Zur Physik des Schalls

Geräusche sind ein wesentlicher Bestandteil unseres Lebens – eine lautlose Umgebung würde fremdartig und unnatürlich auf uns wirken. Da ein intaktes Hörvermögen eine wichtige Voraussetzung zur Wahrnehmung unserer Umwelt ist, können bereits leichte bis mittlere Schwerhörigkeiten für die Betroffenen eine erhebliche Einschränkung der Lebensqualität bedeuten.

Aber: Ist jedes laute Geräusch auch gleichzeitig Lärm? Wie sieht es mit einem Rock- oder Symphoniekonzert aus, wo es zum Teil sehr laut zugeht; die Musik aber nicht als Lärm empfunden wird? Im Gegensatz dazu kann ein sehr leises Geräusch, wie ein tropfender Wasserhahn oder eine herumsurrende Mücke uns am Einschlafen hindern. Ob ein Geräusch als Lärm empfunden wird, hängt also nicht nur von der Lautstärke, sondern auch vom Informationsgehalt des Geräusches und der Einstellung des Hörers zu dem Geräusch ab.

Ganz allgemein lässt sich sagen: Lärm ist Schall, der als störend oder lästig empfunden wird oder der das Hörvermögen schädigt.

Physikalisch betrachtet handelt es sich bei Lärm um Schallwellen, die von den Ohren wahrgenommen werden. Schallwellen entstehen durch Bewegung eines Körpers oder einer Fläche, die die umgebende Luft in Bewegung setzen. So entsteht eine Fläche bewegter Luft, die sich durch den Raum bewegt – eine Schallwelle.

Ob ein Geräusch leise oder laut ist, hängt unmittelbar von der Leistung der Schallquelle und der Entfernung des Schallempfängers von der Quelle ab. Ein Maß für die Stärke der Schallwellen, die bei dem Empfänger ankommen ist die Schallintensität; dabei handelt es sich um die Leistung (Angegeben in Watt), die durch eine senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung stehenden Fläche hindurch tritt. Gemessen wird die Schallintensität in Watt pro Quadratmeter.

Dieser Ausdruck zur Intensität ist allerdings sehr unpraktisch, da der Bereich zwischen dem leisesten Ton (Hörschwelle) und dem lautesten Ton (Gefühlsgrenze) 12 Zehnerpotenzen umfasst (siehe Grafik). Unsere Ohren sind in dieser Hinsicht sehr empfindliche Messgeräte, die Druckschwankungen registrieren, die einen sehr weiten Bereich umfassen. Die enorme Empfindlichkeit des Ohres wird deutlich, wenn man es mit einer Waage vergleicht. Und zwar mit einer Waage, die in der Lage ist, den Gewichtsbereich zwischen einem Gramm und einer Million Tonnen abzudecken.

Grafische Darstellung der menschlichen Hörschwelle

Aus praktischen Überlegungen heraus wird daher nicht der absolute Schalldruck, sondern das Verhältnis zweier Schalldrücke zueinander angegeben. Der gemessene Schalldruck wird auf die Hörschwelle von 1 x 10^-12 Watt pro Quadratmeter bezogen, logarithmiert und mit 10 multipliziert. Das Ergebnis wird mit Dezibel (dB) bezeichnet. Es handelt sich also bei Dezibel nicht einfach nur um eine Einheit, wie sie aus dem Messwesen (beispielsweise das Kilogramm) bekannt ist, sondern um ein Verhältnismaß.

Eine Schallwelle wird aber nicht nur durch ihre Intensität charakterisiert, sondern auch anhand der Anzahl der Schalldruckschwingungen pro Sekunde, der Frequenz, die in Hertz (Hz) angegeben wird. Der Frequenzumfang des hörbaren Schalls variiert ebenfalls beträchtlich zwischen 16 Schwingungen pro Sekunde (16 Hertz) und 16 000 Hertz. Schall wird also durch die Frequenz (Tonhöhe) und die Stärke (Intensität) charakterisiert.

Die untere Hörschwelle des Menschen liegt bei 0 Dezibel, die Schmerzgrenze bei etwa 120 Dezibel. In der Grafik wird erkennbar, dass die Hörschwelle von der Frequenz des Schalls abhängt. Bei 1000 Hertz liegt die Hörschwelle bei 0 Dezibel, bei 100 Hertz etwa bei 40 Dezibel. Hieran wird deutlich, dass das Ohr für tiefe Frequenzen relativ unempfindlich ist und bei Frequenzen im Bereich zwischen 2000 und 4000 Hertz am empfindlichsten reagiert. Dieser Zusammenhang wird bei Geräuschmessungen dadurch berücksichtigt, dass tiefe Töne entsprechend gedämpft und höhere Töne leicht verstärkt werden. Dies geschieht mit Hilfe eines speziellen Filters. Die unter Verwendung dieses Filters erhaltenen Schalldruckpegel werden als dB (A) ausgewiesen. Der Ausdruck (A) steht dabei für eine Bewertung des gemessenen Schalls entsprechend dem physiologischen Hörvermögen des Menschen.

Dr. Johannes Hüdepohl

Berufsgenossenschaft
Köln