Frequenzbewertung

Die Frequenzbewertung ist ein Verfahren zur frequenzabhängigen Anpassung von Schalldruckpegeln in der Akustik. Hierbei werden die Messgrößen durch ein bewertendes Filter gewichtet, das den Frequenzgang des menschlichen Gehörs berücksichtigt und somit die Messwerte dem menschlichen Hörempfinden anpasst. Die Frequenzbewertung ist ein frequenzabhängiger Abzug bzw. Zuschlag vom ermittelten Pegel und wird bewerteter Schalldruckpegel genannt, welcher als dB(X) oder mit dB_X angegeben wird. Das Symbol X steht dabei für den im jeweiligen Fall konkret eingesetzten Bewertungsfilter. In praktischen Anwendungen üblich sind die A-Bewertung, ausgedrückt in dB(A), und bei hohem Schalldruckpegel eine C-Bewertung in dB(C). Die B- und D-Bewertung sind aus der zugrundeliegenden Norm für Schallpegelmessgeräte IEC 61672:2003 entfernt worden und besitzen nur noch eine historische Bedeutung.

Bewertungskurven

Da das menschliche Ohr Töne mit gleichem Schalldruck in unterschiedlichen Tonhöhen unterschiedlich laut empfindet, werden so genannte Frequenzbewertungskurven verwendet, wie sie in nachfolgender Abbildung grafisch dargestellt sind. Dazu werden Filter mit empirisch angepassten Übertragungsfunktionen eingesetzt.

Da die Krümmung der Kurven gleicher Lautstärkepegel und damit der Frequenzgang des Gehörs vom Schalldruckpegel abhängig ist, wurden für unterschiedlich hohe Schalldruckpegel unterschiedliche Bewertungskurven definiert:

Bewertungsfilter A, B, C, D und Empfindlichkeit des Gehörs

• A-Bewertung: entspricht den Kurven gleicher Lautstärkepegel bei ca. 20–40 phon
• B-Bewertung: entspricht den Kurven gleicher Lautstärkepegel bei ca. 50–70 phon
• C-Bewertung: entspricht den Kurven gleicher Lautstärkepegel bei ca. 80–90 phon
• D-Bewertung: entspricht den Kurven gleicher Lautstärkepegel bei sehr hohen Schalldrücken
• G-Bewertung: wird im Infraschallbereich von 8 Hz bis etwa 40 Hz verwendet^[1]

Bewertete Pegel werden durch den entsprechenden Buchstaben der Frequenzbewertung als Index der Messgröße gekennzeichnet. Z. B. wird ein A-bewerteter Schalldruckpegel mit L_pA oder ein Schallleistungspegel mit L_WA bezeichnet und in dB – in der Praxis auch häufig in dB_A oder dB(A) – angegeben. (Der Verweis auf die A-Bewertung sollte nur einmal angegeben werden, also beispielsweise für den Emissions-Schalldruckpegel einer Maschine von L_pd = 70 dB(A) als Angabe in den technischen Daten der Maschine L_pAd = 70 dB.^[2])

Die vier Bewertungsfilter weisen folgende Übertragungsfunktionen G_A…D(s) auf, wobei die analytische Beschreibung der Filter in der s-Ebene erfolgt:^[3]

${\displaystyle G_{A}(s)={\frac {k_{A}\cdot s^{4}}{(s+129{,}4)^{2}\;(s+676{,}7)\;(s+4636)\;(s+76655)^{2}}}}$

mit k_A ≈ 7,39705×10⁹

${\displaystyle G_{B}(s)={\frac {k_{B}\cdot s^{3}}{(s+129{,}4)^{2}\;(s+995{,}9)\;(s+76655)^{2}}}}$

mit k_B ≈ 5,99185×10⁹

${\displaystyle G_{C}(s)={\frac {k_{C}\cdot s^{2}}{(s+129{,}4)^{2}\;(s+76655)^{2}}}}$

mit k_C ≈ 5,91797×10⁹

${\displaystyle G_{D}(s)={\frac {k_{D}\cdot s\cdot (s^{2}+6532s+4{,}0975\times 10^{7})}{(s+1776{,}3)\;(s+7288{,}5)\;(s^{2}+21514s+3{,}8836\times 10^{8})}}}$

mit k_D ≈ 91104,32

Die angegebenen Konstanten k_A…D sind Faktoren, welche die Übertragungsfunktionen auf den Verstärkungsfaktor 1 (0 dB) bei 1 kHz normieren.

Verwendung

Neue Kurven gleicher Lautstärkepegel (Isophone) nach ISO 226:2003

Besonders in der Technischen Akustik und im deutschen Rechtssystem wird überwiegend die A-Bewertung angewendet. Auch für die Bestimmung des Beurteilungspegels auf dem Gebiet des Lärmschutzes werden die A-Bewertung und die C-Bewertung verwendet (DIN EN ISO 9612). Da für eine Reihe von Schallsituationen die wahrgenommene Lautstärke, die mögliche Belästigungswirkung und auch die potenzielle Schädigung des Gehörs durch die Bewertungskurven jedoch nur unvollkommen wiedergegeben wird, sind bei der Geräuschbewertung noch Zuschläge für bestimmte Geräuschsituationen üblich: z. B. gemäß der TA Lärm Zuschläge für Tonhaltigkeit („Quietschen“), Impulshaltigkeit („Hämmern“) usw.^[4] Der daraus resultierende Beurteilungspegel (Schalldruckpegel + Bewertungsfilter + Zuschläge) wird für die Überprüfung herangezogen, ob ein bestimmtes Geräuschniveau aufgrund gesetzlicher Richtlinien zulässig ist oder nicht. Diese Zuschläge sind nur bei Lautstärkepegeln unterhalb 80 dB (Stand 2015) anzuwenden und dürfen in der Summe 6 dB nicht überschreiten (siehe DIN 45645-2).

Eine Alternative zur Verwendung von Bewertungskurven ist die Bestimmung der Lautheit nach DIN 45631 bzw. ISO 532 B. Hierbei wird die Lautstärkeempfindung des Gehörs besser erfasst.

Schwingungen

Um die Wirkung von Schwingungen auf den menschlichen Körper zu beurteilen, werden ähnliche Frequenzbewertungen eingesetzt. So werden Humanschwingung (Ganzkörperschwingungen und Hand-Arm-Schwingungen) zum Beispiel zur Beurteilung entsprechend der deutschen Lärm- und Vibrations-Arbeitsschutzverordnung mit den Frequenzgängen der entsprechenden verschiedener ISO-Normen bewertet. Die wichtigsten sind:

• Wk-Bewertung für vertikale Ganzkörperschwingungen in z-Richtung (ISO 2631-1)
• Wd-Bewertung für horizontale Ganzkörperschwingungen in x- oder y-Richtung (ISO 2631-1)
• Wh-Bewertung für Hand-Arm-Schwingungen (ISO 5349-1)

Es existieren aber für andere Anwendungszwecke noch weitere Kennlinien nach ISO 2631-1, ISO 2631-2 oder ISO 2631-4.

Literatur

• ISO/DIS 10845, Akustik – Frequenzbewertung „A“ für Geräuschmessungen. Berlin: Beuth Verlag, Ausgabe:1995-06
• Jürgen H. Maue, Heinz Hoffmann und Arndt von Lüpke: 0 Dezibel plus 0 Dezibel gleich 3 Dezibel. Erich Schmidt Verlag, Berlin 2003, ISBN 3-503-07470-8.

Einzelnachweise

1. ↑ Tieffrequente Geräusche inkl. Infraschall von Windkraftanlagen und anderen Quellen, Seite 90. Website der Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg, abgerufen am 13. Juni 2021
2. ↑ IFA Institut für Arbeitsschutz: Geräuschemissions-Kennwerte und Normen zu ihrer Bestimmung. In: www.dguv.de. Deutsche gesetzliche Unfallversicherung DGUV, S. 3, abgerufen am 13. Juni 2021. 
3. ↑ Frequency weighting filter characteristics, (engl.) (Memento vom 25. Februar 2013 im Internet Archive)
4. ↑ siehe TA Lärm, 2.10 Beurteilungspegel]

Siehe auch

• Liste von Audio-Fachbegriffen

Weblinks

• Berechnungsprogramm zur frequenzabhängigen Bestimmung der Pegelkorrekturen bei A- und C-Bewertung
• Bewertungsfiltervergleich der 40-phon-Kurve, der A-Bewertungskurve und der Kurve ITU-R 468 (CCIR 468) (PDF-Datei; 50 kB)
• A-weighting in detail and the new ISO 226:2003
• ITU-R 468-Weighting in Detail (CCIR 468)
• Normempfehlung ITU-R zu bewerteter und unbewerteter Messung (alt CCIR 468) (auch 22-22k)