Mit diesem Analyseobjekt können Sie die Lautstärke eines stationären oder zeitvarianten Schallsignals berechnen.

Die Lautstärke stellt der physikalisch messbaren Stärke des Schalls (Schalldruck) die vom Menschen wahrgenommene Lautheit als Lautheitsempfinden gegenüber.

Typ der Eingangsdaten

In der Registerkarte Daten muss angegeben werden, wie die Eingangsdaten zu interpretieren sind. Eine Umrechnung zwischen Spannungswerten (Einheit V) und Schalldruckwerten (Einheit Pa) erfolgt über eine Mikrophonempfindlichkeit von 50 mV/Pa. Für weitere Details, siehe Kalibration in der Akustik.

Abhängig vom gewählten Algorithmus stehen unterschiedliche Eingangsdatentypen und Ergebnistypen zur Verfügung. Eine Auflistung findet man unter Loudness.

Unterstützte Typen sind:

•Das Eingangssignal ist das Terzspektrum (ISO 532 B, ISO 532-1, ISO 532-2) bzw. Oktavspektrum (ISO 532 A) des stationären Schalls. Das Terzspektrum muss eine Datenreihe bzw. ein Signal mit 28 Terzpegeln für Frequenzen zwischen 25 Hz und 12500 Hz sein (ISO 532 B, ISO 532-1). Das Terzspektrum muss eine Datenreihe bzw. ein Signal mit 29 Terzpegeln für Frequenzen zwischen 25 Hz und 16000 Hz sein (ISO 532-2). Das Oktavspektrum muss eine Datenreihe bzw. ein Signal mit 9 Oktavpegeln für Frequenzen zwischen 31,5 Hz und 8000 Hz sein (ISO 532 A).

•Das Eingangssignal ist das gemessene Spannungssignal eines stationären Schalls.

•Das Eingangssignal ist das gemessene Spannungssignal eines zeitvarianten Schalls.

•Das Eingangssignal ist das gemessene Schalldrucksignal eines stationären Schalls.

•Das Eingangssignal ist das gemessene Schalldrucksignal eines zeitvarianten Schalls.

•Das Eingangssignal ist das dichotisch dargebotene Terzspektrum des stationären Schalls. Es handelt sich dabei um eine Datenmatrix bzw. Signalreihe mit 2 Spalten, die seitenunterschiedliche Hörsignale repräsentieren. In diesem Fall werden beide Signale verrechnet und ergeben einen Lautheitswert. Dieser Eingangstyp wird nur von dem Verfahren ISO 532-2 unterstützt.

•Das Eingangssignal ist das dichotisch dargebotene Spannungssignal eines stationären Schalls. Es handelt sich dabei um eine Datenmatrix bzw. Signalreihe mit 2 Spalten, die seitenunterschiedliche Hörsignale repräsentieren.In diesem Fall werden beide Signale verrechnet und ergeben einen Lautheitswert. Dieser Eingangstyp wird nur von dem Verfahren ISO 532-2 unterstützt.

•Das Eingangssignal ist das dichotisch dargebotene Schalldrucksignal eines stationären Schalls. Es handelt sich dabei um eine Datenmatrix bzw. Signalreihe mit 2 Spalten, die seitenunterschiedliche Hörsignale repräsentieren. In diesem Fall werden beide Signale verrechnet und ergeben einen Lautheitswert. Dieser Eingangstyp wird nur von dem Verfahren ISO 532-2 unterstützt.

Kalibrierung

Um aus den aufgenommen Mikrophonausgangsspannungen auf die Lautstärke schließen zu können, muss die Mikrophonempfindlichkeit und die Verstärkung der gesamten Signalkette berücksichtigt werden. Dies geschieht zum Beispiel dadurch, dass mit einem Kalibrator am Mikrofon ein definierter Schalldruckpegel erzeugt wird. Mit diesem Analyseobjekt werden folgende Arbeitsweisen unterstützt:

•Wenn Sie die Kalibrierung anhand einer Kalibriermessung bestimmen möchten, wählen Sie Kalibrierung aus Datensatz beziehen und geben Sie dann diese Kalibriermessung als Kalibrierdatensatz und den Pegel des Kalibrators (Kalibrierpegel) an. Der Pegel muss für mindestens 4 Sekunden konstant bleiben, damit der Kalibrierwert ermittelt werden kann.

Wenn Sie nicht jedes Mal den Kalibrierwert berechnen lassen wollen, drücken Sie den Button Kalibrieren. Der Kalibrierwert wird dann aus dem angegebenen Datensatz und dem angegebenen Kalibrierpegel ermittelt, im Feld Kalibrierwert eingetragen und der Kalibriermodus springt auf fest (in dB) um.

•Sie kennen den für Ihr Mikrofon nötigen Kalibrierwert in dB schon. Wählen Sie Kalibrierung fest (in dB)  und geben den Kalibrierwert direkt in dB an. Ein Kalibrierwert von 0 dB entspricht einer Mikrophonempfindlichkeit von 50 mV/Pa.

•Sie kennen die Mikrophonempfindlichkeit in mV/Pa aus dem Kalibrierzeugnis. Wählen Sie Kalibrierung fest (in mV/Pa)  und geben die Mikrophonempfindlichkeit direkt in mV/Pa an.

Für weitere Details, siehe Kalibration in der Akustik.

Algorithmus

Für die Berechnung der Lautheit stehen vier Algorithmen zur Auswahl.

Vor der eigentlichen Lautheitsberechnung wird eine Oktav- bzw. eine Terzanalyse mit Hilfe von Digitalfiltern im Zeitbereich durchgeführt. Der Vorteil der Berechnung über Filter im Zeitbereich gegenüber der Berechnung über eine FFT (Fast Fourier Transformation) liegt in der sehr viel höheren Genauigkeit bei tiefen Frequenzen. Für das Verfahren nach Zwicker (ISO 532-1, ISO 532 B) werden 28 gemittelte Terzpegel im Frequenzbereich von 25 - 12500 Hz ermittelt.  Das Verfahren nach Moore-Glasberg (ISO 532-2) erwartet ein Terzspektrum mit 29 Terzpegeln für Frequenzen zwischen 25 Hz und 16000 Hz. Für das Verfahren nach Stevens (ISO 532 A) werden 9 gemittelte Oktavpegel im Frequenzbereich von 25 - 8000 Hz berechnet.  Dabei findet keine Frequenzbewertung statt.

Die verwendeten Algorithmen für die Verfahren nach ISO 532-1 und ISO 532-2 orientieren sich an der jeweiligen Referenzimplementierung, die in den Normen beschrieben ist. Der Algorithmus für das Verfahren nach Zwicker (ISO 532 B) beruht auf einem BASIC-Programm, das in der Norm DIN 45631 beschrieben wird. Das Verfahren nach ISO 532-1 beinhaltet die Berechnung der erforderlichen Terzspektren. Bei allen anderen Verfahren werden die erforderlichen Spektren implizit mit Hilfe der in den FPScript-Funktionen TimeDomainOctaveAnalysis und SoundLevel verwendeten Algorithmen berechnet.

Das Verfahren nach Zwicker wird in zwei Varianten angeboten. Dabei erweitert die Norm ISO 532-1 den bereits in früheren Versionen zur Verfügung gestellten Algorithmus (ISO 532 B) um ein Verfahren zur Bestimmung der Lautheit von zeitvarianten Geräuschen, da das alte Verfahren hier zu niedrige Lautheitswerte geliefert hat. Zunächst wird zur Bestimmung der Lautheit ein Terzspektrum mittels einer digitalen Filterbank bestimmt. Anschließend wird mit mehreren Schablonen gearbeitet, die für bestimmte Terzpegelbereiche bzw. die Schallfeldformen eben oder diffus gelten. In diese Schablonen werden die gemessenen Terzpegel eingetragen und graphisch unter Anwendung des Grundsatzes weiterverarbeitet, dass Teilflächen den spezifischen Lautheiten und die Gesamtfläche der Gesamtlautheit entsprechen.

Das Verfahren nach Moore-Glasberg wird in der Norm ISO 532-2 beschrieben. Nach Berechnung der Terzspektren werden Erregungsmuster der Frequenzgruppen auf der ERB-Skala berechnet. Hieraus werden dann die spezifischen Lautheiten berechnet und zur Gesamtlautheit aufaddiert.

Das weniger verwendete Verfahren nach Stevens (ISO 532 A) versucht die gegenseitige Beeinflussung der Teillautheiten mit Hilfe einer Formel und mit Hilfsdiagrammen zu bestimmen.

Klangfeld

Das Ergebnis ist abhängig vom jeweiligen Klangfeld des Schallsignals. Es kann angegeben werden, ob das Schallsignal in einem Direktfeld (Freifeld) oder einem Diffusfeld (Raumfeld) gemessen wurde. Das Verfahren nach Stevens unterstützt ausschließlich diffuse Klangfelder.

Zu überspringender Zeitbereich zu Beginn

Für die Berechnung der Lautheit von stationären Schallsignalen kann ein Zeitbereich zu Beginn des Eingangssignals entfernt werden. Dies ist z.B. sinnvoll, wenn das Eingangssignal eine Kalibriermessung zu Beginn enthält. Bei zeitvarianten Signalen wird dieser Wert ignoriert.

Ergebnis

Das Ergebnis kann in verschiedenen Formen ausgegeben werden:

•Lautheit über Zeit. Es wird ein Signal ausgegeben. Die Y-Komponente enthält die Lautheitswerte (in Sone). Die X-Komponente enthält die Zeitachse. Dieser Ergebnistyp ist nur für zeitvariante Schallsignale sinnvoll, wird jedoch aus Kompatibilitätsgründen auch für die alten Verfahren nach ISO 532-A (Stevens) und ISO 532-B (Zwicker) zugelassen.

•Lautheit. Es wird ein Einzelwert ausgegeben. Die Einheit der Gesamtlautheit ist sone.

•Lautstärkepegel.  Es wird ein Einzelwert ausgegeben. Der Lautstärkepegel wird anhand einer Umrechnungsformel aus der Lautheit ermittelt. Die Einheit ist phon.

•Spezifische Lautheit.  Es wird ein Signal (stationäre Schallsignale) oder eine Signalreihe (zeitvariante Schallsignale) ausgegeben. Die spezifische Lautheit zeigt die Verteilung der Lautheit über den Frequenzgruppen. Die Einheit der Y-Komponente ist sone/Bark. Bei stationären Signalen enthält die X-Komponente die Tonheit in der Einheit Bark. Bei zeitvarianten Signalen enthält die X-Komponente die Zeit in s und die Z-Komponente die Tonheit. Die Gesamtlautheit ergibt sich aus den spezifischen Lautheiten durch Integration über die Tonheit.

•Maximale Lautheit. Es wird ein Einzelwert ausgegeben. Die Einheit der Maximalen Lautheit ist sone. Bei stationären Signalen entspricht dieser Wert der Gesamtlautheit.

Die Lautheit macht eine direkte Aussage darüber, wie laut ein Mensch den Schall empfindet. Ein doppelt so laut empfundener Schall erhält den doppelten Lautheitswert, ein halb so laut empfundener Schall den halben Lautheitswert. FlexPro unterstützt zwei Verfahren zur Berechnung der Lautheit von stationären Schallsignalen, das Verfahren nach Stevens (ISO 532A) und das Verfahren nach Zwicker (ISO 532B). Der Lautstärkepegel ist ein Vergleichsmaß. Er beschreibt, welchen Schalldruckpegel ein Sinuston mit einer Frequenz von 1000 Hz haben müsste, damit dieser genauso laut empfunden wird wie der betrachtete Schall. Bei dieser Frequenz stimmen Schalldruckpegel (dB SPL) und Lautstärkepegel (phon) überein. Ein Schall mit dem Lautstärkepegel von 40 phon entspricht der Lautheit 1 sone. Bei der Lautheit über der Zeit werden zuerst die Schallpegel/Zeitverläufe ermittelt. Die Y-Komponente enthält die Pegel in den jeweiligen Frequenzbändern über der Zeit. Die X-Komponente enthält die Bandmittenfrequenzen. Die Z-Komponente enthält die Zeitachse. Bitte beachten Sie, dass die Einschwingzeit vom gefilterten Eingangssignal abgeschnitten wird. Anschließend wird für jeden Zeitpunkt die Lautheit ermittelt.

Eingehaltene Normen

Verwendete FPScript-Funktionen

AcousticCalibration

Loudness

SoundLevel

TimeDomainOctaveAnalysis

Siehe auch

Sharpness

Option Akustik

Analyseobjekte

Kalibration in der Akustik