Lexikon der Biologie

Gehörsinn



Physikalische Grundlagen




1 Schallfeldgrößen

Schall(wechsel)druck p, gemessen in N/m2:

durch die Schallschwingungen hervorgerufener Wechseldruck, der sich dem stationären Luftdruck (ca. 105 Pascal) überlagert (beträgt bei normaler Sprechlautstärke nur ca. 10–2 Pascal).



Schallschnelle v, gemessen in m/s:

Geschwindigkeit eines schwingenden Teilchens, mit der es sich um die Ruhelage bewegt (Amplitude beträgt bei Sprechlautstärke nur ca. 10–4 m/s), überlagert sich der thermischen Geschwindigkeit des Teilchens (bei Zimmertemperatur einige 100 m/s).



2 Schallmeßgrößen

Die Schallintensität J (Schallstärke) ist ein objektives Maß für die von einer Schallwelle transportierte Leistung. Sie ist von den subjektiven Empfindungen des menschlichen Ohres unabhängig und berechnet sich aus der auf einer Empfängerfläche A auftreffenden Schalleistung P (gesamte, in einer Sekunde von dem Empfänger aufgenommene Schallenergie) zu: J = P/A, [J] = W/m2. Die subjektive Empfindungsstärke des Ohres wächst annähernd mit dem Logarithmus der einfallenden Schallintensität (Weber-Fechnersches Gesetz). In Naturwissenschaft und Technik verwendet man deshalb ein logarithmisches Schallintensitätsmaß (Schallpegel). Dabei werden alle gemessenen Schallintensitäten J auf den Schwellenwert der Schallintensität J0 = 10–12 W/m2 bezogen. Der Schwellenwert ist die gerade noch wahrnehmbare Schallintensität eines 1000 Hz-Tones. Der zehnfache dekadische Logarithmus der relativen Schallintensität J/J0 gibt dann das logarithmische Schallintensitätsmaß in Dezibel (dB) an.

Schallpegel:



L = 10 log (J/J0) in dB



Berücksichtigt man die quadratische Abhängigkeit der Schallintensität von der Schallwechseldruckamplitude p, so folgt mit dem Schwellenwert des Schalldrucks p0 = 20 μN/m2:



L = 20 log (p/p0) = 10 log (p2/p20)



Die Schallintensitätswerte bzw. Schallpegelwerte sind von der Frequenz des Schalls unabhängig. Die Empfindlichkeit (Hörempfindung) des Ohres ist aber frequenzabhängig (größte Empfindlichkeit bei ca. 3 kHz, Wahrnehmungsgrenze = Hörschwelle bei ca. 10–15 W Schalleistung). Direkte Schallintensitätsmessungen geben deshalb keine Auskunft über die Lautstärke eines Geräusches. Für Lärmmessungen ist es wichtig, eine Meßskala zu haben, die gleiche Lautstärken angibt. Als Lautstärkemaß wird der Lautstärkepegel verwendet. Er entspricht dem in dB angegebenen Schallpegel der Normalfrequenz 1 kHz. Um ihn vom Schallpegel zu unterscheiden, wird dB bei Angabe des Lautstärkepegels durch phon ersetzt. Lautstärkepegel:



LS = 10 log (J/J0) in phon



Nur für die Frequenz 1 kHz sind Lautstärkeangabe in phon und Schallintensitätsangabe in dB identisch. Bei allen anderen Frequenzen haben sie verschiedene Werte.

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