Frequenzen und Dezibel

Die Geräusche, die wir hören, sind das Ergebnis der mechanischen Schwingungen der Luft um uns herum. Diese Schwingung breitet sich in Form von Längswellen durch die Luft aus. Der Mensch, wie auch viele Tiere, nimmt diese Schwingungen über den Gehörsinn wahr, der sich im Ohr befindet.
Die Akustik ist die Wissenschaft, die sich mit Tönen befasst, und die beiden wichtigsten Parameter, mit denen sie beschrieben wird, sind Frequenzen und Dezibel.

Schallhöhe: die Frequenz.

Betrachten wir den Fall eines “reinen” oder einfachen Schalls, der aus einer einzigen Frequenz besteht.
Die grafische Darstellung der Schallwelle zeigt eine Sinuskurve, die sich mit der Zeit auf beiden Seiten der Intensitätslinie 0 entwickelt.
Die Zeit, die zwischen dem Beginn und dem Ende eines Zyklus verstreicht, wird als Periode bezeichnet.
Die Frequenz ist definiert als die Anzahl der Perioden pro Sekunde, ausgedrückt in Hertz (Hz). So sind zum Beispiel 100 Zyklen pro Sekunde = 100 Hz.
Der höchste Punkt der Kurve gibt die maximale Intensität an, in diesem Fall die Lautstärke des Geräuschs, ausgedrückt in Dezibel (dB).
Die Geräusche, die wir täglich hören, sind komplex, weil sie aus der Summe vieler Frequenzen bestehen, von denen jede ihre eigene Intensität hat.
Mit Hilfe eines mathematischen Verfahrens, der so genannten Fourier-Transformation, lässt sich ein komplexer Ton in die einfachen Frequenzen zerlegen, aus denen er sich zusammensetzt.

Klassifizierung von Frequenzen:

Töne werden je nach ihrer Frequenz in mehrere Kategorien eingeteilt:
Unter 120 Hz: tiefe Frequenzen.
120 bis 4000 Hz: Mitteltonbereich.
Von 4000 bis 25000 Hz: Hochton
Über 25000 Hz: Überschall.

Was ist mit dem menschlichen Ohr?

Obwohl das menschliche Ohr theoretisch Frequenzen zwischen 20 Hz und 20 000 Hz wahrnehmen sollte, zeigt das Experiment in der Praxis, dass es große Unterschiede zwischen den einzelnen Personen gibt.
Mit zunehmendem Alter nimmt die Wahrnehmung akuter Frequenzen ab, man spricht von einer Alterung des Ohrs.
Aber auch für ein junges Ohr ist die maximal hörbare Frequenz variabel und liegt zwischen 8.000 und über 20.000 Hz.
Bei der Normung von High-Fidelity-Geräten hat man sich für eine Standardbandbreite von 20 bis 20 000 Hz entschieden.
Einige Tiere haben ein wesentlich besseres Hörvermögen als der Mensch. Hunde zum Beispiel können Ultraschall bis zu 45000 Hz wahrnehmen.

Mehr über das menschliche Ohr erfahren Sie hier.

Musiknoten, Oktave und Halbtöne

Nehmen wir das Beispiel der Note A4, die einer Frequenz von 440 Hz entspricht.
Die Musikskala definiert eine mathematische Beziehung zwischen den Frequenzen. So entspricht das A3 einer Frequenz von 220 Hz (440/ 2) und das A5 einer Frequenz von 880 Hz (440 * 2). Diese Differenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden A-Tönen wird als Oktave bezeichnet.
Eine Oktave ist in 12 Halbtöne unterteilt, die den weißen und schwarzen Tasten des Klaviers entsprechen.

Grundton und Obertonfrequenz.

Nehmen wir eine einzelne Note, die auf der Tastatur eines Klaviers gespielt wird.
Wählen wir die Taste A4, die einer Frequenz von 440 Hz entspricht. Diese Frequenz wird als Grundton der Note bezeichnet.
Eine auf einem Instrument gespielte Note, wie hier die A4, ist komplex und besteht aus vielen Frequenzen, die zusammen den Klang ergeben, den wir hören.
Die ganzzahligen Vielfachen des Grundtons werden als Obertöne bezeichnet. In unserem Beispiel sind 880 Hz, 1320 Hz und 2200 Hz Obertöne der A4-Note.
Es ist die Summe des Grundtons und der hinzugefügten Obertöne, die den charakteristischen Klang des Klaviers, die Klangfarbe, erzeugt.
Jedes Instrument hat seine eigene Klangfarbe.

Lautstärke des Schalls: das Dezibel

Das Dezibel (dB) ist die Einheit zur Messung der Lautstärke eines Tons, die der Amplitude unserer oben dargestellten reinen Welle entspricht.
Diese Einheit wurde in den 1920er Jahren in den Vereinigten Staaten eingeführt und verdankt ihren Namen den Bell Laboratories und ihrem Gründer.
Die Skala ist logarithmisch, d. h., wenn die Schallleistung mit 2 multipliziert wird, erhöht sich der Pegel um 3 dB.
Wenn die Schallleistung mit 10 multipliziert wird, erhöht sich der Pegel um 10 dB.
Zum Beispiel wird ein Geräusch, das mit 43 dB gemessen wird, als doppelt so laut empfunden wie das gleiche Geräusch, das mit 40 dB gemessen wird.
Ein anderes Beispiel: Zwei getrennte Geräusche mit einer Lautstärke von jeweils 50 dB ergeben zusammen 53 dB und nicht 100.

Das dB wird durch eine relativ komplexe mathematische Berechnung ermittelt und ist ebenfalls in mehreren Versionen erhältlich:
– Das dB ist ein “theoretischer” Schallpegel, der nur bei einer bestimmten Frequenz sinnvoll ist.
– Der dBA ist gewichtet, um die Besonderheiten des menschlichen Ohrs zu berücksichtigen. Das menschliche Ohr ist nämlich für hohe Frequenzen empfindlicher als für niedrige. Das dB(A) gibt den vom Ohr tatsächlich wahrgenommenen Gesamtschallpegel besser wieder.
– Das dB FS (Full Scale) wird in der digitalen Audiotechnik verwendet. Um die Sache zu vereinfachen, gibt es zwei Versionen.
– Das dB HL (Hearing Level) ist speziell auf die Definition von Standard-Audiogramm-Kurven abgestimmt.
– Es gibt noch weitere Varianten, die je nach Anwendungsbereich verwendet werden.

Audiometrie und audiometrische Prüfung.

Die Audiometrie ist ein Teilbereich der Audiologie. In dieser Wissenschaft sind alle Methoden, Techniken und Mittel zusammengefasst, die notwendig sind, um den Funktionszustand der Hörbahnen zu messen.
Um die Grenzen der Hörwahrnehmung zu bestimmen, muss ein audiometrischer Test durchgeführt werden. Dieser Test bestimmt, welche Frequenzen (in Herz) wir hören und unterhalb welcher Intensität (in dB) wir sie nicht mehr wahrnehmen.
Auf diese Weise lässt sich eine Hörminderung quantifizieren.

Zur Durchführung des Tests wird ein Audiometer verwendet, das Frequenzen mit unterschiedlicher Intensität erzeugt. Bei einer bestimmten Frequenz verringert der Bediener schrittweise die Intensität, bis Sie nichts mehr hören. Auf diese Weise wird Ihre Hörschwelle für diese Frequenz bestimmt, die durch einen Punkt auf dem Audiogramm dargestellt wird.
Das für alle getesteten Frequenzen erhaltene Ergebnis ist die audiometrische Kurve oder das Audiogramm.
Das Audiogramm ist also eine grafische Darstellung Ihres Hörvermögens.
Der Test wird für jedes Ohr getrennt durchgeführt.
Bei der audiometrischen Prüfung werden die Enden des Frequenzbandes vernachlässigt, da nur der Bereich zwischen 125 und 8000 Hz geprüft wird.

Die verschiedenen Stufen der Hörminderung.

– Leichter Hörverlust – 20 bis 40 dB Verlust:
Unfähigkeit, schwache Töne zu hören, Verständnisschwierigkeiten in lauter Umgebung.
– Mittlerer Hörverlust – 40-70 dB:
Unfähigkeit, schwache und mäßig laute Töne zu hören, große Schwierigkeiten beim Verstehen von Sprache, vor allem in lauten Umgebungen.
– Starker Hörverlust – 70-90 dB:
Notwendigkeit eines Hörgeräts, auch wenn einige laute Töne hörbar bleiben
– Starker Hörverlust – 90 dB oder mehr.