Welche Tonhöhen und Lautstärken wir hören
Unser Gehör unterscheidet laute und leise, hohe und tiefe Klänge. Im Folgenden wollen wir diese alltagssprachliche Beschreibung unseres Hörvermögens etwas präzisieren und die hierfür relevanten Begriffe sowie ihre physikalischen Grundlagen erläutern. Es geht also darum, welche Frequenzen wir hören und wie Frequenzen die Menschen beeinflussen.
Geräusche, die wir wahrnehmen, sind Luftdruckschwingungen und Wellen, die auf unsere Ohrmuscheln treffen und aufgefangen werden. Je nachdem mit welcher Energie die Schwingungen als Schallwellen auf das Trommelfell treffen, hören wir laut oder leise. Diesen Schwingungen kann man bestimmte Frequenzen zuordnen. Sie gelangen über unsere Ohrmuscheln zum Trommelfell, werden dann an das Gehirn weitergeleitet und dort in Informationen umgewandelt.
Was ist Frequenz?
Die Frequenz bezeichnet bei einem Ton die Anzahl der Schwingungen je Sekunde. Die Einheit der Frequenz, die auch Schwingungszahl genannt wird, ist Hertz (Hz).
Unser Gehör kann bis zu 7.000 verschiedene Tonhöhen differenzieren, die je nach Anzahl der Schwingungen pro Sekunde in einer Schallwelle variieren.
Je schneller – also mit mehr Energie – die Teilchen schwingen, desto höher wird die Frequenz. Schallereignisse mit einer hohen Frequenz werden vom menschlichen Ohr als hohe Töne wahrgenommen, Schallereignisse mit niedriger Frequenz als tiefe Töne.
Der Hörbereich des Menschen, also die Frequenzen, die Menschen beeinflussen, liegt zwischen 20 Hz und 20.000 Hz.
Mit zunehmendem Lebensalter sinkt die Obergrenze im Allgemeinen bis auf 10.000 Hz und weniger.
In der Musik ist der Standard-Kammerton (a) mit einer Frequenz von 440 Hz bekannt. Das ist in etwa die typische Tonlage kleiner Kinder. Das von Tenören gefürchtete hohe c (c‘‘) hat eine Frequenz von 528 Hz. Der tiefste Ton auf einem Klavier (,,A) hat 27,5 Hz; der höchste ( c””’ ) 4.186,01 Hz. Der Frequenzbereich der menschlichen Stimme beträgt mit den Obertönen etwa 80 Hz bis 12 kHz. In diesem Frequenzgang befinden sich Frequenzabschnitte, die für Sprachverständlichkeit, Betonung der Vokale und Konsonanten sowie Brillanz und Wärme eine Rolle spielen. Dieser Frequenzbereich beeinflusst Menschen besonders und lässt uns Stimmen sympathisch oder unangenehm empfinden.
Welche Frequenzen sind für Menschen unangenehm?
Babygeschrei, Kreischen oder hohes Fiepen sind für Menschen sehr unangenehme Geräusche. Sie werden als Alarmsignale verstanden. Diese in einem Frequenzbereich von 2.000 bis 5.000 Hertz befindlichen Töne aktivieren die Hörrinde. Sie sind unangenehme Frequenzen und warnen uns. Auch beim Quietschen von Kreide auf der Tafel oder dem Schaben von Messern oder Gabeln auf dem Teller bekommen viele Menschen eine Gänsehaut oder halten sich die Ohren zu.
Frequenzen unterhalb von 16 Hz werden als Infraschall bezeichnet; Frequenzen über 21.000 Hz als Ultraschall. Anders als Menschen sind einige Tiere – Elefanten, Hunde und Fledermäuse – in der Lage, in diesen Frequenzbereichen zu hören.
Frequenzen im menschlichen Körper
Auch im menschlichen Körper gibt es Frequenzen für alle periodisch wiederkehrenden Vorgänge.
- Das menschliche Herz hat in Ruhe eine Pulsfrequenz von ca. 0,83–1,5 Hz.
- Die Atemfrequenz beträgt, je nach Alter beim Menschen 12 bis 50 Atemzüge pro Minute.
- Und je nachdem, ob wir wach sind oder schlafen, gibt es eine große Frequenzbreite an Hirnwellen, von den ganz langsamen bis hin zu über 100 Schwingungen pro Sekunde. Sie entstehen, wenn Nervenzellen sich zusammenschalten und gemeinsam elektrische Impulse aussenden. So kommunizieren verschiedene Hirnareale miteinander.
Lautstärke
„Lautstärke“ ist eine umgangssprachliche Bezeichnung für die Stärke des Schalls an einem bestimmten Ort. Physikalisch ist Lautstärke als Schalldruck bzw. als Schalldruckpegel messbar. Dieser wird in Dezibel (dB) angegeben. Wahrgenommen wird Lautstärke als Lautheit – als subjektiv empfundene Lautstärke des Schalls.
Übrigens sind 100 dB nicht doppelt so laut wie 50 dB. Eine Zunahme von 10 dB führt zu einer Verdoppelung der empfundenen Lautstärke. 60 dB werden deshalb als ungefähr doppelt so laut wie 50 dB wahrgenommen.
Das menschliche Ohr kann akustische Ereignisse nur innerhalb eines bestimmten Frequenz- und Schalldruckpegel-Bereichs wahrnehmen. Die untere Grenze des Schalldrucks wird als Hörschwelle bezeichnet; die obere Grenze als akustische Schmerzschwelle. Diese liegt bei etwa 120-130 dB.
Die tiefste hörbare Frequenz beträgt etwa 20 Hertz, die höchste je nach Alter liegt bei maximal 20 kHz.
Die Hörschwelle hängt ab von der Frequenz der Grundschwingung; die Wahrnehmungsempfindlichkeit ist bei etwa 4 kHz am höchsten. Die Lage der individuellen Hörgrenze ist von Mensch zu Mensch unterschiedlich. Mit dem Alter sinkt üblicherweise die obere Frequenzgrenze und die Hörschwelle steigt an.
Zwischen Hör- und Schmerzschwelle
Der leiseste wahrnehmbare Schall, die sogenannte Hörschwelle, entspricht bei normalhörenden Menschen 0 dB (bei einer Frequenz von 2.000 Hz). Da das menschliche Gehör für Frequenzen zwischen 3.500 und 4.000 Hz am empfindlichsten ist, kann es in diesem Frequenzbereich sogar Schalldruckpegel von bis minus 5 dB wahrnehmen.
Verschiebt sich die Hörschwelle nach oben, hört man schlechter, weil man leise Geräusche gar nicht mehr oder nicht mehr gut wahrnimmt. Daher wird Schwerhörigkeit auch oft als Hörschwellen-Verschiebung bezeichnet. Die obere Begrenzung bezeichnet man als akustische Schmerzschwelle. Das Frequenzband dazwischen ist die Hörfläche, also der Bereich, den wir problemlos und ohne Schmerzen akustisch wahrnehmen können.
Wann ist laut zu laut?
- Blätter rascheln bei ca. 20-35 dB
- Die Sprachlautstärke liegt bei rund 50 dB.
- Schon ab 85 dB sind Hörschäden bei Belastungen von 40 Stunden pro Woche möglich.
- Beim Arbeiten in der Nähe lauter Maschinen ist ab einer Lautstärke von 85 dB ein Gehörschutz Pflicht. Das entspricht ungefähr dem Lärm einer sehr stark befahrenen Straße.
- 100 db sind ein häufiger Lärmpegel beim Musikhören mit Kopfhörern und entspricht einem Martinshorn in 10m Entfernung.
- 120 dB gilt allgemein als Schmerzschwelle. Ab diesem Wert kann schon ein Einzelereignis zu bleibenden Hörschädigungen führen.
Gehörschutz jenseits der Schmerzgrenze
Es ist schwierig, die akustische Schmerzgrenze allgemeingültig festzulegen. Zum einen ist das Schmerzempfinden individuell sehr unterschiedlich; zum anderen sind Untersuchungen der Schmerzschwelle für die Probanden unangenehm und können irreparable Hörschäden verursachen. In der Literatur werden hierfür Schalldruckwerte zwischen 120 und 140 dB angegeben. Das ist etwa so laut wie ein startendes Düsenflugzeug. Diese hohen Werte dürfen jedoch nicht darüber hinwegtäuschen, dass auch schon deutlich geringere Schalldruckpegel über einen längeren Zeitraum dem Gehör schaden können. In der Arbeitswelt ist daher ab einem Dauerpegel von 85 dB, etwa beim Betrieb einer Fräsmaschine, das Tragen von Gehörschutz vorgeschrieben.
Auch beim Tanzen in der Disco oder auf Rockkonzerten, wo die Musik oft zwischen 90 und 115 dB laut ist, müssen wir unser Gehör schützen, damit diese Lautstärkepegel nicht ungefiltert auf unseren Ohren treffen. Dafür gibt es beim Hörakustiker speziellen Gehörschutz mit auswechselbaren Filtern (z.B. für Arbeitslärm oder laute Musik), die vor schädlichem Lärm schützen, menschliche Sprache aber noch hörbar machen.
Kinder und Jugendliche: Wieviel dB sind noch OK?
Gemäß der Weltgesundheitsorganisation (WHO) schädigen etwa 50% der Teenager und jungen Erwachsenen in den Industrieländern ihr Gehör durch zu hohen Lärm aus Kopfhörern, ca. 40% durch zu hohe Lärmexposition in Clubs und Diskotheken.
Bis zu welcher Lautstärke ist Hören für junge Menschen noch sicher? Gemäß der WHO kann man Lärm mit einem Schalldruck von 100 dB – der Lautstärke einer einfahrenden U-Bahn – nur für ca. 15 Minuten am Tag schadenfrei aushalten. Digitale Wiedergabegeräte (wie MP3-Player etc.) können den Schall aber auch bis über 130 dB, der akustischen Schmerzgrenze, verstärken. Die Empfehlung der Weltgesundheitsorganisation ist, sich einer Lärmbelastung von maximal 85 dB für maximal 8 Stunden am Tag auszusetzen. Also sollten auch Kinderkopfhörer spätestens hier abriegeln. Aber, Hand aufs Herz: Musik und Kinderhörspiele müssen weder in der Lautstärke einer Hauptverkehrsstraße (85 dB) noch eines Staubsaugers (70dB) gehört werden, damit sie Freude bereiten. Normale Unterhaltungen werden schließlich bei ca. 50-65 dB geführt. Das sollte ausreichen, um Hörverlust in jungen Jahren vorzubeugen.
