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 Grundlagen der Akustik 1. Geräuschwahrnehmung des menschlichen Ohrs "In unserer heutigen hektischen und stressgeplagten Zeit mit Leistungsdruck und Doppelbelastung durch Beruf und Haushalt, wird der Mensch immer empfindlicher gegen Lärm. Darüber hinaus verursacht die Einwirkung von starkem Lärm über längere Zeit Schwerhörigkeit. Aus diesem Grund wird es immer zwingender, bei Privat-, Freizeit- und Industriebauten, sowohl beim Schallschutz wie bei der Raumakustik, nach Lösungen zu suchen, die dem Menschen eine gesundheitlich unbedenkliche und lebenswerte Umgebung sichern." Akustik ist die Lehre von Schall Die physikalische Akustik untersucht die im Hörbereich (16 bis 20.000 Herz) liegenden Schwingungen und Schallwellen, deren Ausbreitung, Zusammensetzung, Empfang, und weiter z.B. Frequenz, Schalldruck, Ausbreitungsgeschwindigkeit, Dämmung und Dämpfung. Zunächst erhebt sich die Frage - Was ist Lärm? Lärm ist ein subjektiver Begriff für Schall, der als störend empfunden wird. Somit ist Lärm keine messbare, definierte Größe, sondern die als Lärm wahrgenommenen Geräusche.
2. Hörfeld, Schmerzgrenze Wirkung des Lärms Das Sinnesorgan Ohr besitzt keine natürlichen Schutzmechanismen, die verhindern, dass Lärm auf das Ohr wirkt. Während z.B. die Pupille des Auges bei starkem Lichteinfall verengt, ist das Ohr ständig "auf Empfang geschaltet". Lärm sind somit Geräusche (Schall), die stören, belästigen, die Gesundheit schädigen und die Unfallgefahr erhöhen können. Nach den bisherigen Ausführungen stellt sich die Frage, wo liegen die Grenzen des Hörvermögens, wann wird die Schmerzgrenze erreicht? Das Hörvermögen des gesunden Ohres lässt sich am besten mit dem Hörfeld-Diagramm in Abb. 7.3.2 darstellen. Die rechte Ordinate gibt die Schallintensität (I) in Watt/m2 an. Die Zahlenspanne von der Hörschwelle 0 bis zur Gefühls- bzw. Schmerzschwelle wird durch die logarithmische Skala auf der linken Ordinate in dB dargestellt. Die hellblaue Fläche stellt das gesamte Hörfeld eines gesunden menschlichen Ohres dar. Davon umfasst das Sprachfeld (dunkelblaue Fläche) nur einen Bruchteil. Im unteren Teil wird das Hörfeld (vgl. schwarze Umrandung) von der Hörschwelle begrenzt. Die seitlichen Begrenzungen zeigen, dass das menschliche Ohr Schall zwischen den Frequenzen von 16 - 16.000 Hz wahrnehmen kann. Unter 16 Hz spricht man von Infra- und über 16.000 Hz von Ultraschall (vgl. hierzu Abb. 7.3.5 auf Seite 7.3.4). Im oberen Teil geht das Hörfeld in die Gefühlsschwelle bzw. Schmerzgrenze über. Bei Überschreitung (vgl. schwarze Umrandung im oberen Bereich) kann es zur Gehörgefährdung und sogar Gehörschädigung kommen.
Abb. 7.3..2 Geräuschwahrnehmung des menschlichen Ohrs (Hörflächen, Schwellen, Frequenzbereiche)
3. Grundlagen der physikalischen Größen Schall entsteht durch Schwingungen einer Schallquelle (z.B. Stimmbänder, Stimmgabel, Lautsprechermembran, Maschine, Fahrzeug). Zu seiner Ausbreitung benötigt er ein Medium wie Luft oder eine andere Materie. So kann sich Schall auch in Flüssigkeiten wie Wasser, oder in festen Körpern, wie Wänden, Decken, Rohrleitungen, ausbreiten. Bei festen Medien spricht man von Körperschall. Die Schwingungen der Schallquelle (Emission) übertragen sich auf das Medium und versetzen dieses ebenfalls in Schwingungen. Die Fortpflanzung der Schallwellen in flüssigen oder gasförmigen Körpern erfolgt dergestalt, dass die Materie abwechselnd komprimiert und dekomprimiert wird. Die Entfernung zwischen zwei Wellenbergen bzw. Wellentälern oder anders gesagt, die Periode, in der diese Welle auftritt, wird durch die Wellenlänge l gekennzeichnet.
Abb. 7.3.3 Schall entsteht immer durch Schwingungen, also durch regelmäßig hin- und hergehende Bewegungen elastischer Körpern.
Abb. 7.3.4 Schallwellen, z.B. durch Molekularbewegungen der Luft
4. Messung der Lautstärke und Empfindlichkeit
Das ergibt sich daraus, dass es für jeden Menschen eine unterschiedliche Reizschwelle und Schmerzgrenze gibt. Daher dienen viele Maßnahmen der Schallmessung dazu, Schallergebnisse so zu bewerten, wie sie vom Ohr empfunden werden. Empfindlichkeit Die Frequenz wird in Herz = Hz angegeben und bestimmt die Tonhöhe. Die größte Hörempfindlichkeit beim Menschen liegt zwischen 1.000 und 4.000 Hz. Die Empfindlichkeit nimmt bei niedrigeren Frequenzen und höheren Frequenzen ab, d.h. Frequenzen unter 1.000 Hz, bzw. über 4.000 Hz werden als leiser empfunden.
Abb. 7.3.5 Frequenzen im menschlichen Hörbereich
Das heißt, die gemessenen Werte, die gemessenen Schalldruckpegel werden gemäß einer ganz bestimmten Kurve korrigiert. Diese Korrektur erfolgt an Hand der Bewertungskurve A. In dieser ist nach DIN 4109 das Hörempfinden des Ohres festgelegt, z.B. 60 dB(A). Fehlt der Index A, handelt es sich um den absoluten Wert (siehe hierzu Abb. 7.3.6). Aufgrund des logarithmischen Aufbaus gelten besondere Regeln: Addiert man z.B. zwei Schallpegel von 50 dB, so erhält
man nicht 100 dB, sondern 53 dB. Eine Erhöhung des Schallpegels um
6 dB entspricht einer Verdopplung des Schalldrucks. Eine Verminderung
des Schallpegels um 6 dB entspricht einer Halbierung des Schalldrucks. Schallgeschwindigkeit
Abb. 7.3.7 Tabelle Schallgeschwindigkeit c
Abb. 7.3.6 Diagramm Hörvergleichsmessungen
6. Nachhallzeit, Schallabsorption Hier sei noch einmal auf die logarithmische Rechenformel hingewiesen. Die jeweilige Verminderung des Schalldruckpegels um 6 dB entspricht einer Halbierung des Schalldrucks. Abb. 7.3.8 Nachhallkurve (idealisiert)
Die Schallabsorption hängt stark von der Oberfläche der umgebenden Baukonstruktion ab. Glatte und harte Flächen reflektieren den Schall stärker als weiche Flächen, wie z.B. Vorhänge und Teppichböden, die die Schallreflexion ganz erheblich mindern. Es bildet sich ein diffuses Schallfeld, das die Erhöhung der Lautstärke durch Reflexion behindert. Dieser Vorgang wird Schallabsorption genannt. Ein Teil der Bewegungsenergie der Schallwellen wird beim Eintritt in die Materie, wie z.B. Teppiche, Vorhänge usw. in Wärme umgewandelt. Grundsätzlich geht Energie nicht verloren, sie kann nur umgewandelt werden. Zur Bewältigung der baulichen Schallschutzmaßnahmen stehen geeignete Sandwichelemente mit einem Dämmkern aus Polyurethan und Mineralfaser zur Verfügung. In basis-info 7.4 wird über das Thema "Schallschutz im Leichtbau" berichtet.
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