Phon=>Decibels=>SPL

[raphael]

Hallo,

weiß jemand, wie man korrekterweise die Einheit Phon in dB umrechnet? Also sagen wir mal, ich habe x Phon und möchte nun wissen, wieviel dB das in 1m entspricht oder noch besser, wieviel elektr. Leistung ich in den Lautsprecher bei gegebenem Wirkungsgrad stecken muß. Ok, letzteres ist nicht so schwer, wenn man den Wert erstmal in dB hat. Kann man eine solche Umrechnung Phon in dB überhaupt machen?

Raphael

[Farad]

Hallo Raphael,

eine direkte Umrechnung ist nur mit Sinustönen möglich. Du kannst dann den Wert des Schalldruckpegels aus den Kurven gleicher Lautheit ablesen, bzw den Lautstärkepegel in Phon, wenn du den Pegel in dBSPL eines einzelnen Sinustones hast.

Über den Kennschalldruck in dB/W/m kannst du dann auf die Leistung zurückrechnen, die dabei im Lautsprecher umgesetzt werden muß.

Mit Musikmaterial ist eine Umrechnung nicht problemlos möglich. Du müßtest über einen längeren Zeitraum das Spektrum mitteln um die jeweilige Amplitudenstatistik herauszufinden und in Terzpegeln ausgeben lassen. Anschließend gehst du mit diesen Terzpegeln in die Lautheit nach Zwicker und kommst somit auf die Sone/Terzpegel und über die Fläche unter der Kurve auf die Lautheit in Sone, bzw. den Lautstärkepegel in Phon. Die Messung muß selbstverständlich kalibriert sein.

Ist dir die Spektrale Zusammensetzung der Lautheit egal, reicht es aus, die gemittelten Terzpegel in das Programm nach Zwicker einzugeben. Den Quellcode dazu gibt es im Netz, eine Kompilierung mit BASIC ist kein Problem. Dieses Programm gibt dann direkt die Lautheit in Sone bzw. den Lautstärkepegel in Phon aus.

Rückwärts ist die Sache nicht möglich. Aus der Lautheit kann nur überschlägig in dbSPL bzw. dB(A) umgerechnet werden, die Ergebnisse bringen nichts, weil sie viel zu ungenau sind.

Die Entsprechende Norm dazu ist die DIN 45631. Strenggenommen ist sie nur für statische Signale zulässig. Für stark schwankende Terzpegel (wie dies bei Musik zweifelsfrei der Fall ist!) muss eine Zeitabhängige Lautheitsbewertung durchgeführt werden. Programme die das können sind sehr, sehr teuer. Zum Beispiel ARTMIS kann soetwas soweit ich weiß.

gruß, farad

[Nuggets]

Schön gesagt, Farad!

Siehe auch Lautstärke .
Man beachte die die Grafik, die den Zusammenhang einigermaßen angibt.

Nuggets

[Frankynstone]

Yo, Nuggets, das sind solche Grafiken, mit denen wir auch in der Akustikvorlesung gearbeitet haben.

Ich kann meine Formelsammlung (ein A4-Blatt eng beschriftet) mit Definitionen und Formeln zur Akustik zur Verfügung stellen, sowie eventuell die eine oder andere Grafik unter Angabe der Quelle.

[Farad]

Ha. Inzwischen bin ich auch Studierter und darf über die praxisfremden Vorlesungen lästern.

Frankynstone, habt ihr Versuche dazu gemacht? Den Zwicker angewendet?

gruß, farad

[Frankynstone]

Das Zwickerschema haben wir verwendet, ist sogar geprüft worden. Es macht zwar viel Arbeit und erfordert etwas Augenmaß, aber es ist nicht wirklich kompliziert.

Wir haben enige Hörbeispiele über uns ergehen lassen, insbesondere allerdings Sprachsynthese und nicht "geschätzte Lautheit" oder so.

Ich hab aber mal in Eigeninitiative mein Messohr vor ein Hochtonhorn gehalten und bei relativ hoher Lautstärke von Sinustönen den Amplitudenfrequenzgang gehörmäßig gezeichnet. Hohe Lautstärke musste sein, sonst hätte ich bei 15kHz keine Werte erhalten, je lauter, desto geringer ist die Frequenzabhängigkeit der Empfindlichkeit der Ohren. Das Datenblatt hab ich erst später erhalten und meine Handzeichnung stimmte bis in den zweistelligen kHz-Bereich verblüffend gut damit überein.

[raphael]

Also, es geht schon im quasi-sinusoide Klänge, nicht direkt um Musik. Während der "Messung" kann davon ausgegangen werden, daß der Ton, der über die Lautsprecher kommt, sinusoiden Charakter aufweist. Die Frage kann also auch wie folgt formuliert werden, wieviel Leistung muß ich einem bekannten Lautsprecher (z.Bsp. mit 85dB Kennschalldruck) zuführen, um x Phon zu erreichen.

Raphael

[Farad]

na bei 1kHz und 1m Abstand brauchst du für 85 phon "genau" 1W.

alles andere läßt sich jetzt ja aus den Kurven gleicher Lautheit herauslesen. Ausserdem weißt du, dass der Pegel pro Entfernungsverdopplung um etwa 6dB abnimmt und eine Schalldruckpegelverdopplung die vierfache Leistung benötigt.

farad

[raphael]

Nur irgendwie behagt mir das nicht. Das muß sich doch irgendwie konkret berechnen lassen, bei einfachem ablesen kann ich auch gleich meine Ohren zur Bewertung heranziehen, möchte ich aber nicht. Schließlich, letztlich ist doch bei alledem interessant, wieviel Energie in Form von Schall in den Raum abgegeben wird, darüber müßte man doch weiterkommen.

Raphael

[Farad]

Hallo.
Was ist denn am Ablesen aus den Kurven gleicher Lautheit falsch? Maschinenbauer arbeiten ständig mit normierten Diagrammen!

Du kannst das oben genannte Programm natürlich auch hierzu verwenden: Du gibst den einen Terzpegel ein, der dich interessiert, alle anderen verbleiben auf -40dB und tragen somit nix zum Gesamtlautstärkepegel bei. Ob das genauer ist als scharfes ablesen?

Wieviel Energie in Form von Schall abgegeben wird, ist ja nochmal was ganz anderes. Das läßt sich nur mit einer Vielzahl von Winkelmessungen bestimmen, oder eben direkt im Hallraum. Auch das funktioniert, dazu braucht man aber eben einen Hallraum mit bekanntem Nachhallzeitverlauf und ein diffusfeldentzerrtes Mikrofon. Du läßt bei nem 8 Ohm Lautsprecher 2,83V drauf und mißt dann die Schallleistung.

Auch dann führt aber kein Weg am Zwicker vorbei: Der entsprechende Terzpegel wird wieder über die Diagramme bzw. das Programm in den Lautheits bzw. Lautstärkepegel umgerechnet. Hier mußt du aber beachten, dass du die Diagramme für das diffuse Schallfeld benützt.

Darf ich fragen zu welcher Projektarbeit die Fragen gehören?

nochwas: Statt dem Zwicker-Lautheits-Programm kannst du natürlich auch mit den Formeln aus seinem Buch "Psychoacoustics" arbeiten. Ohne Computerunterstützung ist das aber nicht ganz trivial, weil die Flankensteilheiten der Anregung und der Erregung des Ohres berücksichtigt werden müssen, die Übertragungsfunktiond es Aussenohres und so weiter und so fort.

farad

[Nuggets]

Das muß sich doch irgendwie konkret berechnen lassen, bei einfachem ablesen kann ich auch gleich meine Ohren zur Bewertung heranziehen, möchte ich aber nicht.

Genau darum gehts ja. Da sind wir soweit wie mit MP3. Hier ist die Senke kein Mikro, sondern jemandes Ohr!
Und ja, du könntest dein Ohr zum Messen der Phon-Lautstärke im weitesten Sinne verwenden. Diese von mir verlinkte Hörkurve ist quasi eine Mittelung über subjektive Lautstärkeeindrück von verschiedenen Probanden.
Was ist denn so schwierig?
Such dir die Lautstärke heraus, die du erzeugen möchtest (mit den elektr. Orgeln) und dann suchst du dir den nötigen Schalldruck für den Ort des Hörers.
Wenn du noch die Entfernungen berücksichtigst, kannst du ziemlich genau abschätzen, wie strompotent so ein Verstärker in der elektr. Orgel sein muss.

@Farad:
Wenn du "Psychoacoutics" zitierst, dann wird dir auch Hugo Fastl in Begriff sein.
Ich versuche, noch möglichst viele Vorlesungen bei ihm zu hören, bevor er emerititert.

Nuggets

[raphael]

Wie kommst Du drauf, daß das etwas mit einer Orgel zu tun haben sollte?
Dahinter steckt eine private Diskussion über Psychoakustik. Es ist allseits bekannt, daß diese hübschen Hörempfindlichkeitskurven quasi nutzlos sind, weil sie suggerieren, daß jeder Mensch gleich hört. Dem ist aber nicht so. Würde man einen Test mit mehreren Personen machen würden unterschiedliche Ergebnisse bzgl. der Lautstärken bei unterschiedlichen Frequenzen rauskommen. Daher helfen mir die Kurven und mein Ohr nicht weiter. Trtozdem muß es ja irgendwie möglich sein, einen Ton mit einer bestimmten Lautstärke in Phon einstellen zu können, um dann z.Bsp. einen Vergleich unterschiedlicher Personen vornehmen zu können oder festzustellen, wer vielleicht in einem bestimmten Bereich ein kleine Hörschwäche oder so besitzt.

Raphael

P.S. Lustiges Experiment am Rande vor ein paar Wochen: Sinusfrequenz von 440 linear auf 880Hz erhöt und gleichzeitig Amplitude linear halbiert. Keiner, mit dem ich den Test gemacht habe, hat festgestellt, daß die Amplitude halbiert worden ist, nur die Frequenzerhöhung wurde wahrgenommen. Vielleicht interessant für die 0.5dB-Frequenzgang-Fetischisten.

[Farad]

@raphael

Die Hörempfindlichkeitskurven wurden vor vielen Jahren exerimentell durch zig Personen als Median herausgefunden. Seinerzeit noch mit Hilfe des Einregels, einem sehr guten Verfahren um die Hörschwelle zu erfassen. Ein direktes "schummeln" wie bei den heutigen Schnellhörtests ist dort praktisch nicht möglich.

Würde man einen Test mit mehreren Personen machen würden unterschiedliche Ergebnisse bzgl. der Lautstärken bei unterschiedlichen Frequenzen rauskommen.

Das ist eine Binsenweisheit, wie sie in jeder Publikation über Psychoakustik schon aus den 80er Jahren stehen wird. Auch wird der Test prinzipbedingt stets nur mit Sinustönen durchgeführt und nicht mit Musik.

Interessant ist die Anwendung der psychoakustischen Erkenntnisse für den Lautsprecherentwickler trotzdem nur sehr begrenzt. Sie ist sehr wichtig im Bezug auf Lärmminderung und Sound Design bzw. wenn es um die Entwicklung von Kompressionsverfahren geht.

Hast du einmal einen Hörtest gemacht? Die Amplitudensprünge betragen bei einem "guten" Hörtest 5dB, bei einem "normalen" Hörtest 10dB. Wer also 0dB nicht hört, dem werden als nächster Prüfton -10dBHL aufs Ohr gegeben. Ein Bezug zu den -0,5dB Frequenzgangunterschieden darf aber selbstverständlich trotzdem NICHT hergestellt werden. Das Ohr ist sehr anpassungsfähig und auch ein echtes Instrument wird mit dem eigenen Ohr gehört.

Trtozdem muß es ja irgendwie möglich sein, einen Ton mit einer bestimmten Lautstärke in Phon einstellen zu können, um dann z.Bsp. einen Vergleich unterschiedlicher Personen vornehmen zu können

Was hast du denn konkret als Beispiel vor? Die Phon-Skala ist nuneinmal mit Hilfe der Zwicker'schen Lautheit definiert. Sicher wird ein Großteil der Menschen von diesem Median abweichen. Das Phon ist NICHT definiert als der Lautstärkepegel den die jeweilige Versuchsperson wahrnimmt, sondern als der Lautstärkepegel den der Median der Grundgesamtheit wahrnehmen wird.

Eine "kleine" Hörschwäche ist praktisch nicht zu erfassen. Selbst mit aufwendigsten Hörtests geht man selten unter 3dB Schritte. Da sie aber stets vorhanden ist, gibt es keinen Bezug zur Elektroakustik. Es gibt keinen Widerspruch zur Entwicklung einer hochwertigen WIEDERGABE-Anlage.

farad

[Henrik]

Hallo!

Mal ein Diagramm zu Phon & dB :



Gruß Henrik

[Nuggets]

Wie kommst Du drauf, daß das etwas mit einer Orgel zu tun haben sollte?

hm...

Während der "Messung" kann davon ausgegangen werden, daß der Ton, der über die Lautsprecher kommt, sinusoiden Charakter aufweist.

Zugegebenermaßen war es ein Schuss ins Blaue, aber die Trefferwahrscheinlichkeit schätzte ich bei dir da ziemlich hoch ein.
Im Ernst: Poste doch mal deine privates psychoakustische Auseinandersetzung.

Nuggets