Phon: Definition des Lautstärkepegels

Das menschliche Gehör ist ein absolutes Wunder. Tagtäglich dringen zahlreiche Schallwellen an das Ohr und werden mit unterschiedlicher Lautstärke und Tonhöhe wahrgenommen. Dabei wird das jeweilige Hörerlebnis individuell anders empfunden. Die Psychoakustik beschäftigt sich mit dieser subjektiven Wahrnehmung und verwendet ihre eigenen Parameter dafür: Dazu zählen u. a. Phon und Sone. Lesen Sie hier mehr über diesen Teilbereich der Akustik und wie der Lautstärkepegel in Räumen gesteuert werden kann.

Menschliches Gehör: Was ist die Hörschwellenkurve?

Geräusche, Töne und Klänge, die vom menschlichen Gehör wahrgenommen werden, treffen auf das Ohr in Form von Schallwellen. Diese gelangen von der Ohrmuschel durch den Gehörgang zum Trommelfell. Dort werden die schwingenden Schallwellen auf die drei Gehörknöchelchen Hammer, Amboss und Steigbügel übertragen. Die mechanischen Schwingungen werden sodann in elektrische Impulse umgewandelt, die letztendlich an das Gehirn weitergeleitet werden.

Das menschliche Gehör nimmt Schallwellen in Form der folgenden akustischen Signale wahr:

• Töne (konstante Schwingungen mit einer bestimmten Frequenz)
• Klänge (mehrere Töne, die harmonisch zu einer Grundfrequenz stehen)
• Geräusche (eine Mischung aus mehreren Schallereignissen).

Der Mensch kann Schall im Frequenzbereich von 16 Hertz bis 20.000 Hertz wahrnehmen. Die obere Begrenzung dieses Spektrums ist die akustische Schmerzgrenze – hier wird das Hörereignis nicht mehr als akustisches Signal gewertet, sondern nur mehr als schmerzhaft empfunden. Die untere Grenze bildet die sogenannte Hörschwelle – jener Schalldruck, den das menschliche Gehör gerade noch wahrnehmen kann. Wenn diese Frequenzen auf ein Diagramm übertragen werden, ergibt sich die sogenannte Hörschwellenkurve.

Phon – ein Teil der Psychoakustik

Die Psychoakustik ist ein Teilbereich der Akustik und beschäftigt sich mit sämtlichen subjektiven Reaktionen auf alle Töne, Klänge und Geräusche. Sie geht der Frage auf den Grund, warum Schallwellen auf diese oder jene Art und Weise wahrgenommen werden. Sie setzt sich also mit dem Zusammenhang zwischen physikalischem Schallreiz und der dadurch hervorgerufenen Hörwahrnehmung auseinander.

Somit befindet sich die Psychoakustik im Spannungsfeld zwischen objektiv messbaren physikalischen Grössen und individuellen psychologischen Rückmeldungen. In diesem akustischen Teilbereich werden somit die wissenschaftlichen Felder der Physik und Psychologie miteinander in Beziehung gesetzt. Zur Beschreibung eines Hörereignisses setzt die Psychoakustik auf speziell definierte Messgrössen wie Phon.

Phon und Sone – psychoakustische Messgrössen

Jedes Hörereignis lässt sich in der Physik mit Einheiten wie Lautstärke und Frequenz messbar machen. In der Psychoakustik braucht es hingegen Parameter, die das reine subjektive Empfinden eines Schallereignisses festmachen. Zu den psychoakustischen Messgrössen zählen u. a. Phon und Sone; nicht aber Dezibel. Trotzdem wird letztere Einheit oftmals in Zusammenhang mit dem subjektiven Empfinden der Lautstärke genannt.

Lautstärkepegel in Phon

Phon ist die psychoakustische Messgrösse des Lautstärkepegels L_N. Sie wurde erstmals vom deutschen Physiker Heinrich Barkhausen im Jahr 1925 eingeführt. Mit dieser Einheit wird die subjektiv empfundene Lautstärke beschrieben, mit der ein Hörer ein bestimmtes Schallereignis wahrnimmt. Es handelt sich hier also um ein an das menschliche Gehör angepasstes Mass für die Schallintensität.

Der jeweilige Wert gibt an, welchen Schalldruckpegel (in Dezibel) ein Sinuston mit einer Frequenz von 1.000 Hertz (Hz) besitzt, der genau gleich laut wie das tatsächliche Schallereignis empfunden wird. Durch diesen Vergleich zwischen der subjektiv wahrgenommenen Lautstärke und der Lautstärke des Referenzsignals (Sinuston) kann die Hörempfindung mit einem bestimmten Pegelwert festgemacht werden.

Die folgenden Werte sind Beispiele aus dem Alltag. Alle Schallereignisse, die einen Wert von 120 überschreiten, werden in der Regel als schmerzhaft für das menschliche Gehör empfunden. Man spricht in diesem Zusammenhang von der sogenannten Schmerzschwelle.

Lautstärkeeinheit in Sone

Die Einheit für den Lautstärkepegel hat einen grossen Nachteil. Wenn der Lautstärkepegel eines Schallereignisses nämlich verdoppelt wird, verdoppelt sich dabei aber das subjektive Schallempfinden nicht. Deshalb wurde eine weitere psychoakustische Messgrösse eingeführt: die Masseinheit für die subjektive Lautheit N eines Schallereignisses in Sone.

Die Einheit Sone geht auf einen Vorschlag des US-amerikanischen Psychologen Stanley Smith Stevens aus dem Jahr 1936 zurück. Sie beruht auf dem Lautstärkepegel. Somit ist einem Lautstärkepegel von 40 Phon eine Lautheit von 1 Sone zugeordnet. Daraus ergibt sich, dass, …

• …ein doppelt so laut empfundenes Hörereignis eine Lautheit von 2 Sone aufweist.
• …sich ein viermal so laut empfundenes Hörereignis durch eine Lautheit von 4 Sone auszeichnet.
• …ein halb so laut empfundener Schall mit einer Lautheit von 0,5 Sone beschrieben werden kann.

Einen wesentlichen Einfluss auf die Lautheit hat u. a. die Umsetzung der Schallsignale als Nervenimpulse im Innenohr. Abhängig davon, wie stark die Nervenzellen angeregt werden, wird das jeweilige Hörereignis leiser oder lauter empfunden.

Dezibel: Vergleich zu Phon und Sone

Die Einheit Dezibel (dB) bezeichnet den Schalldruckpegel L_P, d.h. die Stärke eines Schallereignisses. Sie ist keine psychoakustische, sondern eine technische Messgrösse. Sie kann nur bedingt Aussagen über die Lautstärke treffen, die ein Mensch empfindet.

Der Grund, warum der Schalldruckpegel in Dezibel trotzdem manchmal mit einer psychoakustischen Messgrösse gleichgesetzt wird, ist schnell erklärt. Ein abgesunkener oder erhöhter Schalldruckpegel ruft nämlich tendenziell auch ein leiser oder lauter wahrgenommenes Hörereignis hervor.

Dezibel: Beispiele aus dem Alltag

Wenn Töne, Klänge und Geräusche in einem Bereich zwischen 40 dB und 65 dB liegen, werden sie normalerweise als angenehm, normal oder leise wahrgenommen. Laut wird es für das menschliche Gehör ab einem Schalldruckpegel von etwa 80 dB.

Hohe Schalldruckpegel führen für gewöhnlich zu Unbehaglichkeit sowie Schmerzempfinden. Die Schmerzschwelle liegt zwischen 120 dB und 140 dB. Wenn das menschliche Gehör einem Lärmpegel in diesem Bereich ausgesetzt ist, können die Folgen verheerend sein. Schon nach kurzer Zeit ist meistens mit einer deutlichen Beeinträchtigung des Hörvermögens zu rechnen.

Lautstärkepegel in Räumen regulieren

Menschen verbringen den Grossteil ihres Lebens in verschiedenen Räumen. Umso wichtiger ist es, dass man sich dort rundum wohlfühlt – sowohl am Arbeitsplatz als auch im eigenen Zuhause. Viel zu oft durchbrechen jedoch störende Aussengeräusche wie Strassenverkehr oder ein Streitgespräch aus der Nachbarswohnung die angenehme Ruhe. Ebenso kann sich die Geräuschkulisse in den Räumen selbst als echte Geduldsprobe herausstellen.

Lärm, d. h. jegliche unangenehme Geräusche, führt meistens zu einer grossen gesundheitlichen Belastung. So können z. B. Stress und Konzentrationsschwierigkeiten entstehen. Damit Töne, Klänge und Geräusche im Hintergrund bleiben, gibt es unter anderem die folgenden raumakustischen Massnahmen, die sich einwandfrei in den ausgewählten Raum eingliedern.

• Zu den funktionalen und dekorativen Raumelementen zählt das Akustikbild. Als schallschluckendes Wandbild nimmt es Schallwellen auf und sorgt für weniger Nachhall. Neben der angenehmen Ruhe, die dadurch entsteht, sind Akustikbilder gleichzeitig ein Blickfang, der den Raum in ein völlig neues Licht taucht.
  
  
• Eine praktische Akustikdecke wird – wie der Name bereits vorweg nimmt – als Deckenbekleidung angebracht. Sie nimmt Schallwellen nicht nur optimal auf, sondern ist auch noch schön anzusehen. Verschiedene Oberflächenstrukturen und Materialien sorgen für eine ausgeklügelte Raumästhetik.
  
  
• Für Räumlichkeiten mit vielen Fenstern lohnt sich ein Akustikvorhang. Diese raumakustische Massnahme ist ein ausgezeichneter Schallschlucker. Gleichzeitig bietet er Sichtschutz und kann sogar als praktischer Raumtrenner eingesetzt werden.

Ob schönes Klavierspiel, dudelndes Radio oder angeregtes Gespräch: Jedes Schallereignis wird vom Hörer individuell anders wahrgenommen. Mit den psychoakustischen Messgrössen Phon und Sone lassen sich diese subjektiven Empfindungen besser als leise, laut oder normal einordnen. Doch selbst wenn Töne, Klänge und Geräusche zu laut werden: Raumakustische Massnahmen können die Lösung dafür sein!

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