Lautstärke

Begriff und Bedeutung

Lautstärke ist die umgangssprachliche Bezeichnung für die Stärke eines Schalls oder Schallereignisses. Sie kann entweder die gemessene beziehungsweise empfundene Schallwirkung an einem bestimmten Ort oder die Stärke der verursachenden Schallquelle meinen.

Physikalisch lässt sich die Schallwirkung als Schalldruck oder Schalldruckpegel messen. Menschen nehmen sie als Lautheit wahr. Die Psychoakustik untersucht den Zusammenhang zwischen dieser menschlichen Empfindung und den physikalischen Messgrößen. Aus der Lautstärke allein lässt sich jedoch nicht ableiten, ob ein Geräusch als angenehm oder unangenehm empfunden wird.

Physikalische und psychoakustische Größen

Der Schalldruck beschreibt die örtliche Stärke einer Schallwirkung und wird in Pascal (Pa) angegeben. Häufig verwendet man seinen Effektivwert, also die Standardabweichung des Schalldrucks über eine bestimmte Zeitspanne; auch dessen Einheit ist Pascal.

Der Schalldruckpegel ist ein logarithmisches Maß für den Effektivwert des Schalldrucks, bezogen auf die menschliche Hörschwelle. Seine Einheit ist Dezibel (dB). Werden zusätzlich Eigenschaften des menschlichen Hörens berücksichtigt, spricht man unter anderem vom Lautstärkepegel, angegeben beispielsweise in dB(A) oder Phon, oder von der Lautheit mit der Einheit Sone.

Die Stärke einer Schallquelle wird durch die abgestrahlte Schallenergie in Joule beziehungsweise Wattsekunden oder durch die Schallleistung in Watt charakterisiert. Der an einem Ort gemessene Schalldruck hängt vom Abstand zur Quelle ab. Im Freifeld gilt für seinen Effektivwert das 1/r-Abstandsgesetz: Der Schalldruck nimmt indirekt proportional zum Abstand r ab.

Lautstärkepegel und Frequenzabhängigkeit

Der Lautstärkepegel ist ein psychoakustisches Vergleichsmaß. Er gibt an, welchen Schalldruckpegel ein Sinuston mit 1000 Hz besitzen müsste, damit er genauso laut empfunden wird wie das untersuchte Hörereignis. Bei 1000 Hz stimmen der Zahlenwert des Schalldruckpegels in dB und derjenige des Lautstärkepegels in Phon überein.

Bei Sinustönen mit anderen Frequenzen und bei komplexen Schallereignissen können für denselben Lautstärkeeindruck andere Schalldruckpegel erforderlich sein. Diesen Zusammenhang zeigen die Kurven gleicher Lautstärkepegel, die Isophone. Die Frequenzbewertung wurde in DIN 45630 Blatt 2 und ISO R 226 von 1961 festgehalten. In ISO 226:2003 wurden die Kurven anhand von Forschungsergebnissen der vorhergehenden 20 Jahre neu festgelegt.

Für die logarithmische dB-Skala gelten wichtige Beziehungen:

• Eine Erhöhung des Schalldruckpegels um 6 dB entspricht einer Verdoppelung des Schalldrucks.
• Eine Erhöhung um 40 dB entspricht dem 100-fachen Schalldruck.
• Oberhalb von 40 Phon entspricht eine Erhöhung des Lautstärkepegels um 10 Phon einer Verdoppelung der wahrgenommenen Lautheit.

Lautheit in Sone

Die Lautheit ist eine psychoakustische Größe, die direkt ausdrückt, wie laut ein Mensch einen Schall empfindet. Sie wird in Sone angegeben und baut auf den Isophonen des Lautstärkepegels auf. Ein Schall mit einem Lautstärkepegel von 40 Phon besitzt definitionsgemäß eine Lautheit von 1 Sone. Ein doppelt so laut empfundener Schall hat den doppelten Sone-Wert, ein halb so laut empfundener Schall den halben Wert. So gehören beispielsweise 50, 60 und 70 Phon zu 2, 4 und 8 Sone; bis 140 Phon setzt sich die Folge mit 16, 32, 64, 128, 256, 512 und 1024 Sone fort.

DIN 45631 und ISO 532 B beschreiben Messverfahren für die Lautheit breitbandiger Signale. Lautstärkepegel in Phon und Lautheit in Sone können ineinander umgerechnet werden. Eine entsprechende unmittelbare Umrechnung in bewertete Schalldruckpegel in dB ist dagegen nicht möglich. Bewertete Schalldruckpegel bilden die empfundene Lautstärke weniger genau ab als Lautheitsmessungen, sind in Richtlinien zur Schallmessung und -bewertung aber wesentlich einfacher zu handhaben.

Musik und Tontechnik

In der Musik ist die Lautstärke einer der musikalischen Parameter eines Einzeltons; genauer kann sie als psychoakustische Tonstärke bezeichnet werden.

In der tontechnischen Produktion dienen meist schnell reagierende Peakmeter als Aussteuerungsmesser. Verwendet werden QPPM-Geräte (Quasi Peak Programme Meter) mit einer festgelegten Integrationszeit nach DIN 45406, IEC 268-10 beziehungsweise ARD Pf 3/6. Ihre Reaktionszeit von ungefähr 10 ms stellt einen Kompromiss zwischen dem Schutz des elektrischen Systems durch schnelles Ansprechen und einer näherungsweise gehörbezogenen Pegelmessung dar.

Zur Kontrolle der Lautheit werden überwiegend nach ITU BS.1770 normierte Lautheitsmesser eingesetzt. Sie zeigen LKFS an, also K-bewertete Lautheit bezogen auf Digital Full-Scale. Vereinzelt gibt es außerdem VU-Meter (Volume Units) mit einer Integrationszeit von etwa 300 ms nach ANSI C 16.5 oder IEC 268-17.

Für Schallpegelmessungen, etwa beim Einmessen von Studiomonitoren oder beim Überwachen von Beschallungssystemen, nutzt man Schallpegelmesser mit A- oder C-Bewertung.

Typische Größenordnungen

Die angegebenen Beispiele vergleichen den Effektivwert des Schalldrucks, den unbewerteten Schalldruckpegel mit dem Referenzpegel 20 µPa und näherungsweise die Lautheit. Die Sone-Werte sind allerdings nur sehr grob: Sie wurden aus dem unbewerteten Schalldruckpegel berechnet, obwohl sich Sone eigentlich auf den Lautstärkepegel in Phon beziehen. Dieser kann zahlenmäßig um 10 bis 20 dB beziehungsweise Phon vom unbewerteten Schalldruckpegel abweichen.

An der Hörschwelle bei 2 kHz werden 2·10^−5 Pa und 0 dB angegeben. Blätterrauschen oder ruhiges Atmen liegen bei 6,3·10^−5 Pa und 10 dB. Ein sehr ruhiges Zimmer erreicht ungefähr 2·10^−4 bis 6,3·10^−4 Pa beziehungsweise 20 bis 30 dB. Eine normale Unterhaltung aus 1 m Entfernung liegt bei 2·10^−3 bis 6,3·10^−3 Pa und 40 bis 50 dB. Für einen Fernseher in 1 m Entfernung bei Zimmerlautstärke werden 0,02 Pa und etwa 60 dB genannt.

Ein Pkw in 10 m Entfernung erreicht ungefähr 0,02 bis 0,2 Pa beziehungsweise 60 bis 80 dB, eine Hauptverkehrsstraße in 10 m Entfernung 0,2 bis 0,63 Pa beziehungsweise 80 bis 90 dB. Langfristige Einwirkung kann laut Tabelle ab 0,36 Pa beziehungsweise 85 dB Gehörschäden verursachen. Ein Presslufthammer in 1 m Entfernung oder eine Diskothek werden mit 2 Pa und ungefähr 100 dB angegeben. Für ein Düsenflugzeug in 100 m Entfernung nennt die Tabelle 6,3 bis 200 Pa und 110 bis 140 dB. Kurzfristige Einwirkung kann ab 20 Pa beziehungsweise 120 dB Gehörschäden verursachen. Die Schmerzschwelle wird mit 100 Pa und 134 dB angegeben.