Meßgrößen bei Messung des Schallpegels. LAEQ LCEQ LAFMAX LCPEAK und co.

Für die Angabe des Schallpegels existiert eine Vielzahl von Messgrößen. Dies sind zum Beispiel LAeq, LCeq, LAFmax, LCpeak usw.
Alle Werte werden in dB gemessen. Dies führt häufig zu Verwechslungen. Die Werte unterscheiden sich jedoch erheblich.

Haben Sie hier noch den Überblick?

In diesem Artikel möchten wir den Hintergrund dieser Parameter und deren Anwendung erläutern.

Messgrößen für Schallpegel

Die wichtigsten Messgrößen sind in der TA Lärm und der DIN EN 61672 exakt definiert.

Dies sind insbesondere:

• LAeq (A-bewerteter energieäquivalenter Dauerschallpegel)
• LCeq (C-bewerteter energieäquivalenter Dauerschallpegel)
• LAFmax (A-bewerteter Maximalpegel mit Zeitbewertung Fast)
• LCpeak (C-bewerteter Spitzenpegel ohne Zeitkonstante)

Hintergrund

Der physikalische Schalldruck wird mit einem Mikrofon aufgenommen und liefert eine rein physikalische Größe: den Schalldruck in Pascal.
Dieser eine Parameter würde völlig ausreichen, um den Schalldruck zu beschreiben. Schall ist jedoch nicht nur eine rein physikalische Größe, sondern wir möchten die Wirkung auf unser Ohr – unsere Wahrnehmung – beschreiben.
Vereinfacht gesagt: Wie laut ist es?
Diese Fragestellung ist ein sehr wichtiger Bereich in der Psychoakustik. Hier wurde und wird durch umfangreiche Hörtests unsere Wahrnehmung untersucht. Ein „Nebenprodukt“ dieser Forschungen sind auch digitale Kompressionsverfahren wie MP3.
Heutzutage gibt es hochentwickelte Verfahren, die unser Lautheitsempfinden sehr gut abbilden. Historisch bedingt werden jedoch wesentlich einfachere Verfahren wie Frequenz- und Zeitbewertung verwendet. Diese Verfahren stellten zur damaligen Zeit das technisch Machbare dar. Wir reden hier über den Zeitraum, in dem Zeigerinstrumente Stand der Technik waren. Hier benötigte man einfache analoge Schaltungstechniken, die unser Hörvermögen ansatzweise abbilden. Daher sind die A- und C-Kurven sowie die F/S-Zeitbewertung praktisch wie in Stein gemeißelt. Man kann diese Auswertungen einfach technisch umsetzen und es gibt eine Vielzahl von Messvorschriften und Grenzwerten. Daher werden sich diese einfachen Auswertungstechniken noch lange halten, obwohl es wesentlich leistungsfähigere Messgrößen wie z. B. die gehörrichtige Lautheit in Sone (DIN 45631 / ISO 532) (siehe auch Grundlagen Lautheit Sone) gibt.

Im ersten Schritt wird der Schalldruck logarithmiert, da auch unsere Wahrnehmung annähernd logarithmisch arbeitet. Als Bezugspegel nimmt man einen Schalldruck von 2 · 10^-5 Pascal (20 μPa). Wir erhalten dadurch den Schalldruckpegel in Dezibel (dB). Unsere untere Wahrnehmungsgrenze liegt bei ca. 0 dB, die Schmerzgrenze bei ca. 120 bis 130 dB.
Unser Ohr hat jedoch ein bestimmtes Verhalten im Frequenzbereich und ein bestimmtes Verhalten im Zeitbereich. Wir nehmen unterschiedliche Frequenzen anders wahr und auch kurze Impulse unterscheiden sich deutlich von konstanten Signalen.
Messgrößen für Schallpegel verwenden daher grundsätzlich eine Frequenz-Bewertung und eine Zeit-Bewertung. Als Frequenzbewertung werden in den meisten Fällen die A- und C-Kurve verwendet. Diese Kurven berücksichtigen, dass wir tiefe und hohe Frequenzen geringer wahrnehmen als mittlere Frequenzen im Bereich von 1000 Hz bis 4000 Hz.
Als Zeitbewertung werden Fast (F = 125 ms) und Slow (S = 1 s) verwendet.
Historisch bezieht sich dies auf die Trägheit bzw. Dämpfung eines Zeigerinstrumentes, da unser Auge den schnellen Bewegungen des Zeigers sonst gar nicht hätte folgen können.
Darüber hinaus finden wir Maximalwerte, Minimalwerte und insbesondere energieäquivalente Mittelwerte.

Mittelwerte LAeq und LCeq (und was die Differenz LCeq − LAeq verrät)

In der Praxis müssen wir den Schall über einen längeren Zeitraum auswerten. Natürlich können wir pro Sekunde tausende Abtastwerte aufnehmen, doch eine endlose Zahlenkolonne ist wenig aussagekräftig. Daher werden Mittelwerte eingesetzt. Am häufigsten wird der energieäquivalente Mittelwert (eq) verwendet. Es ist offensichtlich, dass ein Schallpegel von 90 dB und 80 dB keinen energetischen Mittelwert von 85 dB ergibt. Die Mittelung erfolgt grundsätzlich vor dem Logarithmieren des Schalldrucks in Pascal: Die Messwerte des Schalldrucks werden erst quadriert und dann über die Messzeit gemittelt. Diesen Mittelwert bezeichnet man als energieäquivalenten Dauerschallpegel. Er wird mit eq abgekürzt und ist eine der wichtigsten Messgrößen in der akustischen Messtechnik.
Sehr einfache analoge Schallpegelmesser können diesen Parameter in der Regel nicht anzeigen, da für die laufende Integration ein digitaler Signalprozessor benötigt wird.
Am häufigsten finden wir den LAeq (mit A-Bewertung) und den LCeq (mit C-Bewertung).
In der Praxis bildet man sehr häufig die Differenz dieser beiden Größen (LCeq − LAeq). Diese Differenz wird als wichtiger Hinweis auf tieffrequente Geräuschanteile verwendet. Selbstverständlich kann man tiefe Töne mit einer FFT oder mit einem Terz-Analysator wesentlich genauer bestimmen – doch die Differenz LCeq − LAeq liefert bereits auf den ersten Blick einen Hinweis auf tieffrequente Komponenten unterhalb von 100 Hz.

LAFmax

Zur Bildung von LAFmax wird der Schallpegel mit der Frequenzbewertung A und der Zeitkonstante F (Fast = 125 ms) bewertet und in einem definierten Zeitfenster der höchste aufgetretene Wert bestimmt.

LCpeak

Beim LCpeak wird das Signal mit der C-Kurve bewertet und der unmittelbare physikalische Höchstwert bestimmt. Es findet keine zeitliche Mittelung (weder Fast noch Slow) statt. Dadurch können auch extrem kurze Knall- und Impulsspitzen im Mikrosekundenbereich erfasst werden.
LCpeak darf nicht mit LCFmax verwechselt werden: Bei LCFmax wird das Signal zuvor mit der Zeitkonstante F (125 ms) geglättet, weshalb LCFmax bei kurzen Impulsen um bis zu 15 dB niedriger liegen kann als LCpeak.
LCpeak verwendet man insbesondere im Arbeitsschutz (LärmVibrationsArbSchV), um gehörgefährdende Impulsspitzen ab 135 dB(C) sicher zu erkennen.

Taktmaximalpegel und Taktmaximal-Mittelungspegel LAFTeq

Der Taktmaximalpegel ist eine Besonderheit im deutschsprachigen Raum (TA Lärm) und stammt aus der Zeit, als Messgeräte die Impulshaltigkeit noch nicht direkt berechnen konnten.
Der Taktmaximalpegel LAFT ist der höchste Wert des Schalldruckpegels LAF(t) während einer Taktzeit T von jeweils 5 Sekunden. Alle 5 Sekunden wird ein neuer Taktmaximalwert bestimmt.
Aus diesen 5-Sekunden-Maximalwerten wird anschließend der Taktmaximal-Mittelungspegel LAFTeq nach DIN 45641 durch energieäquivalente Mittelung berechnet. Die Differenz LAFTeq − LAeq dient in der TA Lärm als Zuschlag KI für impulshaltige Geräusche.

Schallleistung Lw

Der Schallleistungspegel Lw wird ebenfalls in dB angegeben und führt deshalb häufig zu Verwechslungen mit dem Schalldruckpegel Lp. Die Schallleistung ist jedoch keine besondere Bewertung des Schalldrucks am Ohr, sondern eine ortsunabhängige Eigenschaft einer Schallquelle (nach ISO 3741 / ISO 3744). Angaben über die Schallleistung findet man auf dem EU-Energielabel von Maschinen und Geräten aller Art (z. B. Luft-Wärmepumpen, Staubsauger, Rasenmäher, Kompressoren). Die Schallleistung beschreibt die gesamte abgestrahlte akustische Energie der Maschine. Welcher Schalldruckpegel Lp daraus am Messort entsteht, hängt hingegen stark vom Abstand und von der Raumakustik (Nachhallzeit bzw. Reflexionen) ab.

Vorsicht bei pauschalen Angaben in „dB“

Alle hier beschriebenen Messgrößen werden in Dezibel (dB) angegeben. Die Zahlenwerte weichen jedoch erheblich voneinander ab, weil völlig unterschiedliche Bewertungsfilter und Zeitkonstanten dahinterstecken. Das führt in der Praxis oft zu Verwirrung: Möchte man im Marketing ein besonders leises Gerät bewerben, gibt man einen stark gefilterten Wert in großem Abstand an; möchte man einen hohen Spitzenwert zeigen, wählt man LCpeak.
Daher gilt in der Messtechnik: Angaben zum Schallpegel in „dB“ ohne Nennung der genauen Messgröße (z. B. LAeq, LCeq, LAFmax) und des Messortes sind wertlos.