Grundlagen der Akustik
Akustik ist die Lehre vom Schall. Sie befasst sich mit der Entstehung des Schalls, seiner Ausbreitung von der Quelle zum Empfänger sowie die Ermittlung, Wahrnehmung und Wirkung von Schall. Die wichtigsten Anwendungen der Akustik sind die Erforschung und Verminderung von Lärm.
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Schallwellen werden hauptsächlich mit den beiden folgenden (physikalischen) Eigenschaften charakterisiert:
- Frequenz: die Häufigkeit der Wellentäler und Wellenhöhen
- Amplitude: die Ausprägung der Wellentäler und Wellenhöhen
Erläuterung akustischer Grundbegriffe
Mit Frequenz (f) bezeichnet man eine Anzahl (n) von Wellentälern und Wellenhöhen in einer bestimmten Zeitperiode (T).
Die Maßeinheit für die Frequenz wird in Hertz angegeben, mit dem Einheitenzeichen Hz. Ein Hertz wird als "Eins dividiert durch Sekunde" definiert: 1 Hz = 1/s
Je höher die Frequenz – also die Häufigkeit, mit der eine Schallwelle in der Sekunde schwingt – desto höher klingt der Ton.
Je größer die Schwingungsamplitude – also der Schalldruck, der von einer Schallwelle ausgeübt wird – desto lauter der Ton.
Der Schalldruck (p) wird als (Wechsel-)Kraft F dividiert durch die Fläche A bestimmt.
Die Maßeinheit des Schalldrucks ist das "Pascal" mit dem Einheitenzeichen Pa. Ein Pascal entspricht einem Druck von einem Newton pro Quadratmeter. 1 Pa=1N/m²
Für die Beurteilung und Messung der Lautstärke einer Schallquelle wird der Schalldruckpegel (kurz: Schallpegel) verwendet. Er gibt das Verhältnis des Schalldrucks (Amplitude) eines Geräusches im Vergleich zu einem Bezugspegel von 0 dB wieder.
Der Bezugspegel 0 dB, also der Basis-Schalldruck (p0), wurde mit Hilfe wissenschaftlicher Versuche festgelegt und beträgt 20 Mikropascal (µPa) = 2/100.000 Pascal (Zwei Hunderttausendstel Pascal).
In Bezug auf den menschlichen Hörsinn entspricht dieser Basis-Schalldruck der so genannten Hörschwelle (0 dB = Hörschwelle). Das heißt: Geräusche, deren Schalldruck 20 µPa unterschreiten, werden vom menschlichen Gehör nicht wahrgenommen.
Die Maßeinheit für die Lautstärke ist das Dezibel (dB).
Die maximale Lautstärke einer Schallwelle kann 194 dB nicht überschreiten, da dann der Schalldruck den Atmosphärendruck erreicht.
Das menschliche Gehör empfindet gleich laute Töne unterschiedlicher Frequenzen als unterschiedlich laut.
Beispiel: Wird einer Person ein Ton von 1000 Hz vorgespielt, empfindet sie die Lautstärke dieses Tons wesentlich lauter als die Lautstärke eines tatsächlich gleich lauten Tons mit einer Frequenz von z. B. 50 Hz. Das Gleiche gilt für hohe Frequenzen, etwa von 15.000 Hz.
Der Arbeitslärm wird daher in Dezibel (A) angegeben, abgekürzt dB(A).
Der Spitzenpegel wird in Dezibel (C) gemessen, abgekürzt dB(C).
Für die Beurteilung einer Schallquelle im Hinblick auf das menschliche Hörvermögen wird die Lautstärke in dB(A) angegeben. Der (A)-bewertete Schalldruckpegel berücksichtigt die natürliche frequenzabhängige Gehörempfindung des Menschen. Es handelt sich also dabei um eine ergänzende Information, eine so genannte Frequenzbewertungskurve (A).
Um hohe Schallpegel richtig bewerten zu können, wird im Arbeitsschutz bei der Messung eines Spitzen-Schallpegels die s. g. C-Bewertung verwendet. Der Spitzenpegel wird also in dB(C) angegeben.
Der Spitzenschalldruckpegel ist der Höchstwert des momentanen Schalldruckpegels.
Für die Bewertung eines Schallpegels (L) im Hinblick auf eine Gehör-Gefährdung wird die Messung über einen längeren Zeitraum durchgeführt.
Der gemessene Schallpegel wird dann gemittelt, woraus ein "äquivalenter Dauerschallpegel" angegeben wird.
äquivalenter Dauerschallpegel LAeq in dB(A)
Um in der Praxis verschiedene Schallpegel miteinander vergleichen zu können, werden diese auf einen 8-Stunden Arbeitstag bezogen. Diser Wert wird Tages-Lärmexpositionspegel LEX,8h (dB(A)) genannt. Er bestimmt die spezifische akustische Situation am Arbeitsplatz. Für die Gefährdung des Gehörs ist die Schallenergie maßgebend. Das Gehör ist umso gefährdeter, je höher der Schallpegel und je länger dieser auf den Menschen einwirkt.
Die zulässige, tägliche Schallbelastung für eine 8-stündige Arbeitsschicht ist auf 85 dB(A) (oberer Auslösewert nach Lärm-Vibrations-ArbschV) festgelegt. Die aufgeführten Pegelwerte setzen voraus, dass sich das Gehör außerhalb der Arbeitszeit erholen kann. Das bedeutet, dass der Schallpegel in der Freizeit unter 70 dB(A) bleibt.