Logarithmische Einheit zur Messung des Schalldruckpegels

dB SPL (Schalldruckpegel) misst den Schalldruck relativ zu 20 µPa, der Hörschwelle des Menschen. Die logarithmische Skala bedeutet +10 dB = 10-fache Druckerhöhung, +20 dB = 100-fache Druckerhöhung, aber nur eine 2-fache wahrgenommene Lautheit aufgrund der Nichtlinearität des menschlichen Gehörs.

Beispiel: Ein Gespräch bei 60 dB hat einen 1000-fach höheren Druck als die Hörschwelle bei 0 dB, klingt aber subjektiv nur 16-mal lauter.

Physikalische Kraft pro Fläche, die von Schallwellen ausgeübt wird

Schalldruck ist die momentane Druckschwankung, die durch eine Schallwelle verursacht wird, gemessen in Pascal (Pa). Er variiert von 20 µPa (kaum hörbar) bis 200 Pa (schmerzhaft laut). Der Effektivwert (RMS) des Drucks wird typischerweise für kontinuierliche Geräusche angegeben.

Beispiel: Normale Sprache erzeugt 0,02 Pa (63 dB). Ein Rockkonzert erreicht 2 Pa (100 dB) – 100-fach höherer Druck, aber nur 6-mal lauter wahrgenommen.

Akustische Leistung pro Flächeneinheit

Die Schallintensität misst den akustischen Energiefluss durch eine Oberfläche in Watt pro Quadratmeter. Sie steht im Zusammenhang mit dem Druck² und ist grundlegend für die Berechnung der Schallleistung. Die Hörschwelle liegt bei 10⁻¹² W/m², während ein Düsentriebwerk aus nächster Nähe 1 W/m² erzeugt.

Beispiel: Ein Flüstern hat eine Intensität von 10⁻¹⁰ W/m² (20 dB). Die Schmerzschwelle liegt bei 1 W/m² (120 dB) – eine Billion Mal intensiver.

Phonograph erfunden

Thomas Edison erfindet den Phonographen, der die ersten Aufnahmen und Wiedergaben von Schall ermöglicht und das Interesse an der Quantifizierung von Audiopegeln weckt.

Dezibel eingeführt

Die Bell Telephone Laboratories führen das Dezibel zur Messung von Übertragungsverlusten in Telefonkabeln ein. Benannt nach Alexander Graham Bell, wird es schnell zum Standard für Audiomessungen.

Fletcher-Munson-Kurven

Harvey Fletcher und Wilden A. Munson veröffentlichen Kurven gleicher Lautstärke, die die frequenzabhängige Hörempfindlichkeit zeigen und die Grundlage für die A-Bewertung und die Phon-Skala legen.

Schallpegelmesser

Der erste kommerzielle Schallpegelmesser wird entwickelt, der die Lärmmessung für industrielle und umwelttechnische Anwendungen standardisiert.

Son-Skala standardisiert

Stanley Smith Stevens formalisiert die Son-Skala (ISO 532), die ein lineares Maß für die wahrgenommene Lautheit bietet, bei dem eine Verdopplung der Son-Werte einer Verdopplung der wahrgenommenen Lautheit entspricht.

OSHA-Standards

Die US-Arbeitsschutzbehörde (OSHA) legt Lärmexpositionsgrenzwerte (85-90 dB TWA) fest, wodurch die Schallmessung für die Sicherheit am Arbeitsplatz entscheidend wird.

Revision von ISO 226

Aktualisierte Kurven gleicher Lautstärke basierend auf moderner Forschung, die die Phon-Messungen und die Genauigkeit der A-Bewertung über Frequenzen hinweg verfeinern.

Digitale Audiostandards

LUFS (Loudness Units relative to Full Scale) werden für Rundfunk und Streaming standardisiert und ersetzen reine Spitzenwertmessungen durch wahrnehmungsbasierte Lautheitsmessung.

• **+3 dB = Leistungsverdopplung** (für die meisten Menschen kaum wahrnehmbar)
• **+6 dB = Druckverdopplung** (inverses Abstandsgesetz, halbe Entfernung)
• **+10 dB ≈ 2× lauter** (wahrgenommene Lautheit verdoppelt sich)
• **+20 dB = 10× Druck** (zwei Dekaden auf der logarithmischen Skala)
• **60 dB SPL ≈ normales Gespräch** (in 1 Meter Entfernung)
• **85 dB = OSHA 8-Stunden-Grenzwert** (Schwelle für Gehörschutz)
• **120 dB = Schmerzschwelle** (sofortiges Unbehagen)

• **Gleiche Quellen:** 80 dB + 80 dB = 83 dB (nicht 160!)
• **10 dB Unterschied:** 90 dB + 80 dB ≈ 90,4 dB (leisere Quelle spielt kaum eine Rolle)
• **20 dB Unterschied:** 90 dB + 70 dB ≈ 90,04 dB (vernachlässigbarer Beitrag)
• **Verdopplung der Quellen:** N gleiche Quellen = Original + 10×log₁₀(N) dB
• **10 gleiche 80-dB-Quellen = 90 dB gesamt** (nicht 800 dB!)

• **0 dB SPL** = 20 µPa = Hörschwelle
• **20 dB** = Flüstern, stille Bibliothek
• **60 dB** = normales Gespräch, Büro
• **85 dB** = starker Verkehr, Gehörrisiko
• **100 dB** = Nachtclub, Kettensäge
• **120 dB** = Rockkonzert, Donner
• **140 dB** = Schuss, Düsentriebwerk in der Nähe
• **194 dB** = theoretisches Maximum in der Atmosphäre

• **Addieren Sie dB niemals arithmetisch** — verwenden Sie logarithmische Additionsformeln
• **dBA ≠ dB SPL** — A-Bewertung reduziert Bässe, keine direkte Umrechnung möglich
• **Entfernungsverdopplung** ≠ halber Pegel (es sind -6 dB, nicht -50 %)
• **3 dB kaum wahrnehmbar,** nicht 3× lauter — Wahrnehmung ist logarithmisch
• **0 dB ≠ Stille** — es ist der Referenzpunkt (20 µPa), kann negativ sein
• **Phon ≠ dB** außer bei 1 kHz — frequenzabhängige gleiche Lautheit

Drei Gründe machen die logarithmische Messung unerlässlich:

• Menschliche Wahrnehmung: Ohren reagieren logarithmisch – eine Druckverdopplung klingt wie +6 dB, nicht 2×
• Bereichskompression: 0-140 dB gegenüber 20 µPa - 200 Pa (unpraktisch für den täglichen Gebrauch)
• Multiplikation wird zu Addition: Die Kombination von Schallquellen verwendet einfache Addition
• Natürliche Skalierung: Faktoren von 10 werden zu gleichen Schritten (20 dB, 30 dB, 40 dB...)

Die logarithmische Skala ist kontraintuitiv. Vermeiden Sie diese Fehler:

• 60 dB + 60 dB = 63 dB (nicht 120 dB!) – logarithmische Addition
• 90 dB - 80 dB ≠ 10 dB Unterschied – Werte subtrahieren, dann antilogarithmieren
• Verdopplung der Entfernung reduziert den Pegel um 6 dB (nicht um 50 %)
• Halbierung der Leistung = -3 dB (nicht -50 %)
• 3 dB Anstieg = 2× Leistung (kaum wahrnehmbar), 10 dB = 2× Lautheit (deutlich hörbar)

Kerngleichungen für Schallpegelberechnungen:

• Druck: dB SPL = 20 × log₁₀(P / 20µPa)
• Intensität: dB IL = 10 × log₁₀(I / 10⁻¹²W/m²)
• Leistung: dB SWL = 10 × log₁₀(W / 10⁻¹²W)
• Kombination gleicher Quellen: L_total = L + 10×log₁₀(n), wobei n = Anzahl der Quellen
• Abstandsgesetz: L₂ = L₁ - 20×log₁₀(r₂/r₁) für Punktquellen

Man kann Dezibel nicht arithmetisch addieren. Verwenden Sie die logarithmische Addition:

• Zwei gleiche Quellen: L_total = L_single + 3 dB (z. B. 80 dB + 80 dB = 83 dB)
• Zehn gleiche Quellen: L_total = L_single + 10 dB
• Unterschiedliche Pegel: In lineare Werte umrechnen, addieren, zurückrechnen (komplex)
• Daumenregel: Das Hinzufügen von Quellen, die 10+ dB auseinander liegen, erhöht den Gesamtpegel kaum (<0,5 dB)
• Beispiel: 90-dB-Maschine + 70-dB-Hintergrund = 90,04 dB (kaum wahrnehmbar)

Einheit des Lautstärkepegels, bezogen auf 1 kHz

Phon-Werte folgen den Kurven gleicher Lautstärke (ISO 226:2003). Ein Schall bei N Phon hat die gleiche wahrgenommene Lautheit wie N dB SPL bei 1 kHz. Bei 1 kHz gilt: Phon = dB SPL. Bei anderen Frequenzen unterscheiden sie sich aufgrund der Empfindlichkeit des Ohrs dramatisch.

• 1 kHz Referenz: 60 Phon = 60 dB SPL bei 1 kHz (per Definition)
• 100 Hz: 60 Phon ≈ 70 dB SPL (+10 dB für gleiche Lautheit erforderlich)
• 50 Hz: 60 Phon ≈ 80 dB SPL (+20 dB erforderlich – Bass klingt leiser)
• 4 kHz: 60 Phon ≈ 55 dB SPL (-5 dB – Spitzenempfindlichkeit des Ohrs)
• Anwendung: Audio-Equalizing, Hörgeräte-Kalibrierung, Bewertung der Klangqualität
• Einschränkung: Frequenzabhängig; erfordert reine Töne oder Spektralanalyse

Lineare Einheit der subjektiven Lautheit

Son quantifizieren die wahrgenommene Lautheit linear: 2 Son klingen doppelt so laut wie 1 Son. Definiert durch Stevens' Potenzgesetz, 1 Son = 40 Phon. Eine Verdopplung der Son entspricht +10 Phon = +10 dB bei 1 kHz.

• 1 Son = 40 Phon = 40 dB SPL bei 1 kHz (Definition)
• Verdopplung: 2 Son = 50 Phon, 4 Son = 60 Phon, 8 Son = 70 Phon
• Stevens'sches Gesetz: Wahrgenommene Lautheit ∝ (Intensität)^0,3 für mittlere Schallpegel
• Praxis: Gespräch (1 Son), Staubsauger (4 Son), Kettensäge (64 Son)
• Anwendung: Produktgeräuschbewertungen, Gerätevergleiche, subjektive Beurteilung
• Vorteil: Intuitiv – 4 Son klingen buchstäblich 4× lauter als 1 Son

Professionelles Audio verwendet dB ausgiebig für Signalpegel, Mischung und Mastering:

• 0 dBFS (Full Scale): Maximaler digitaler Pegel vor dem Clipping
• Mischung: Ziel -6 bis -3 dBFS Spitze, -12 bis -9 dBFS RMS für Headroom
• Mastering: -14 LUFS (Lautheitseinheiten) für Streaming, -9 LUFS für Radio
• Signal-Rausch-Verhältnis: >90 dB für professionelle Ausrüstung, >100 dB für Audiophile
• Dynamikbereich: Klassische Musik 60+ dB, Popmusik 6-12 dB (Loudness War)
• Raumakustik: RT60 Nachhallzeit, -3 dB vs -6 dB Abfallpunkte

Lärmexpositionsgrenzwerte am Arbeitsplatz verhindern Gehörverlust:

• OSHA: 85 dB = 8-Stunden-TWA (zeitlich gewichteter Durchschnitt) Aktionspegel
• 90 dB: 8 Stunden maximale Exposition ohne Schutz
• 95 dB: 4 Stunden max., 100 dB: 2 Stunden, 105 dB: 1 Stunde (Halbierungsregel)
• 115 dB: 15 Minuten max. ohne Schutz
• 140 dB: Unmittelbare Gefahr – Gehörschutz obligatorisch
• Dosimetrie: Verfolgung der kumulativen Exposition mit Lärmdosimetern

Umweltvorschriften schützen die öffentliche Gesundheit und Lebensqualität:

• WHO-Richtlinien: <55 dB tagsüber, <40 dB nachts im Freien
• EPA: Ldn (Tag-Nacht-Durchschnitt) <70 dB zur Vorbeugung von Gehörverlust
• Flugzeuge: FAA fordert Lärmkonturen für Flughäfen (65 dB DNL-Grenzwert)
• Bauwesen: Lokale Grenzwerte typischerweise 80-90 dB an der Grundstücksgrenze
• Verkehr: Autobahnlärmschutzwände zielen auf eine Reduzierung von 10-15 dB ab
• Messung: dBA-Bewertung nähert die menschliche Belästigungsreaktion an

Akustikdesign erfordert eine präzise Schallpegelkontrolle:

• Sprachverständlichkeit: Ziel 65-70 dB beim Hörer, <35 dB Hintergrundgeräusch
• Konzertsäle: 80-95 dB Spitze, 2-2,5 s Nachhallzeit
• Tonstudios: NC 15-20 (Geräuschkriterienkurven), <25 dB Umgebungsgeräusch
• Klassenzimmer: <35 dB Hintergrundgeräusch, 15+ dB Sprach-zu-Rausch-Verhältnis
• STC-Bewertungen: Schalldämm-Maß (Wandisolationsleistung)
• NRC: Schallabsorptionsgrad für Absorptionsmaterialien

• Verwenden Sie kalibrierte Schallpegelmesser der Klasse 1 oder 2 (IEC 61672)
• Vor jeder Sitzung mit einem akustischen Kalibrator kalibrieren (94 oder 114 dB)
• Mikrofon von reflektierenden Oberflächen entfernt positionieren (typische Höhe 1,2-1,5 m)
• Langsames Ansprechverhalten (1s) für gleichmäßige Geräusche, schnelles (125ms) für schwankende verwenden
• Im Freien Windschutz anbringen (Windgeräusche beginnen bei 12 mph / 5 m/s)
• 15+ Minuten lang aufzeichnen, um zeitliche Schwankungen zu erfassen

• A-Bewertung (dBA): Allgemeiner Zweck, Umwelt-, Arbeitslärm
• C-Bewertung (dBC): Spitzenwertmessungen, Niederfrequenzbewertung
• Z-Bewertung (dBZ): Flache Frequenzantwort für Vollspektrumanalyse
• Niemals dBA ↔ dBC umrechnen – frequenzabhängig
• A-Bewertung nähert die 40-Phon-Kurve an (mittlere Lautheit)
• Oktavbandanalyse für detaillierte Frequenzinformationen verwenden

• Immer angeben: dB SPL, dBA, dBC, dBZ (niemals nur 'dB')
• Zeitbewertung angeben: Fast, Slow, Impulse
• Abstand, Messhöhe und Ausrichtung angeben
• Hintergrundgeräuschpegel separat notieren
• Leq (äquivalenter Dauerschallpegel) für variierende Geräusche angeben
• Messunsicherheit angeben (typischerweise ±1-2 dB)

• 85 dB: Schutz bei längerer Exposition (>8 Stunden) in Betracht ziehen
• 90 dB: Obligatorischer Schutz nach 8 Stunden (OSHA)
• 100 dB: Schutz nach 2 Stunden verwenden
• 110 dB: Nach 30 Minuten schützen, doppelter Schutz über 115 dB
• Ohrstöpsel: 15-30 dB Dämmung, Kapselgehörschützer: 20-35 dB
• Niemals 140 dB überschreiten, auch nicht mit Schutz – Risiko körperlicher Traumata

Blauwale erzeugen unter Wasser Rufe von bis zu 188 dB SPL – der lauteste biologische Schall auf der Erde. Diese niederfrequenten Rufe (15-20 Hz) können Hunderte von Meilen durch den Ozean reisen und ermöglichen die Kommunikation der Wale über große Entfernungen.

Der leiseste Raum der Welt (Microsoft, Redmond) misst -20,6 dB SPL – leiser als die Hörschwelle. Menschen können ihren eigenen Herzschlag, ihre Blutzirkulation und sogar Magengeräusche hören. Niemand ist wegen Orientierungslosigkeit länger als 45 Minuten geblieben.

Der lauteste Schall in der aufgezeichneten Geschichte: 310 dB SPL an der Quelle, 3.000 Meilen entfernt gehört. Die Druckwelle umrundete die Erde 4 Mal. Seeleute in 40 Meilen Entfernung erlitten Trommelfellrisse. Eine solche Intensität kann in der normalen Atmosphäre nicht existieren – sie erzeugt Stoßwellen.

194 dB SPL ist das theoretische Maximum in der Erdatmosphäre auf Meereshöhe – darüber hinaus erzeugen Sie eine Stoßwelle (Explosion), keine Schallwelle. Bei 194 dB entspricht die Verdünnung einem Vakuum (0 Pa), sodass der Schall diskontinuierlich wird.

Hunde hören 67-45.000 Hz (im Vergleich zu Menschen 20-20.000 Hz) und erkennen Geräusche 4× weiter entfernt. Ihre Hörempfindlichkeit erreicht ihren Höhepunkt bei etwa 8 kHz – 10 dB empfindlicher als bei Menschen. Deshalb funktionieren Hundepfeifen: 23-54 kHz, für Menschen unhörbar.

Kinos zielen auf einen Durchschnitt von 85 dB SPL (Leq) mit 105 dB Spitzen (Dolby-Spezifikation). Das ist 20 dB lauter als beim Heimkino. Erweiterte Niederfrequenzwiedergabe: 20-Hz-Subwoofer ermöglichen realistische Explosionen und Einschläge – Heimsysteme schneiden typischerweise bei 40-50 Hz ab.

dBA wendet eine frequenzabhängige Bewertung an, die niedrige Frequenzen dämpft. Ein 100-Hz-Ton bei 80 dB SPL misst ~70 dBA (-10 dB Bewertung), während 1 kHz bei 80 dB SPL 80 dBA misst (keine Bewertung). Ohne Kenntnis des Frequenzspektrums ist eine Umrechnung unmöglich. Sie müssten eine FFT-Analyse durchführen und die inverse A-Bewertungskurve anwenden.

+3 dB = Leistungsverdopplung oder Intensitätsverdopplung, aber nur eine 1,4-fache Druckerhöhung. Die menschliche Wahrnehmung folgt einer logarithmischen Reaktion: eine Erhöhung um 10 dB klingt ungefähr 2× lauter. 3 dB ist die kleinste Veränderung, die die meisten Menschen unter kontrollierten Bedingungen wahrnehmen; in realen Umgebungen sind 5+ dB erforderlich.

Man kann Dezibel nicht arithmetisch addieren. Bei gleichen Pegeln: L_total = L + 3 dB. Bei unterschiedlichen Pegeln: In lineare Werte umrechnen (10^(dB/10)), addieren, zurückrechnen (10×log₁₀). Beispiel: 80 dB + 80 dB = 83 dB (nicht 160 dB!). Daumenregel: eine Quelle, die 10+ dB leiser ist, trägt <0,5 dB zum Gesamtpegel bei.

dB SPL: Unbewerteter Schalldruckpegel. dBA: A-bewertet (nähert das menschliche Gehör an, dämpft Bässe). dBC: C-bewertet (nahezu flach, minimale Filterung). Verwenden Sie dBA für allgemeinen, Umwelt- und Arbeitslärm. Verwenden Sie dBC für Spitzenwertmessungen und Niederfrequenzbewertung. Sie messen denselben Schall unterschiedlich – keine direkte Umrechnung.

Schall folgt dem inversen Abstandsgesetz: eine Verdopplung der Entfernung reduziert die Intensität auf ¼ (nicht auf ½). In dB: jede Verdopplung der Entfernung = -6 dB. Beispiel: 90 dB bei 1 m werden zu 84 dB bei 2 m, 78 dB bei 4 m, 72 dB bei 8 m. Dies setzt eine Punktquelle im Freifeld voraus – Räume haben Reflexionen, die dies komplizieren.

Ja! 0 dB SPL ist der Referenzpunkt (20 µPa), nicht die Stille. Negative dB bedeuten leiser als die Referenz. Beispiel: -10 dB SPL = 6,3 µPa. Schalltote Räume messen bis zu -20 dB. Thermisches Rauschen (molekulare Bewegung) setzt jedoch eine absolute Grenze bei etwa -23 dB bei Raumtemperatur.

Genauigkeit und Kalibrierung. Messgeräte der Klasse 1 erfüllen IEC 61672 (±0,7 dB, 10 Hz-20 kHz). Billige Messgeräte: ±2-5 dB Fehler, schlechte Nieder-/Hochfrequenzwiedergabe, keine Kalibrierung. Der professionelle Einsatz erfordert eine rückführbare Kalibrierung, Protokollierung, Oktavanalyse und Langlebigkeit. Die Einhaltung gesetzlicher/OSHA-Vorschriften erfordert zertifizierte Geräte.

Bei 1 kHz: Phon = dB SPL genau (per Definition). Bei anderen Frequenzen: sie weichen aufgrund der Empfindlichkeit des Ohrs voneinander ab. Beispiel: 60 Phon erfordern 60 dB bei 1 kHz, aber 70 dB bei 100 Hz (+10 dB) und 55 dB bei 4 kHz (-5 dB). Phon berücksichtigt Kurven gleicher Lautheit, dB nicht.