Schallpegel: dB(A), Phon und Sone

Ein Piezosummer auf deiner Platine soll „laut genug“ sein, ein Lüfter im Gehäuse möglichst leise, und ein Mikrofon hat eine Empfindlichkeit, die sich auf einen bestimmten Schalldruck bezieht. Überall begegnen dir dabei Angaben in Dezibel – mit Zusätzen wie dB(A), dB SPL, Phon oder Sone. Sie alle haben mit der Frage zu tun, wie man etwas misst, das unser Ohr über einen gewaltigen Bereich und sehr ungleichmäßig wahrnimmt.

Schalldruck und Schalldruckpegel

Schall ist eine Druckschwankung in der Luft. Der Schalldruck p ist der Effektivwert dieser Schwankung, gemessen in Pascal. Das Ohr ist erstaunlich empfindlich: Bei 1 kHz hört ein junger Mensch schon 20 µPa – das ist etwa ein Fünfmilliardstel des Luftdrucks. Schmerzhaft wird es ab etwa 20 Pa bis 200 Pa. Zwischen beiden liegen sieben Zehnerpotenzen.

Deshalb gibt man den Schalldruckpegel in Dezibel an, bezogen auf die Hörschwelle p₀ = 20 µPa. Weil der Schalldruck eine Feldgröße ist, steht der Faktor 20:

Diese Angabe heißt oft auch dB SPL (Sound Pressure Level). 1 Pa entspricht rund 94 dB – auf diesen Wert beziehen sich die Empfindlichkeitsangaben von Mikrofonen.

Pegel addieren und Abstand

Zwei Schallquellen zusammen sind nicht doppelt so viele Dezibel. Unabhängige Quellen addieren sich über ihre Leistung:

Zwei gleich laute Quellen ergeben 3 dB mehr. Ist eine Quelle 10 dB leiser als die andere, erhöht sie den Gesamtpegel nur um 0,4 dB – sie geht praktisch unter.

Mit dem Abstand nimmt der Pegel ab. Für eine kleine Quelle im Freien verteilt sich die Schallleistung auf eine immer größere Kugeloberfläche; der Schalldruck sinkt mit 1/r. Jede Verdopplung des Abstands kostet 6 dB, jede Verzehnfachung 20 dB.

Die A-Bewertung: dB(A)

Das Ohr hört nicht alle Frequenzen gleich gut. Am empfindlichsten ist es zwischen etwa 2 und 5 kHz; tiefe Töne nimmt es bei gleichem Schalldruck viel leiser wahr. Ein Schallpegelmesser soll das nachbilden. Dazu schickt er das Signal durch ein genormtes Filter, die A-Bewertung, die tiefe und sehr hohe Frequenzen abschwächt. Das Ergebnis trägt die Einheit dB(A).

Die A-Kurve orientiert sich am Gehör bei eher leisen Geräuschen. Bei sehr lauten Schallereignissen hört das Ohr gleichmäßiger; dafür gibt es die flachere C-Bewertung, dB(C), die etwa für Spitzenpegel verwendet wird. Gesetzliche Grenzwerte, Gerätelärm und Arbeitsschutz werden fast immer in dB(A) angegeben.

Für den Gehörschutz am Arbeitsplatz gilt in Deutschland: Ab einem Tagesmittel von 80 dB(A) muss der Arbeitgeber Gehörschutz anbieten, ab 85 dB(A) muss er getragen werden. Dauerhafte Belastung oberhalb dieser Werte schädigt das Gehör unumkehrbar.

Phon und Sone

Die A-Bewertung ist ein Näherungsfilter. Wie laut ein Ton tatsächlich empfunden wird, beschreiben zwei weitere Größen aus der Psychoakustik:

• Phon ist der Lautstärkepegel. Ein Geräusch hat N phon, wenn es genauso laut empfunden wird wie ein 1-kHz-Ton mit N dB Schalldruckpegel. Bei 1 kHz sind Phon und dB also gleich. Ein 100-Hz-Ton muss dagegen deutlich mehr Schalldruck haben, um gleich laut zu wirken. Die Linien gleicher Lautstärke über der Frequenz heißen Isophonen.
• Sone ist die Lautheit und bildet das Lautstärkeempfinden linear ab: 2 sone klingen doppelt so laut wie 1 sone. Festgelegt ist 1 sone = 40 phon. Jede Erhöhung um 10 phon verdoppelt die Lautheit:

Die Formel gilt ab etwa 40 phon; darunter fällt die Lautheit schneller ab. Außerdem lassen sich phon und sone nur für einzelne Töne direkt aus einem Pegel ausrechnen. Für ein breitbandiges Geräusch wie das Rauschen eines Lüfters wird die Lautheit aus dem Spektrum berechnet (genormt etwa in DIN 45631) – ein dB(A)-Wert lässt sich nicht einfach in sone umrechnen.

Als grobe Faustregel für das Empfinden: 1 dB Unterschied bemerkst du im direkten Vergleich gerade so, 3 dB hörst du deutlich, und erst rund 10 dB mehr empfindest du als doppelt so laut – obwohl schon 6 dB den Schalldruck verdoppeln.

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