Lautstärkeempfindung Elektroakustik

Lautstärkeempfindungen sind nicht durch einfache Größen wie Schalldruck (Pa) oder Schalldruckpegel (dB) zu beschreiben.

Das Diagramm unten zeigt die grundsätzlichen Zusammenhänge zwischen Schalldruck(-pegel), Frequenz und Lautstärke.

Streng genommen erläutert dieses Bild die Zusammenhänge nur für Einzeltöne, nicht für Tongemische oder Geräusche.

Wichtig ist, dass die Linien gleicher Lautstärke im Bereich 500 – 3 000 Hz untereinander die größten Abstände haben. In diesem Bereich entspricht auch eine Differenz von 10 Phon der Lautstärke einer Schalldruckpegeldifferenz von 10 dB. In diesem Bereich werden Lautstärkeunterschiede vom Gehör am nuanciertesten wahrgenommen.

1000 Hz / 40 Phon natürlich auf der 40-dB-Linie. Verstärkt man diesen phon-linearen Bereich genau linear um 20 dB, befindet man sich bei 1 000 Hz genau auf der 60-Phon-Linie, bei 100 Hz aber deutlich oberhalb dieser Linie. Trotz gleicher Verstärkung in allen Frequenzbereichen wird subjektiv eine Klangänderung wahrgenommen.

Ohne dies weiter zu erläutern, sollte man außerdem noch wissen, dass bei breitbandigen Geräuschen die Erhöhung des Schalldruckpegels um 10 dB subjektiv nur als Verdopplung der Lautstärke registriert wird. In der Endkonsequenz bedeutet das, dass eine Vertausendfachung der Verstärkerleistung zur Erzielung des acht- bis zehnfachen Lautstärkeeindrucks erforderlich ist.

Tonauflösung

Es ist wichtig zu wissen, dass das Normalgehör im mittleren Frequenzbereich (500 – 3 000 Hz) zwischen zwei benachbarten musikalischen Tönen sehr viel mehr Zwischenschritte unterscheiden kann als im Tief oder Hochtonbereich. Im Zusammenhang mit der besseren  Lautstärkeauflösung im gleichen Frequenzbereich sollten hier Übertragungsfrequenzgänge von Geräten besonders kritisch betrachtet werden.

Richtungsabhängigkeit

Gleicher Schalldruck aus unterschiedlichen Richtungen führt zu unterschiedlich starken Höreindrücken. Besonders empfindlich ist das Gehör für Schallereignisse, die von vorn oder von oben kommen. Nach vorn und leicht seitlich kann das Gehör auch relativ genau die Herkunft des Schallereignisses bestimmen (gute Winkelauflösung), nach oben hin ist diese Eigenschaft weniger gut ausgeprägt. Schallereignisse, deren Herkunft nicht genau geortet werden kann, werden häufig der Richtung „oben, hinten“ zugeordnet.

Richtungszuordnung

Die Gehöreigenschaften haben sich in einem jahrtausendelangen Evolutionsprozess herausgebildet. Solange es keine Elektroakustik gab, war es ganz natürlich, die Quelle eines Schallereignisses in der Richtung zu suchen, aus der das Gehör die erste Information erhalten hat, denn alle Zusatzinformationen, die über reflektierende Flächen etc. zum Gehör kommen, haben längere Wege und kommen dadurch später an. Der Teilschalldruck der einzelnen Wege spielt dabei nur eine untergeordnete Rolle; d. h. eine Zweitinformation eines Schallereignisses, die energiereicher als die Originalinformation ist, beeinflusst den Richtungseindruck nicht (zumindest nicht in sehr weit gesteckten Grenzen).

Ein typisches Beispiel für diesen Sachverhalt ist ein Theaterschauspieler, der die Hände an den Mund legt und in Richtung Seitenbühne ruft. Obwohl der Energiegehalt der Seitenwandreflexionen in der Parkettmitte wesentlich höher sein dürfte als der des Direktschalls, wird der Schauspieler auch mit geschlossenen Augen in der Bühnenmitte geortet.

Verwirrung in diesen Mechanismus kommt erst seit dem Einsatz elektroakustischer Hilfsmittel. Seitdem ist es möglich, dass mit dem Originalsignal korrespondierende Signale früher beim Hörer eintreffen als das Originalsignal. Ein Teil des Weges zwischen Quelle und Gehör wird durch die „1 000 000 Mal schneller als Luft arbeitenden elektrischen Leitungen“ überbrückt. Daher kann es beim Einsatz von Lautsprecheranlagen zu Fehlortungen kommen.

Verdeckungen

Bisher war die Rede immer nur von Tönen. In der Praxis ist das Hören von Tönen aber die Ausnahme, üblich sind Tongemische und Geräusche, beide zeitlich veränderlich.

Was empfindet das Ohr, wenn mehrere Schallereignisse gleichzeitig auftreten?

Es gibt viele denkbare Kombinationen, am einfachsten, man geht von praktischen Beispielen aus. Da ist als erstes ein Störgeräusch, sehr breitbandig, evtl. impulshaltig, z. B. Verkehrs- oder Arbeitslärm, Geräusche von Klimaanlagen oder sich unterhaltende Menschen. Gegen diese Störgeräusche sollen zum einen Töne oder Klänge übertragen werden (z. B. Aufmerksamkeitsgong) und zum anderen Sprache (Durchsage). Wie sind die Pegelverhältnisse zu wählen?

Dazu folgende Faustregel:

  • Töne und Klänge in breitbandigen Störgeräuschen werden erkannt, wenn ihr Pegel etwa gleich
    dem Störpegel ist („Töne setzen sich durch“);
  • Sprache muss im Pegel mindestens 10 dB über dem Störgeräusch liegen, damit sie verstanden wird.

 

Verständlichkeit

  • Die Verständlichkeit von Texten ist ein Gütekriterium für Räume und darin installierte elektroakustische Anlagen. Wichtige Mess- und Rechengrößen sind:
  • Die Silbenverständlichkeit (wird mit Testhörern, Kunstwörtern und statistischen Methoden ermittelt, sehr aufwändig); Werte größer 80 % sind gut;
  • Der Artikulationsverlust alcons; ca. 100 % Silbenverständlichkeit (kann relativ einfach aus wenigen anderen Raum- und Anlagenkenngrößen ermittelt werden); Werte unter 20 % sind ganz brauchbar;
  • STI- oder RASTI-Werte (ursprünglich Messverfahren, Werte können aus Raum- und Anlagenkennwerten abgeschätzt werden, Werte können per Diagramm in Silbenverständlichkeit umgerechnet werden); Werte über 55 % sind gut;
  • Deutlichkeitsmaß C50 (wird aus Impulsantwort des Raumes berechnet, kann aus anderen Größen geschätzt werden); Werte über 0 dB sind gut.

 

Aus den bis jetzt erläuterten Gehöreigenschaften und allgemeinen Grundregeln für technische Anlagen lassen sich die wesentlichen Aufgaben und Anforderungen einer Beschallungsanlage ableiten:

  • Betriebssicherheit und rationelle Bedienung
  • Zweckentsprechende Übertragung der Information bezüglich Verständlichkeit und Klang bei Vermeidung von Eigenstörungen (Rückkopplungen, Brummen, Knacken, Knistern);
  • Erzielung von dem Genre entsprechenden Lautstärken an allen Zuhörerplätzen, einschließlich der Dosierung der Lautstärke in Abhängigkeit von Umgebungsgeräuschen sowie die Schallversorgung von Aktionsflächen und Nebenräumen;
  • Erzielung eines Lautstärkegleichgewichtes zwischen unterschiedlichen Quellen;
  • Die Schallquellen müssen lokalisierbar sein (Übereinstimmung Optik-Akustik)

 

Eine in der „klassischen“ Literatur zu Beschallungsanlagen kaum erwähnte Forderung ist die Umweltverträglichkeit. Dies gilt insbesondere in der Richtung, dass die ausgestrahlte Schallenergie für den beteiligten Zuhörer eine wichtige Information enthält, für den unbeteiligten Nachbarn nichts als redundanten „Lärm“ bedeutet. Der Anlagenplaner kann sich hier nicht nur auf den Bauakustiker verlassen, auch er hat Mittel in der Hand, die Umweltverträglichkeit seiner Anlagen zu verbessern.

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