Tonhöhe und Lautstärke

Schall, den wir mit unseren Ohren wahrnehmen, kann in unterschiedlicher Weise charakterisiert werden. Wichtige Größen zur Charakterisierung von Schall sind die Tonhöhe und die Lautstärke. Beides sind keine physikalischen, sondern physiologische Größen.

Die Tonhöhe

Die Tonhöhe wird durch die Frequenz der Schwingungen, beim Schall also durch die Schnelligkeit der Druckschwankungen, bestimmt. Je größer die Frequenz der Schwingungen ist, desto höher ist der Ton. Töne von 50 Hz oder 100 Hz nehmen wir als tiefe Töne wahr. Töne mit Frequenzen von 2 000 Hz oder 5 000 Hz empfinden wir als hohe Töne. Die tiefsten vom Menschen wahrnehmbaren Töne liegen bei 16 Hz, die höchsten bei 20 000 Hz, wobei sich die Obergrenze mit zunehmendem Alter in Richtung niedrigerer Frequenzen verschiebt. Stellt man Töne unterschiedlicher Höhe in einem y-t-Diagramm dar, dann erkennt man die Unterschiede in der Anzahl der Schwingungen in einer bestimmten Zeiteinheit (Bild 2).

Die Lautstärke

Die Lautstärke wird durch die Amplitude der Schwingungen (Größe der Druckschwankungen) bestimmt. Je größer die Amplitude der Schwingungen ist, desto lauter ist der Ton. Aus einem y-t-Diagramm sind die Unterschiede zwischen leisen und lauten Tönen erkennbar (Bild 3).
Die Lautstärke ist eine Größe, die unser subjektives Schallempfinden charakterisiert. Solche Größen nennt man im Unterschied zu objektiv zu messenden physikalischen Größen auch physiologische Größen. Die Lautstärke gibt an, wie laut oder leise wir Schall empfinden.

Statt von Lautstärke spricht man in der Physik auch von Lautstärkepegel.

Die physikalische Größe, die objektiv gemessen werden kann und die mit der physiologischen Größe Lautstärke eng zusammenhängt, ist der Schallpegel L. Das ist eine physikalische Größe, die an die Besonderheiten der akustischen Wahrnehmung des Menschen gekoppelt ist. Der Schallpegel wird in Dezibel (dB) gemessen, wobei folgender Zusammenhang gilt:

Bei einer Frequenz von 1 000 Hz ist der Zahlenwert des Schallpegels gleich dem Zahlenwert für die Lautstärke.
Es gilt auch:

1 Phon = 1 dB

Das ist der Grund dafür, dass man heute auch häufig die Lautstärke in Dezibel angibt. Manchmal findet man auch die Einheit dB (A). Damit wird zum Ausdruck gebracht, dass man bei physikalischen Messungen einen bestimmten Frequenzbereich untersucht. Früher gab es auch das dB (B) und das dB (C). Diese Einheiten spielen heute keine Rolle mehr. Deshalb wird statt dB(A) häufig einfach die Ablürzung dB verwendet.
Gemessen wird der Schallpegel mit einem Schallpegelmesser.

Unsere Ohren weisen eine Besonderheit auf, die für die Wahrnehmung von unterschiedlich lauten Geräuschen wichtig ist. Wenn wir z. B. ein Motorrad mit 70 dB hören, dann hören wir zwei gleich laute Motorräder nicht mit der doppelten Lautstärke von 80 dB, sondern nur mit 73 dB. Erst 10 gleich laute Motorräder würden wir mit der doppelten Lautstärke, also mit 80 dB, hören. Allgemein gilt:

• Eine Verdopplung oder Halbierung der Lautstärke bedeutet eine Änderung der Lautstärke um 10 dB. 80 dB ist doppelt so laut wie 70 dB. 60 dB ist halb so laut wie 70 dB.
• Kommt zu einer Schallquelle eine zweite, gleich laute Schallquelle hinzu, so steigt die Lautstärke um ca. 3 dB.
• 10 gleich laute Schallquellen rufen die doppelte Lautstärke einer Schallquelle hervor.

Geräusche bis etwa 30 dB empfinden wir als ruhig. Ständiger Lärm von über 85 dB kann längerfristig zu Hörschäden führen.