Schallmessungen

Präzise Schallmessungen sind für das Verständnis und die Kontrolle von Schall in verschiedenen Anwendungen, einschließlich Akustik, Audiotechnik und Umweltwissenschaften, unerlässlich.

Übersicht über Schallmessungen

Die Durchführung genauer Schallmessungen erfordert ein tiefes Verständnis der Schalldefinition und der Faktoren, die seine Eigenschaften beeinflussen, wie z. B. Geschwindigkeit oder Ausbreitung. Darüber hinaus helfen Grundkenntnisse über Schallmessgrößen wie SPL oder LEQ, mehr über Messtechniken und deren Anwendungen zu erfahren.

Definition von Schallmessungen

Die Definition von Schallmessung in der Physik bezieht sich auf die Quantifizierung der Eigenschaften von Schallwellen, einschließlich ihrer Frequenz in Hertz und ihres Amplitudenpegels in Dezibel. Messungen sind von entscheidender Bedeutung für das Verständnis und die Kontrolle von Schall in verschiedenen Anwendungen, von der Akustik und Audiotechnik bis hin zu medizinischer Diagnostik und Umweltwissenschaften.

Welche Rolle spielen Schallmessungen?

Schallmessungen spielen eine entscheidende Rolle beim Verständnis und der Kontrolle von Schall in einer Vielzahl von Anwendungen, die von der Akustik und Audiotechnik bis hin zu Umweltwissenschaften und medizinischer Diagnostik reichen. Durch die Quantifizierung von Schalleigenschaften und die Berücksichtigung von Faktoren, die die Genauigkeit beeinflussen, ermöglichen Schallmessungen eine wirksame Lärmkontrolle, die Bewertung von Umgebungslärm, den Schutz des menschlichen Gehörs und Fortschritte in der wissenschaftlichen Forschung und bei technischen Anwendungen.

Welche Faktoren können die Genauigkeit von Schallmessungen beeinflussen?

Zu den Faktoren, die die Genauigkeit von Schallmessungen beeinflussen können, gehören das Medium, durch das sich der Schall ausbreitet (Luft, Wasser, Feststoffe), Wind, Feuchtigkeit, Temperatur, Luftdruck und Vibrationen. Beispielsweise kann Wind insbesondere bei Schallpegelmessungen im Freien zu erheblichen Messfehlern führen. Ebenso können Änderungen der Luftfeuchtigkeit und der Temperatur die Schallausbreitung beeinflussen und möglicherweise die Messungen verändern. Vibrationen können Fremdgeräusche verursachen, insbesondere bei der Messung leiser Geräusche oder wenn hohe Präzision erforderlich ist. Moderne Schallpegelmesser können diese Faktoren erkennen und berücksichtigen, um die Genauigkeit der Messungen zu verbessern.

Wind

Insbesondere bei Schallpegelmessungen im Freien kann Wind zu erheblichen Messfehlern führen. Windgeräusche entstehen durch die Turbulenzen, die sie beim Überströmen des Mikrofons erzeugen, was zu einer Überschätzung des tatsächlichen Geräuschpegels führen kann. Um dieses Problem abzumildern, werden bei Messungen im Freien normalerweise Windschutzscheiben über dem Mikrofon verwendet.

Feuchtigkeit

Luftfeuchtigkeit kann einen Einfluss auf die Schallausbreitung haben. Im Allgemeinen breitet sich Schall in feuchter Luft weiter aus als in trockener Luft. Dies liegt daran, dass feuchte Luft eine geringere Dichte als trockene Luft hat und daher Schallwellen weniger Widerstand entgegensetzt. Der Einfluss von Feuchtigkeit wirkt sich insbesondere auf die Membran des Mikrofons aus, weshalb professionelle Lärmmonitore interne Heizsysteme nutzen, um die Feuchtigkeit aus dem Mikrofon zu verdunsten.

Temperatur

Die Schallgeschwindigkeit variiert mit der Temperatur. In der Luft breitet sich Schall bei wärmeren Temperaturen schneller aus als bei kühleren. Temperaturgradienten können dazu führen, dass Schall gebrochen oder gebogen wird, was dazu führen kann, dass der wahrgenommene Schallpegel vom tatsächlichen Schallpegel an einem bestimmten Ort abweicht. Normalerweise können Lärmmonitore bei Bedingungen von -10 °C bis + 50 °C betrieben werden. Um den Temperaturbereich auf -30 °C und + 60 °C zu erweitern, verwenden Lärmmonitore Heiz- und Kühlsysteme.

Luftdruck

Bei höheren Drücken liegen die Luftmoleküle näher beieinander, was die Schallgeschwindigkeit erhöhen kann. Höhere Druckniveaus können die Intensität einer Schallwelle erhöhen und den Klang für den Zuhörer lauter machen. Denn je höher der Luftdruck, desto mehr Luftmoleküle müssen vibrieren und die Schallwelle übertragen. Änderungen des Luftdrucks können dazu führen, dass Schallwellen gebrochen werden oder ihre Richtung ändern. Dies ist auf die Schwankungen der Luftdichte zurückzuführen, die mit Änderungen des Luftdrucks einhergehen. Beispielsweise wird der Schall in Richtung Bereiche mit niedrigerem Luftdruck gebogen.

Vibrationen

Vibrationen können die Schallmessung beeinträchtigen, indem sie Fremdgeräusche einbringen. Dies stellt insbesondere dann ein Problem dar, wenn leise Geräusche gemessen werden oder eine hohe Präzision erforderlich ist. Moderne Schallpegelmesser erkennen mit eingebauten Beschleunigungsmessern Vibrationen, die die Ergebnisse beeinträchtigen. Es hilft, Ergebnisse auszuschließen, die durch Vibrationen beeinflusst wurden.

Wie misst man die Schallgeschwindigkeit?

Eine gängige Methode zur Schallgeschwindigkeitsmessung im Labor ist die Resonanzmethode. Durch die Nutzung des Resonanzprinzips und die Beobachtung der Muster stehender Wellen ist es möglich, die Wellenlänge des Schalls in der Röhre zu bestimmen. Da die Frequenz bekannt ist (vom Funktionsgenerator eingestellt), ist es möglich, die Schallgeschwindigkeit zu berechnen (Geschwindigkeit = Frequenz * Wellenlänge). Somit bietet das Resonanzrohr einen praktischen und praktischen Ansatz zur Untersuchung der Ausbreitung von Schallwellen und zur Messung der Schallgeschwindigkeit.

Schallmessgrößen

Schallmessgrößen bewerten Geräusche auf eine Weise, die mit der Wahrnehmung von Geräuschen durch das menschliche Ohr übereinstimmt. Dies kann besonders in Kontexten wie Lärmschutz, Sounddesign sowie Gesundheits- und Sicherheitsbewertungen nützlich sein. Im Bereich der Akustik definiert die Norm IEC 61672-1 Schallmessindikatoren zur Quantifizierung und Bewertung von Geräuschen in Dezibel:

Der zeitlich gemittelte Schallpegel oder äquivalente Dauerschallpegel (LAeq) ist der Logarithmus zur Basis 10 des Verhältnisses des frequenzgewichteten Schalldrucks über ein Zeitintervall zum quadrierten Referenzwert von 20 Mikropascal. Der LEQ ist die am häufigsten verwendete Schallmessgröße in der Akustik, da er sich direkt auf die Schallenergie bezieht.
Der Spitzenschallpegel (Lpeak) ist der Logarithmus zur Basis 10 des Verhältnisses des quadrierten größten Schalldrucks (positiv oder negativ) während eines Zeitintervalls zum Referenzwert von 20 Mikropascal
Der Schalldruckpegel (Lp) ist der Logarithmus zur Basis 10 des Verhältnisses des zeitlichen Mittelquadrats des Schalldrucks zum Quadrat des Referenzwerts 20 Mikropascal. Der Schalldruckpegel misst Dezibel mit einer A-Bewertungsskala (dBA), um die Reaktion des menschlichen Ohrs auf unterschiedliche Schalldruckpegel zu messen.
Der zeitgewichtete Schallpegel (LAF oder LAS) ist der Logarithmus zur Basis 10 des Verhältnisses des Laufzeitmittelwerts des zeitgewichteten Quadrats eines frequenzgewichteten Schalldrucksignals zum Quadrat des Referenzwerts 20 Mikro Pascal. Für zeitbewertete Schallpegelmessungen sind die Symbole LAF, LAS, LCF und die Gewichtungen A oder C sowie die Zeitbewertungen Schnell (F) und Langsam (S). Der zeitgewichtete Schallpegel wird üblicherweise für Lärmuntersuchungen und akustische Hintergrundmessungen verwendet.
Der Schallbelastungspegel (LAE) ist der Logarithmus zur Basis 10 des Verhältnisses der A-bewerteten Schallbelastung über Zeitintervalle (EA, T) zum Referenzwert der Schallbelastung. Der LAE ist gleich der Summe von LAeq über ein Zeitintervall und 10 Logarithmen des Verhältnisses der Zeitintervalllänge zur Referenzzeit von 1 Sekunde. Aus diesem Grund wird LAE oft als auf 1s normierter LAeq definiert. LAE wird bei Umgebungslärmmessungen (Fahrzeugdurchfahrten: Autos, Züge, Flugzeuge) eingesetzt.
LEX-Tageslärmbelastungspegel – im Fall von Berufslärm wird der LEQ in 8 Stunden eines Arbeitstages gemessen und dieses Ergebnis wird als täglicher Lärmbelastungspegel (LEX) bezeichnet. Die gemessenen täglichen Lärmbelastungspegel können auch als Prozentsatz des Tagesgrenzwerts dargestellt werden. Eine solche Darstellung des Ergebnisses wird als Lärmdosis bezeichnet.

LEQ Schallenergie

In der Praxis werden bei Schallmessungen Schallenergiegrößen wie der Äquivalente Dauerschallpegel (LEQ) als Hauptindikator für Dezibel verwendet. Der Grund dafür ist der direkte Zusammenhang der LEQ-Schallenergie mit dem Risiko einer Schädigung des menschlichen Gehörs. Der LEQ ist ein über einen bestimmten Zeitraum ermittelter Durchschnittswert, der einen einzelnen Dezibelwert ergibt, der der gleichen Menge an Schallenergie entspricht wie die unterschiedlichen Lärmpegel, die während dieses Zeitraums auftreten. Aus diesem Grund wird es häufig in Umgebungen eingesetzt, in denen Menschen im Laufe der Zeit unterschiedlichen Lärmpegeln ausgesetzt sind, beispielsweise am Arbeitsplatz oder bei der Untersuchung der Umgebungslärmbelastung.

Spitzenschalldruckpegel

Spitzenschallmessungen werden in verschiedenen Bereichen eingesetzt, darunter in der Akustik, der Audiotechnik und im Gesundheitsschutz am Arbeitsplatz. In Arbeitsumgebungen, in denen das Risiko einer Gehörschädigung aufgrund hoher Lärmpegel besteht, wird bei Schallpegelmessungen häufig der Spitzenwert C (Maximalwert des mit der C-Frequenz gewichteten momentanen Schalldrucks) verwendet. Der Spitzenschalldruck kann in sehr kurzer Zeit auftreten (d. h. ein paar Sekunden) und wird möglicherweise nicht durch Leq widergespiegelt, der ein Durchschnitt längerer Zeitintervalle ist. Aus diesem Grund ist die Messung von Peak besonders wichtig für die Überwachung und Steuerung der Lärmbelastung am Arbeitsplatz, um die Hörgesundheit der Arbeitnehmer zu schützen.

Dezibel-Skala

Schallmessungen verwenden eine Dezibelskala (dB). Dezibel ist eine logarithmische Einheit, die das Verhältnis des Druckpegels eines Schalls zu einem Referenzwert angibt. Der Dezibel-Referenzwert wird auf den leisesten Ton eingestellt, den das durchschnittliche menschliche Ohr hören kann: 20 µPa (Mikropascal). Dieser wird mit 0 dB bezeichnet und markiert die Grenze des menschlichen Gehörs. Je nach Technik und Anwendung werden Lärmmessungen in einem Maßstab bis zu 130 dB (63,2456 Pa) durchgeführt – beispielsweise in der Umgebung. Messungen von Spitzenschallpegeln bis zu 140 dB (200 Pa) werden an lauten Arbeitsplätzen durchgeführt, da dieser Pegel zu unmittelbaren Schäden und möglicherweise zu dauerhaftem Hörverlust führen kann.

Schallmesstechniken

Die grundlegende Technik der Schallmessung ist eine Lärmuntersuchung mittels SPL-Schalldruckpegelbewertung in Dezibel. Diese Technik wird bei akustischen Messungen aller Art zur ersten Beurteilung des akustischen Hintergrunds eingesetzt. Bei der Messung im Zeitverlauf wird der äquivalente Schallpegel LEQ verwendet.

Schalldruckpegel Messung

Die grundlegende Technik der Schallmessung ist eine Lärmuntersuchung mittels SPL-Schalldruckpegelbewertung in Dezibel. Diese Technik wird bei akustischen Messungen aller Art zur ersten Beurteilung des akustischen Hintergrunds eingesetzt. Bei der Messung im Zeitverlauf wird der äquivalente Schallpegel LEQ verwendet.

Dosimetrie

Dosimetrische Schallmessungen messen die Schallbelastung des Arbeitnehmers während des Arbeitstages. Der Schall wird mit einem Dosimeter gemessen, das an der Kleidung in der Nähe des Ohreingangs befestigt wird, um den am Ohr ankommenden Lärm zu beurteilen.

Frequenzanalyse

Die Frequenzanalyse ist ein integraler Bestandteil akustischer Techniken wie Schallleistung, Intensität oder Lautstärke. In der Praxis wird es in 1/1- oder 1/3-Oktavbändern oder in FFT durchgeführt. Das Ergebnis einer solchen Analyse wird als Frequenzspektrum bezeichnet und stellt Rauschen in aufeinanderfolgenden Frequenzbereichen (schmalen Frequenzbändern) dar.

STIPA

Schallmessungen des STIPA (Sprachübertragungsindex für Beschallungsanlagen) messen Effekte, die sich auf die Sprachverständlichkeit in der Raumakustik und/oder Beschallungsanlagen auswirken.

RT 60

Schallmessungen von RT 60 (Nachhallzeit) dienen zur Ermittlung der erforderlichen Akustik eines Raumes. Die Nachhallzeit RT60 in einem Raum wird durch die Absorptionseigenschaften der reflektierenden Oberflächen und deren Abstände bestimmt. Der Zweck dieser Messung besteht darin, eine objektive, quantitative Aussage über die akustische Qualität eines Raumes in einem Gebäude zu erhalten.

Schallleistung

Schallleistung bezieht sich auf die Rate, mit der Energie in Form von Schall abgestrahlt wird, ausgedrückt in Watt. Dabei handelt es sich um ein Maß für die Gesamtmenge an Schallenergie, die eine Schallquelle pro Zeiteinheit abgibt. Es wird hauptsächlich in Fertigungs- und Industrieanwendungen eingesetzt, um den von verschiedenen Maschinen, Werkzeugen, Fahrzeugen oder sogar ganzen Fabriken abgegebenen Schall zu bewerten.

Schallintensität

Die Schallintensität ist die Geschwindigkeit, mit der Schallenergie durch eine Einheitsfläche senkrecht zur Schallausbreitungsrichtung fließt, ausgedrückt in Watt pro Quadratmeter. Es ist ein Maß für die Stärke des Schalls an einem bestimmten Punkt und kann zur Bestimmung der Richtung der Schallquelle verwendet werden. Zusätzlich zur Schallrichtungsmessung kann die Schallintensität zur Berechnung der Schallleistung herangezogen werden.

Lautstärke

Die Lautstärke eines Schalls ist ein subjektiver Indikator dafür, wie stark der Mensch Schall wahrnimmt. Dabei handelt es sich um eine Methode zur Messung eines Schalls, die der menschlichen Wahrnehmung entspricht und sich von physikalischen Größen wie Schalldruck, Schallintensität oder Schallleistung unterscheidet. Die Lautstärke wird typischerweise mithilfe von Algorithmen wie der Zwicker-Lautheitsmethode gemessen, die nachweislich die höchste Korrelation zur vom Menschen wahrgenommenen Lautstärke aufweist. Lautstärke wird häufig in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet, darunter Lärmreduzierung am Arbeitsplatz, Einstufung von Lärm und Belästigung sowie Bewertung der Belästigung von Signal-/Alarmtönen und Aktionsgeräuschen mit Schwerpunkt auf Privatsphäre und Schlafstörungen.

Klangtonalität

Tonalitätsmessungen messen die Klangqualität, die damit zusammenhängt, wie Menschen die Tonkomponenten des Klangs wahrnehmen. Die Tonalitätsmessung identifiziert und misst Töne in einem bestimmten Geräuschspektrum.

Phase

Die Phase einer Schallwelle wird gemessen, wenn mehrere Schallquellen interagieren. Phasenmessungen identifizieren Interferenzen sowie konstruktive und destruktive Wellenmuster. Dies ist besonders wichtig in der Tontechnik, in der Konzertakustik oder bei der Einrichtung von Surround-Sound-Systemen.

Anwendungen für Schallmessungen

Eine genaue Schallmessung erfordert ein Verständnis der akustischen Eigenschaften von Schall sowie der sie beeinflussenden Faktoren. In der Praxis wenden Akustiker spezielle Schallmesstechniken auf die Anwendung an. Nachfolgend sind die häufigsten Messanwendungen aufgeführt:

Lärm am Arbeitsplatz

Schallmessungen dienen dem Schutz des menschlichen Gehörs am Arbeitsplatz. Berufliche Lärmbelastung kann in vielen Branchen auftreten, beispielsweise im verarbeitenden Gewerbe, im Baugewerbe und im Transportwesen. In der Praxis werden bei Lärmmessungen an Arbeitsplätzen Größen wie LEQ, PEAK und NOISE DOSE (LEQ normalisiert auf 8 Stunden) verwendet.

Umgebungslärm

Umweltschallmessungen schützen die Gesundheit und das Wohlbefinden der Bevölkerung vor den negativen Auswirkungen von Gemeinschaftslärm. In der Praxis wird bei Lärmmessungen in einer Umgebung meist LEQ verwendet.

Schalltechnik

Bei der Schalltechnik geht es darum, Lärmemissionen in verschiedenen Umgebungen zu entwerfen, zu kontrollieren oder zu reduzieren. Ziel ist es, Maschinen und Geräte zu schaffen, die weniger Lärm erzeugen und eine Umgebung schaffen, die für den Menschen angenehmer ist. Beispiele für Schalltechnik sind der Einsatz von Lärmschutzwänden, schallabsorbierenden Materialien und Gehörschützern.

Schallintensität

Die Schallintensität ist die Geschwindigkeit, mit der Schallenergie durch eine Einheitsfläche senkrecht zur Schallausbreitungsrichtung fließt, ausgedrückt in Watt pro Quadratmeter. Es ist ein Maß für die Stärke des Schalls an einem bestimmten Punkt und kann zur Bestimmung der Richtung der Schallquelle verwendet werden. Zusätzlich zur Schallrichtungsmessung kann die Schallintensität zur Berechnung der Schallleistung herangezogen werden.

Physik

Schallmessungen sind ein wichtiges Instrument sowohl in der Lehre als auch in der Forschung auf dem Gebiet der Physik. Sie ermöglichen die Erforschung grundlegender Prinzipien und bieten praktische Anwendungen für fortgeschrittene wissenschaftliche Forschung. Häufige Anwendungen akustischer Messungen in der Physik sind Wellenanalyse, Dopplereffekt, Resonanz, Schallintensität, Schallsignalverarbeitung und FFT-Analyse (Fast Fourier Transform).

Wissenschaft

Akustische Mikroskopie und Spektroskopie sind Techniken, die in der Materialwissenschaft und -technik zur Untersuchung der Eigenschaften von Materialien und Strukturen eingesetzt werden. Die akustische Mikroskopie nutzt hochfrequente Schallwellen, um die Mikrostruktur von Materialien abzubilden und zu charakterisieren, während die akustische Spektroskopie die Wechselwirkung von Schallwellen mit Materialien misst, um deren chemische Zusammensetzung und physikalische Eigenschaften zu analysieren.

Audiometrie

Audiometrie ist ein häufig verwendeter Hörtest, der die Mindestschwelle von Schallpegeln bei verschiedenen Frequenzen misst, die eine Person hören kann. Der Test wird durchgeführt, indem jedem Ohr separat eine Reihe reiner Töne, normalerweise zwischen 250 und 8000 Hz, präsentiert wird, und der Patient wird gebeten anzugeben, wann er den Ton hören kann. Die Ergebnisse werden in einem Audiogramm aufgezeichnet, das die Hörschwellenwerte für jede Frequenz anzeigt. Die Reintonaudiometrie kann dabei helfen, einen Hörverlust zu diagnostizieren und den Grad und die Art der Beeinträchtigung abzuschätzen, z. B. sensorineurale oder Schallleitungsstörung.

Psychoakustik

Die Untersuchung, wie das menschliche Gehirn Geräusche interpretiert und verarbeitet, wird als Psychoakustik und auditive Wahrnehmung bezeichnet. Die Wahrnehmung von Tonhöhe, Lautstärke, Klangfarbe und räumlichem Klang sind grundlegende Aspekte der Hörwahrnehmung. Diese Konzepte sind von entscheidender Bedeutung bei der Entwicklung von Hörgeräten und Audiosystemen, die darauf abzielen, das Hörerlebnis für Menschen mit Hörbehinderungen zu optimieren. Die Einheiten „Phones“ und „Sones“ werden in der Psychoakustik zur Darstellung der wahrgenommenen Lautstärke verwendet. Ein Phon ist eine Maßeinheit für die Lautstärke reiner Töne. Der Referenzpegel von 1 Phon ist auf 1 dB bei einer Frequenz von 1 kHz eingestellt. Der Sone ist eine weitere Einheit der wahrgenommenen Lautstärke. Ein Sone ist definiert als die Lautstärke eines 1-kHz-Tons bei 40 dB. Diese Einheiten helfen dabei, die nichtlineare Beziehung zwischen der physikalischen Intensität eines Tons und seiner wahrgenommenen Lautstärke zu quantifizieren. Dieses Verständnis ist in vielen Bereichen unerlässlich, beispielsweise in der Tontechnik, der Musikproduktion und dem Design von Hörgeräten.

Schallmessnormen

Eine Vielzahl von Schallmessanwendungen, -techniken und -faktoren, die die Genauigkeit beeinflussen, erfordern eine Standardisierung. Um Genauigkeit und Konsistenz zu gewährleisten, haben internationale Organisationen wie ISO Standards festgelegt, um Schallmessungen für jede Anwendung zu leiten. Normen berücksichtigen Faktoren, die die Genauigkeit beeinflussen, und geben Messgrößen, Maßstäbe, Instrumente und Techniken an. Die am häufigsten verwendeten Standards für akustische Messungen sind unten aufgeführt.

ISO

Die Internationale Organisation für Normung (ISO) ist eine nichtstaatliche internationale Organisation, die eine Vielzahl von Standards festlegt, auch für die Akustik. Die ISO verfügt über verschiedene Standards für Schallmessungen. Beispielsweise befasst sich ISO 1999 mit der Bestimmung von lärmbedingtem Hörverlust, während ISO 9612 Richtlinien zur Bestimmung der Lärmbelastung am Arbeitsplatz und zur Abschätzung lärmbedingter Hörschäden bereitstellt.

IEC

Auch die Internationale Elektrotechnische Kommission (IEC) setzt Standards, insbesondere für die Elektrotechnik (einschließlich Ton- und Audiotechnik). Ein Beispiel ist IEC 61672, das Leistungsstandards für Schallpegelmesser festlegt.

Amerikanische Standards (ANSI und OSHA)

In den Vereinigten Staaten stellt das American National Standards Institute (ANSI) Richtlinien für verschiedene Bereiche bereit, darunter auch für die Akustik. ANSI S1.4 ist ein solcher Standard, der Spezifikationen für Schallpegelmesser festlegt. Auch die Occupational Safety and Health Administration (OSHA) verfügt über Standards zum Thema Lärm, insbesondere zu zulässigen Lärmbelastungspegeln am Arbeitsplatz, um das Gehör der Mitarbeiter zu schützen.

EU-Richtlinien

In der Europäischen Union wurden Richtlinien erlassen, die Lärmgrenzwerte für verschiedene Umgebungen (z. B. Arbeits-, Wohn- und Freizeitumgebungen) festlegen. Bei diesen Richtlinien handelt es sich nicht um eigentliche Messnormen, sondern um den rechtlichen Rahmen, innerhalb dessen der Schall kontrolliert werden muss. Die technischen Richtlinien für die Messung von Lärm zur Einhaltung dieser Richtlinien werden häufig in zugehörigen ISO- und/oder IEC-Normen festgelegt.

Spezialisierte Standards

Neben allgemeinen Normen zur Schallmessung gibt es spezielle Normen für spezielle Anwendungen. Dies ermöglicht valide Vergleiche und Bewertungen sowie die Entwicklung und Umsetzung wirksamer Lärmschutzstrategien.
Diese Standards bieten detaillierte Informationen zu Methoden und Instrumenten zur Bewertung der Akustik in bestimmten Kontexten. Hier sind die gängigsten speziellen Schallmessstandards:

ISO 16283 (Bauakustik)

ISO 16283: Hierbei handelt es sich um eine Normenreihe speziell zur Beurteilung der Schalldämmung in Gebäuden. Es enthält Anleitungen zur Messung der Luftschalldämmung zwischen Räumen, der Trittschalldämmung am Boden und der Fassadenschalldämmung. Es wird in der Architektur- und Bauakustik eingesetzt, um sicherzustellen, dass Räume bestimmte Schallschutzkriterien erfüllen.

IEC 60268 (STIPA-Methode)

IEC 60268 (STIPA-Methode): Diese Norm beschreibt, wie die Sprachverständlichkeit mithilfe des Speech Transmission Index (STI) und seiner Variante STIPA (Speech Transmission Index for Public Address Systems) gemessen wird. Diese Messung ist in verschiedenen Umgebungen von entscheidender Bedeutung, beispielsweise in Beschallungsanlagen, Notfallevakuierungssystemen und Klassenzimmern, in denen eine klare Sprachkommunikation von entscheidender Bedeutung ist.

ISO 1996 (Umgebungslärm)

ISO 1996: Diese Norm dient zur Beschreibung, Messung und Bewertung von Umgebungslärm. Es wurde entwickelt, um konsistente und genaue Messungen von Lärm aus verschiedenen Quellen zu liefern, darunter Straßenverkehr, Eisenbahnverkehr, Flugverkehr, Industrieaktivitäten und sogar Freizeitaktivitäten. Der Standard wird häufig bei Umweltverträglichkeitsprüfungen und bei der Formulierung von Lärmschutzvorschriften und -richtlinien verwendet.

Schallmessinstrumente

In der Akustik ist Schallmessung der Prozess der Messung von Schalldruckpegeln mithilfe von Schallmessinstrumenten: Schallpegelmesser, Lärmdosimeter oder Lärmmonitore. Die Wahl der Instrumentierung hängt von der Technik und der Anwendung ab. Darüber hinaus erfordert jede Technik einen speziellen Satz an Instrumentierungsfunktionen und Zubehör, um die Genauigkeit der Messergebnisse sicherzustellen. Abhängig von der spezifischen Anwendung und den Anforderungen des verwendeten Messstandards gibt es verschiedene Möglichkeiten, Schall zu messen. Die drei wichtigsten verwendeten Instrumente sind Schallpegelmesser (SLMs), persönliche Schallexpositionsmesser (Lärmdosimeter) und Außenlärmüberwachungsstationen.

Schallpegelmesser

Schallpegelmesser (SLMs): Dies sind die am häufigsten verwendeten Geräte zur Messung des Schalldruckpegels. Sie erfassen momentane Schallpegel, können aber auch Schallpegel über einen bestimmten Zeitraum integrieren und so Durchschnitts- und Spitzenpegel liefern. Schallpegelmesser werden typischerweise bei Anwendungen wie der Beurteilung der Gebäudeakustik eingesetzt, bei denen der SLM für stabile und genaue Messungen normalerweise auf einem Stativ montiert ist.

Lärmdosimeter

Persönliche Schallexpositionsmessgeräte (Lärmdosimeter): Hierbei handelt es sich um tragbare Geräte, mit denen die Lärmbelastung einer Person über einen bestimmten Zeitraum gemessen werden soll. Sie werden typischerweise bei der Beurteilung von Lärm am Arbeitsplatz eingesetzt, bei dem ein Arbeiter während einer Schicht ein Dosimeter auf der Schulter trägt. Dies liefert ein Maß für die kumulative Schallbelastung, der der Arbeitnehmer ausgesetzt war, was wichtig ist, um die Einhaltung der Vorschriften zur Lärmbelastung am Arbeitsplatz sicherzustellen.

Lärmmmessstationen

Außenlärmüberwachungsstationen (Lärmmmessstationen): Hierbei handelt es sich um hochentwickelte Systeme zur langfristigen, kontinuierlichen Überwachung von Umgebungslärm. Sie werden typischerweise zur Messung von Lärm aus Quellen wie Verkehr, Bau und Industrietätigkeit in städtischen und ländlichen Gebieten eingesetzt. Um repräsentative Proben der Lärmumgebung zu erfassen, werden Lärmmonitore häufig in einer Höhe von beispielsweise 4 Metern über dem Boden platziert.

Notwendiges Zubehör

Bei professionellen Schallmessungen sind mehrere zusätzliche Werkzeuge (z. B. Kalibratoren) und Zubehör (z. B. Mikrofone) von entscheidender Bedeutung, um genaue Ergebnisse zu erzielen. Hier das wichtigste Zubehör zur Schallmessung:

Mikrofone und Vorverstärker

Mikrofone sind für die Umwandlung von Schallwellen in elektrische Signale unerlässlich. Verschiedene Arten von Mikrofonen haben unterschiedliche Empfindlichkeitsstufen, Richtungsrichtungen und Frequenzgänge, wodurch sie für verschiedene Arten von Messungen geeignet sind. Vorverstärker werden verwendet, um diese Signale auf Pegel zu verstärken, die für die Messung oder Aufzeichnung geeignet sind. Es ist von entscheidender Bedeutung, dass diese Geräte ordnungsgemäß kalibriert und gewartet werden, um die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Schallmessungen sicherzustellen.

Kalibratoren

Schallpegelmesser und Mikrofone müssen regelmäßig überprüft und kalibriert werden, um ihre Genauigkeit aufrechtzuerhalten. Akustische Kalibratoren sind Geräte, die einen Ton mit bekannter Frequenz und Amplitude erzeugen, sodass der Benutzer sicherstellen kann, dass seine Messgeräte genaue Messwerte liefern. Es ist wichtig, Kalibratoren zu verwenden, die für die spezifische Ausrüstung und die Bedingungen geeignet sind, unter denen Messungen durchgeführt werden.

Schallquellen

Als Schallquelle bezeichnet man ein Gerät, das Schall erzeugt und zur Durchführung akustischer Messungen oder Simulationen dient. Zu den gängigen Schallquellen in der Akustik gehören Lautsprecher, die Töne oder Geräusche in einer festgelegten Lautstärke abgeben können. Lautsprecher werden häufig verwendet, da sie in der Lage sind, eine Reihe von Frequenzen und Amplituden zu erzeugen, was sie zu vielseitigen Werkzeugen für die akustische Analyse macht. Speziellere Schallquellen wie ein Dodekaeder-Lautsprecher sind so konzipiert, dass sie den Schall gleichmäßig in alle Richtungen abgeben. Diese werden häufig in der Raumakustik eingesetzt, um die Ausbreitung von Schall in einer realen Umgebung zu simulieren. Durch die Verwendung bekannter Schallquellen können Akustiker unterschiedliche akustische Umgebungen und Bedingungen simulieren und so präzisere und kontrollierte Messungen ermöglichen. Die bekannten Eigenschaften dieser Schallquellen bilden eine Grundlage, anhand derer die akustischen Eigenschaften eines Raumes gemessen und analysiert werden können.

Instrumentierungsfunktionen

Zusätzlich zu Umgebungsfaktoren beeinflussen Instrumentierungsmöglichkeiten wie Messbereich oder Abtastfrequenz die Messfähigkeit. Folgende instrumentelle Faktoren haben Einfluss auf Schallmessungen:

Genauigkeit

Unter Genauigkeit versteht man den Grad, in dem die Messungen eines Schallmessgeräts den wahren bzw. tatsächlichen Werten nahekommen. Ein genaues Schallmessgerät der Klasse 1 liefert Messwerte, die den realen Werten des gemessenen Schalls weitgehend entsprechen. Dazu können die Frequenz, die Amplitude und andere relevante Parameter des Tons gehören.
Darüber hinaus kann sich die Genauigkeit auf die Leistung des Geräts über einen weiten Frequenzbereich erstrecken, wie der Hinweis auf einen breiteren Frequenzgang bei Geräten der Klasse 1 zeigt. Ein genaues Gerät ist in diesem Zusammenhang nicht nur präzise bei der Messung von Schall bei einer bestimmten Frequenz, sondern auch in der Lage, diese Präzision über ein breites Spektrum von Schallfrequenzen aufrechtzuerhalten.
Die Genauigkeit des Geräts ist entscheidend für die Gewährleistung einer zuverlässigen Datenerfassung und ermöglicht ein besseres Verständnis der Schallumgebung und effektivere Schallkontrollstrategien auf der Grundlage der gesammelten Daten.

Schallamplitude und Abtastfrequenz

Als Schallamplitude bezeichnet man im Kontext der Akustik die maximale Auslenkung bzw. Ausdehnung einer Schallwelle aus ihrer Gleichgewichtslage. Es ist ein Maß für die Stärke oder Intensität des Schalls. Mit anderen Worten, es ist das Maß für die Höhe der Welle, die der Lautstärke oder Lautstärke des Schalls entspricht. Höhere Amplituden werden als lautere Töne wahrgenommen, während niedrigere Amplituden leiseren Tönen entsprechen. Die maximale Schallamplitude oder Spitzenschall ist der höchste Punkt oder die maximale Auslenkung der Schallwelle in einem definierten Zeitraum.

Die Abtastfrequenz, auch Abtastrate genannt, gibt an, wie oft ein Ton pro Zeiteinheit gemessen oder abgetastet wird. Sie wird normalerweise in Hertz (Hz) gemessen, wobei ein Hz einem Abtastwert pro Sekunde entspricht. Eine höhere Abtastfrequenz ermöglicht eine genauere digitale Darstellung des Originaltons. Gemäß dem angegebenen Beispiel können professionelle Instrumente Schallmessungen mit Abtastfrequenzen von bis zu 48 kHz aufzeichnen, was bedeutet, dass das Messgerät 48.000 Schallproben pro Sekunde erfasst und aufzeichnet. Diese hohe Abtastrate ermöglicht eine präzise und hochwertige Darstellung des aufgenommenen Tons.

Frequenz und Frequenzbereich

Im Kontext der Akustik bezeichnet die Frequenz die Häufigkeit, mit der eine Schallwelle pro Zeiteinheit in ihre Ausgangsposition in ihrer Wellenform zurückkehrt. Dies kann man sich auch als die Anzahl vollständiger Zyklen vorstellen, die eine Welle in einem bestimmten Zeitraum durchläuft. Die Frequenz wird typischerweise in Hertz (Hz) gemessen, wobei ein Hz einem Zyklus pro Sekunde entspricht. Im menschlichen Hörsystem wird die Frequenz als Tonhöhe wahrgenommen; Höhere Frequenzen entsprechen höheren Tönen, während niedrigere Frequenzen tieferen Tönen entsprechen.

Der Frequenzbereich hingegen bezieht sich auf die Spanne zwischen der niedrigsten und der höchsten Frequenz, die ein System genau darstellen oder reproduzieren kann. Für den Menschen liegt der hörbare Frequenzbereich typischerweise zwischen 20 Hz und 20.000 Hz (20 kHz). Dieser Bereich kann von Person zu Person variieren und nimmt tendenziell mit zunehmendem Alter ab. Geräte wie Schallpegelmesser oder Audioaufzeichnungsgeräte arbeiten ebenfalls in bestimmten Frequenzbereichen, um die Genauigkeit und Qualität der Tonaufnahme und -wiedergabe sicherzustellen. Beispielsweise verfügt das Schallmessgerät der Klasse 1 von Svantek über einen Frequenzbereich von 10 Hz bis 20.000 Hz (20 kHz). Dieses Gerät sammelt 48.000 Abtastwerte pro Sekunde (48 kHz) gemäß der Nyquist-Regel, die besagt, dass die Abtastfrequenz mindestens doppelt so hoch sein sollte wie die maximale Frequenz des Bereichs, um das Signal genau darzustellen.

Gewichtungsfilter (A, B, C und Z)

Gewichtungsfilter (A, B, C und Z) modifizieren den Frequenzgang des Schallpegelmessers, um die unterschiedliche Empfindlichkeit des menschlichen Ohrs bei verschiedenen Frequenzen widerzuspiegeln. Der A-Bewertungsfilter ist der am häufigsten verwendete Filter bei der Schallmessung, da er genau abbildet, wie laut ein Schall für das menschliche Ohr ist. Der B-Bewertungsfilter wird seltener verwendet, während der C-Bewertungsfilter für die Messung sehr hoher Schallpegel verwendet wird, beispielsweise auf Baustellen. Der Z-Bewertungsfilter, der den ungewichteten Schallpegel misst, wird verwendet, wenn der Frequenzgehalt des Schalls unbekannt ist.

Integrationsmethoden (exponentiell, linear)

Integrationsverfahren (exponentiell, linear) bestimmen, wie der Schallpegelmesser die gemessenen Schallpegel über die Zeit integriert, um einen repräsentativen Wert zu erzeugen. Bei der exponentiellen Integration wird die Zeitgewichtung verwendet, um aktuelle Schallpegel hervorzuheben, während bei der linearen Integration alle Schallpegel gleich behandelt werden. Abhängig von der Art des gemessenen Schalls können unterschiedliche Integrationsmethoden besser geeignet sein.

Zeitgewichtung (Schnell, Langsam und Impuls)

Die Zeitbewertung (Schnell, Langsam und Impuls) wird verwendet, um die Reaktion eines Schallpegelmessers auf verschiedene Arten von Geräuschen und Geräuschquellen anzupassen. Bei der schnellen Gewichtung werden die Spitzenpegel des Schalls hervorgehoben, während bei der langsamen Gewichtung die Pegel über einen längeren Zeitraum gemittelt werden, was eine bessere Darstellung des gesamten Schallpegels ermöglicht. Die Impulszeitgewichtung erfasst plötzliche Geräusche von kurzer Dauer, wie sie beispielsweise durch Schusswaffen oder Explosionen erzeugt werden. Es ist wichtig zu beachten, dass die Leq-Schallenergie linear gemäß IEC 61672-1 gemessen wird (nicht unter Verwendung von „Schnell“ oder „Langsam“).

Warum verwenden Schallmessungen „Fast“ und „Slow”?

Schallmessungen verwenden Fast und Slow, da sie früher in der Vergangenheit mit analogen Schallpegelmessern durchgeführt wurden. Wenn der Schallpegel zu schnell schwankt, bewegt sich die analoge Anzeige zu schnell, sodass keine aussagekräftige Anzeige möglich ist. Aus diesem Grund wurden zwei Detektor-Ansprecheigenschaften standardisiert: „F“ (für Fast) und „S“ (für Slow). Moderne Digitalanzeigen überwinden das Problem schwankender analoger Messgeräte und ermöglichen eine sehr genaue Klangbeurteilung. In digitalen Zählern werden jedoch immer noch Schnell und Langsam verwendet, hauptsächlich um die historische Konsistenz zu wahren.

Wie minimieren Schallmessinstrumente den Einfluss externer Faktoren?

Um genaue Schallmessungen zu gewährleisten, sind Schallpegelmesser speziell darauf ausgelegt, den Einfluss externer Faktoren zu minimieren und die von ihnen im Schallfeld verursachten Störungen zu kompensieren. Professionelle Instrumente haben eine dreieckige Deckenform, um den Beitrag der Schallreflexion vom Instrumentenkörper selbst zu minimieren. Zweitens dient eine Schaumstoff-Windschutzscheibe zum Schutz vor Staub oder Feuchtigkeit und zur Dämpfung des Windeinflusses. Insbesondere für die Schallüberwachung im Freien ist die Windschutzscheibe größer, sodass stärkere Winde abgeschirmt werden können.

Schallmessungen: Wichtige Erkenntnisse

Schallmessungen sind für das Verständnis und die Kontrolle von Schall in verschiedenen Anwendungen, einschließlich Akustik, Audiotechnik und Umweltwissenschaften, unerlässlich.
Schallpegelmessungen quantifizieren Eigenschaften von Schallwellen, wie z. B. Frequenz und Amplitude, unter Verwendung von Einheiten wie Hertz (Hz) und Dezibel (dB).
Zu den Faktoren, die die Schallanalyse beeinflussen, gehören Wind, Luftfeuchtigkeit, Temperatur, Luftdruck und Vibrationen.
Wind kann zu Messfehlern bei Schallpegelmessungen im Freien führen. Zur Abmilderung dieses Problems werden Windschutzscheiben verwendet.
Luftfeuchtigkeit beeinflusst die Schallausbreitung, wobei sich Schall in feuchter Luft weiter ausbreitet als in trockener Luft. Professionelle Lärmmonitore nutzen Heizsysteme, um Feuchtigkeit aus dem Mikrofon zu verdunsten.
Die Temperatur beeinflusst die Schallgeschwindigkeit, wobei wärmere Temperaturen zu einer schnelleren Schallausbreitung führen. Lärmmonitore können in Temperaturbereichen von -10 °C bis +50 °C betrieben werden, Heiz-/Kühlsysteme erweitern den Bereich.
Der Luftdruck beeinflusst die Geschwindigkeit und Intensität des Schalls, wobei höhere Drücke die Schallgeschwindigkeit und -lautstärke erhöhen. Änderungen des Luftdrucks können zur Brechung von Schallwellen führen.
Vibrationen können die Klanganalyse beeinträchtigen, insbesondere bei Geräuschen mit niedrigem Pegel. Moderne Schallpegelmesser verfügen über eingebaute Beschleunigungsmesser, um durch Vibrationen beeinträchtigte Ergebnisse zu erkennen und auszuschließen.
Die Resonanzmethode ist eine gängige Labortechnik zur Messung der Schallgeschwindigkeit durch Beobachtung stehender Wellenmuster.
Schallmessgrößen umfassen den zeitlich gemittelten Schallpegel (LAeq), den Spitzenschallpegel (Lpeak), den Schalldruckpegel (SPL oder Lp), den zeitgewichteten Schallpegel (LAF oder LAS) und den Schallexpositionspegel (LAE).
LEQ wird häufig in der Akustik verwendet, da es die durchschnittliche Schallenergie über die Zeit darstellt, während Lpeak den maximalen Schalldruck misst.
Schallintensität, Schallleistung, Schalllautstärke und Schallwellenphase sind weitere Messtechniken, die in unterschiedlichen Zusammenhängen eingesetzt werden.
Akustische Messungen haben verschiedene Anwendungen, darunter die Beurteilung von Lärm am Arbeitsplatz, die Überwachung von Umgebungslärm, Tontechnik, physikalische Forschung, Audiometrie und Psychoakustik.
Internationale Organisationen wie ISO, IEC, ANSI und OSHA legen Standards für Lärmmessungen fest und stellen so Genauigkeit und Konsistenz über alle Anwendungen hinweg sicher.
Schallmessinstrumente umfassen Schallpegelmesser, Lärmdosimeter und Außenlärmüberwachungsstationen.
Zusätzliche Werkzeuge und Zubehör wie Mikrofone, Vorverstärker, Kalibratoren und Schallquellen werden verwendet, um die Genauigkeit der Schallanalyse zu verbessern.
Instrumentierungsmerkmale wie Genauigkeit, Frequenzbereich, Bewertungsfilter, Integrationsmethoden, Zeitbewertung und Minimierung von Verzerrungen tragen zu zuverlässigen akustischen Messungen bei.

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