2.1 Menschliches Gehör

Der Hörvorgang beim Menschen wird eingeleitet durch die physikalischen Größen des Luftschallfeldes. Zu einem Höreindruck kommt es jedoch nur, wenn die Frequenz und der Effektivwert des Luftschallwechseldruckes innerhalb bestimmter Grenzen liegen.

Für den Menschen hörbar sind Schallwellen mit einer Frequenz von 16 Hz bis ca. 20.000 Hz. Ultraschall sind vom menschlichen Gehör nicht wahrnehmbare Schallwellen sehr hoher Frequenz (>16 kHz), ab 10 [ 9 ] Hz spricht man sogar von Hyperschall. Schall, dessen Frequenzen unterhalb der Hörgrenze (16 Hz) liegen, wird als Infraschall bezeichnet. Periodische Druckschwankungen dieses Frequenzbereiches werden nur noch als niederfrequente Schwingungen wahrgenommen.

Die untere Grenze des menschlichen Gehörs, die sogenannte Hörschwelle, ist schwer zu erfassen. Das Ohr besitzt bei einer Frequenz von etwa 4000 Hz seine größte Empfindlichkeit mit einem Schwellwert pmin = 10[-5] N/m[2]. Bei 2000 Hz ist der Schwellwert bereits auf pmin = 2.10[-5] N/m[2], bei 100 Hz auf 3.10[-5] N/m[2 ]angestiegen. Die zugehörigen Pegelwerte betragen:

L(4000 Hz) = - 3 dB, L(2000 Hz) = 0 dB, L(1000 Hz) = + 4 dB.

Das bedeutet, daß die Empfindlichkeit des Ohres zu niederen Frequenzen hin stetig und spürbar abnimmt. Bei 63 Hz beträgt die Hörschwelle sogar schon 35 dB.

Die sogenannte Schmerzschwelle ist gekennzeichnet durch den Effektivwert des Luftschalldruckes von peff = 100 N/m[2] und einer Frequenz von 1000 Hz, was einem Schalldruckpegel von 134 dB entspricht, ihre Überschreitung führt zu einer unerträglichen Belastung.


Abb. 2.1: Hörfläche des menschlichen Gehörs

Trägt man die Grenzen der Schalldruckpegel und der Frequenzen in einem Pegel-Frequenz-Diagramm auf, erhält man die sogenannte Hörfläche, innerhalb der sich der Hörvorgang vollzieht (Abb. 2.1).

Man kann hieraus sehr gut den großen Frequenzbereich des menschlichen Hörens von ca. 16 - 16.000 Hz erkennen, der logarithmisch, z.B. in 10 Oktavschritten, aufgeteilt wird. Einen entsprechend großen Bereich überdecken auch die Wellenlängen des Luftschalls im Hörbereich.

Zum besseren Verständnis des Hörvorganges wird in der nachfolgenden Abbildung (2.2) die Anatomie des Ohres dargestellt.


Abb. 2.2: Das menschliche Ohr

Durch den Gehörgang, der die Eigenschaft eines Hohlraumresonators mit einer Eigenfrequenz zwischen 2000 Hz und 4000 Hz besitzt, dringen die Druckschwankungen des Schallfeldes zum Trommelfell und versetzen es in Schwingungen. Dabei bleibt seine zum Mittelohr gekehrte Rückseite unbeaufschlagt, da die Eustachische Röhre, die eine Verbindung zum Rachenraum herstellt, die schnellen Druckschwankungen unterdrückt und, ausgenommen beim Schluckvorgang, geschlossen bleibt.

Die Schwingungen des Trommelfelles werden durch das Hebelsystem der Gehörknöchel, bestehend aus Hammer, Amboß und Steigbügel des Mittelohres, auf das Innenohr bzw. auf das ovale Fenster, das um eine Drehachse schwingt, und damit auch auf die Lymphflüssigkeit der Schnecke übertragen. Dabei bewirkt die Hebelübersetzung der mechanischen Übertragungselemente eine 20fache Krafterhöhung auf Kosten der Ausschläge. Akustisch gesehen übernehmen die Gehörknöchelchen die Anpassung der niedrigeren Kennimpedanz der Luft an die wesentlich höhere Kennimpedanz der Lymphflüssigkeit. Bei einem direkten Übergang von Luftschall in Flüssigkeitsschall wäre eine erhebliche Reflexion an der Phasengrenze die Folge.

Im Innenohr wird eine relativ grobe Frequenzanalyse des Schallereignisses vorgenommen, die Übertragung durch das Mittelohr hat im wesentlichen Schutzfunktion: Bei Verletzungen oder sehr lauter Schalleinwirkung drehen die Gehörknochen so weg, daß sie das ovale Fenster nicht beschädigen.

Über den Hörnerv gelangt die gesamte akustische Information in die zentrale Hörbahn. Zusätzliche Schaltmechanismen, eine schärfere Separierung der Frequenzen und weitere Verknüpfungsschaltungen führen schließlich im Hörzentrum des Hirns zum bewußten Hören.

Innerhalb dieses bewußten Hörens spielt die Wahrnehmung der Lautstärke eines Geräusches und die damit eng gekoppelte Empfindlichkeit einer Geräuschbelästigung eine wesentliche Rolle. Beide Eindrücke sind maßgebliche Komponenten bei der Beurteilung einer Geräuscheinwirkung auf den Menschen.

Diese Beschreibung verdeutlicht, daß das Hören eine subjektive Empfindung ist und objektive Meßverfahren lediglich Vergleichsverfahren für Emission und Immission sein können - niemals eine Meßgröße für Lärmempfindlichkeit.

Zusammenfassend gilt [3]: