die entsprechende Lautstärke hören zu können. Betrachtet man z.B. den Lautstärkepegel von 50 Phon bei einer Frequenz von 1 kHz, so ergibt sich ein Schalldruckpegel von 50 dB. Möchte man bei 50 Hz die gleiche Lautstärke erzeugen, würde man einen Schalldruckpegel von 75 dB benötigen, was einer Pegelzunahme von 15 dB entsprechen würde.
3. Frequenzbewertung
Durch die anatomische Beschaffenheit des menschlichen Gehörs werden, wie schon beschrieben, unterschiedliche Tonhöhen bei gleichem Schalldruck unterschiedlich laut wahrgenommen. Um dies näherungsweise nachzubilden, wurden Bewertungsfilter eingeführt, durch welche die Geräusche in den verschiedenen Frequenzbändern Dämpfungen unterzogen werden. Diese entsprechen in etwa dem Kehrwert der Kurven gleicher Lautstärke. Das führte zu verschiedenen international genormten Eigenschaften, genannt A-, B-, C- und D-Bewertung. Die A-Bewertung entspricht dabei dem Verlauf der Isophonen bei niedriger Lautstärke (20-40 Phon), die B-Bewertung bei mittlerer Lautstärke, während die C-Bewertung hohe Lautstärken annähert(80-90 Phon). Die D-Bewertung ist speziell der subjektiv empfundenen Lästigkeit angepasst. Die so bewerteten Schalldruckpegel werden in dB(A) bis dB(D) angegeben.
In der Praxis ist heute die meistverwendete die A-Bewertung, da dieser Filter bei komplexen Geräuschen, wie sie in der Realität auftreten, die beste Näherung bietet.
Kurven der Bewertungsfilter. Quelle: www.beyerdynamic.de