Messungen nach Zwicker, DIN 45631, ISO 532 B

Hinweis: Dieses einfache Modul berechnet die Lautheit für stationäre Geräusche. Wir bieten daneben auch weitaus umfangreichere psycho-akustische Analysen an. Zeitvariante Lautheit gemäß DIN45631/A1, Schärfe (Sharpness), Rauhigkeit (Roughness), Impulsiveness usw. Hier finden Sie weitere Informationen.

Psychoakustik - Lautheit die Grundlagen

Ein wichtiges Ziel der akustischen Messtechnik ist es, die wahrgenommene Lautstärke objektiv durch Messtechnik zu erfassen.

Physikalischer Schallpegel

Grundlage ist zunächst der physikalische Schallpegel. Dieser Schallpegel wird in Pascal (Pa) gemessen und kann durch Mikrofone mit hoher Genauigkeit erfasst werden.

Hiermit ist die Aufgabe jedoch noch nicht gelöst. Das Ziel ist es ja, die subjektive Wahrnehmung durch das menschliche Ohr zu erfassen. Ist Schallereignis A lauter oder leiser als Schallereignis B?

Das Dezibel

Unser Ohr ist in der Lage einen Wertebereich in Pa von 1 bis 3.000.000 mit Bezug zur Hörschwelle zu erfassen. Solche Werte sind etwas „unhandlich“, daher verwendet man eine logarithmische Skala -das Dezibel- und erreicht so einen Wertebereich von 0 bis 130dB

Frequenzbewertung

Die bisherigen Angaben gelten gleichmäßig für den gesamten Hörbereich von 20 bis 20000Hz. Unser Ohr nimmt jedoch mittlere Frequenzen (1-5kHz) besser wahr als tiefe und hohe Frequenzen. Daher „bewertet“ man den Frequenzbereich und bildet so das Hörvermögen besser ab. Die Z-Bewertung enthält keinerlei Bewertung, sondern ist über den Hörbereich konstant. International standardisiert sind die „A“ und „C“-Kurven, es gibt aber noch weitere.

Es wäre zunächst naheliegend zu vermuten, dass es nur eine Kurve geben sollte. Unser Ohr ändert jedoch das Verhalten mit dem Schallpegel. Trotzdem wird vielfach die A-Kurve verwendet und es werden heutzutage nahezu alle Schallpegel in dB(A) angegeben. Es ist der de facto Standard weltweit. Das hat auch historische Gründe, da diese Bewertungen technisch sehr einfach realisierbar sind. Sie finden diese Funktion daher in jedem Schallpegelmesser.

Lautheit in Sone

Die Angabe in dB(A) bildet unser Hörvermögen nur unzureichend ab, da diese genau genommen nur für einzelne Töne und bei konstantem Pegel gilt. Der Höreindruck ändert sich aber mit dem Schallpegel. Diese Effekte werden in dem psychoakustischen Modell von Zwicker berücksichtigt. Es ist in der ISO532-B standardisiert. Die Lautheit wird hier in sone angegeben. Dieses Verfahren eignet sich für stationäre Signale. Dies sind Signale, die sich nicht zeitlich verändern. Sie dürfen im Gegensatz zum einfachen dB(A)-Wert, jedoch ein beliebiges Spektrum (Einzelton, Multiton, Rauschen usw.) aufweisen. Zusätzlich wird die pegelabhängige Änderung des Hörvermögens berücksichtigt.

Diese Verfahren wird seit vielen Jahren für Klimaanlagen, Lüftungsanlagen, Lüfter, Motoren mit konstanter Drehzahl usw. verwendet.

Lautheit in Sone- zeitvariante Modelle DIN45631/A1

Das Verfahren nach ISO532B eignet sich nicht für Signale, die sich schnell ändern, wie Impulse usw. Eine Weiterentwicklung ist das zeitvariante Modell nach DIN45631/A1, das auch zeitliche Verdeckungseffekte berücksichtigt. Unser Hörvermögen ändert sich nicht nur mit Pegel und der Frequenz, sondern auch mit den Schallanteilen, die zeitlich vor (und in geringem Maße auch hinter) dem eigentlichen Schallereignis sind. Dieses Modell stellt den Stand der Technik für Bestimmung der Lautheit dar. Es kann für jedes Schallereignis einen Wert bestimmen, mit dem man verschiedene Schallereignisse vergleichen kann.

Erweiterungen

Es sagt aber noch nichts über die „Lästigkeit“ eines Geräuschs aus. Hierfür werden noch Zuschläge für Schärfe, Rauhigkeit, Impulsivität, Tonalität und Schwankungsstärke verwendet.

Die Grenzen dieses Modells

Jedoch haben auch diese Modelle ihre Grenzen, da auch psychische Faktoren eine Rolle spielen. Die „Lästigkeit“ eines Zahnarztbohrers kann sicher nicht korrekt erfasst werden. Auch menschliche Schreie usw. werden nur unzureichend abgebildet.

Das stationäre Zwicker Model ISO532B

Ein breitbandiges Rauschen erzeugt eine andere subjektiv wahrgenommene Lautstärke als ein einzelner Ton gleichen Pegels gemessen in dB(A). Daher ist dieses einfache Maß nur eingeschränkt aussagefähig. Zwicker hat solche psychoakustischen Effekte intensiv untersucht und Modelle für das Hörempfinden erstellt. Ein einfacher Effekt ist z.B. der Verdeckungseffekt (Maskierung). Besteht ein Signal aus einem lauten Ton, so werden leisere Tone nicht wahrgenommen. Niemand würde bei einem Symphoniekonzert das leise Trippeln einer Maus erkennen. Obwohl diese in leisen Musikphasen hörbar wäre. Diese und andere Effekte dienen auch als Grundlage für verlustbehaftete Audiokomprimierung wie z.B. das sehr bekannte MP3 Verfahren zur Komprimierung von Musik. Hier werden Signalanteile, die gemäß den Modellen nicht gehört werden können, nicht gespeichert.

Basierend auf seinen umfangreichen Hörtests hat Zwicker ein Lautheitsmaß (engl. loudness) entwickelt, das für stationäre Signale ein deutlich verbessertes Maß als dB(A) darstellt. Die Einheit der Lautheit ist Sone. Im Gegensatz zur dB(A) ist dies eine lineare Größe. Dies heißt das z.B. 2 Sone doppelt so laut ist wie 1 Sone. Der Bezugspunkt ist 1 Sone, dies entspricht einem Sinuston mit 1000Hz bei einem Pegel von 40dB.

Wie bereits erwähnt eignet sich die Lautheit insbesondere für stationäre Signale. Die Anwendungen sind z.B. in der Beurteilung von Klimaanlagen, Lüftungsanlagen aber auch typischen PC-Komponenten wie Festplatten oder CPU-Kühler etc. Die Lautheit berücksichtigt die subjektiv wahrgenommene Lautstärke. Sie beschreibt allerdings nicht wie angenehm oder störend ein Ton ist. Ein Sinuston wird von vielen Menschen sicher angenehmer empfunden als das Geräusch eines Zahnarztbohrers gleicher Lautheit.

Die Berechnung der Lautheit basiert auf den Ergebnissen einer Terzanalyse (1/3 Oktave).

Die Messung der Lautheit erfordert zudem eine Kalibrierung auf absolute Schallpegel. Hierfür wird ein Handschallpegelmesser oder ein Kalibrator benötigt.

Eigenschaften

• Lautheit in Sone nach Zwicker, DIN 45631, ISO 532 B
• Lautheit über der Zeit (jedoch nur das zeit-invariante Modell). Für zeitvariante Signale benötigen Sie zusätzlich das Modul Psycho-Akustik II)
• Grafische Auswahl von Bereichen
• Perzentile N5/N95
• komfortable Berichterstellung

Dieses Modul beinhaltet nur die "klassische" Lautheit für stationäre Signale. Z.B. Lüfter etc. Wenn Sie zeitlich veränderliche Signale messen möchten, benötigen Sie das Modul Psychoakustik II.

Wir bieten auch ein Modul an, mit dem Sie psychoakustische Größen über einer Erregungsfrequenz darstellen können. Dies kann zum Beispiel ein Testobjekt auf einem Schwingungsprüfstand sein. Sie benötigen hierfür ein 2-kanal Erfassungsmodul (Schallpegel und Führungsgröße) sowie das Software-Modul "Messung über einer Führungsgröße")