Wofür stehen die Begriffe LAeq und LAFmax?

Die Begriffe LAeq und LAFmax stehen für bestimmte Schallpegel-Messungen. Dieser Artikel behandelt deren Grundlagen und Anwendungen auf dem Gebiet der elektrischen und akustischen Audio-Technik.

Wir beginnen als erstes mit dem Begriff LAFmax

Schallpegel L

Schallpegel-Messwerte werden immer mit dem Grossbuchstaben “L” für Englisch "Level" bezeichnet.

Dies gilt sowohl für akustisch über ein Mikrofon aufgenommene wie auch für elektrische Pegel (z.B. am Ausgang eines Mischpults).

Audio vs. Akustik

In diesem Artikel bezieht sich  das Wort "akustisch" immer auf Schallwellen, die durch die Luft wandern. Dem gegenüber wird das Wort "Audio" immer dann gebraucht, wenn es sich um elektrische Signale handelt, die von Kabeln oder elektronischen Geräten übertragen werden.

Frequenzgewichtung

In unserem Beispiel folgt auf das "L" der Buchstabe “A”.

Bei Schallpegeln ist der zweite Buchstabe meistens ein "A", "C" oder "Z". Dies steht für die "Frequenzgewichtung", d.h. das Muster, gemäss dem bei einer Messung bestimmte Frequenzen im Audiospektrum abgeschwächt oder verstärkt werden.

Der Grund für diese Frequenzgewichtung hängt mit unserem Hörvermögen zusammen. Unsere Ohren reagieren sensibler auf Töne im mittleren Frequenzbereich und sind weniger empfindlich bei tiefen bzw. hohen Frequenzen. Die folgenden drei Beispiele illustrieren diesen Effekt. Jeder dieser drei Töne weist denselben Schallpegel auf. Beim Anhören scheint jedoch der tief- (125 Hz) bzw. hochfrequente (10 kHz) Ton leiser zu sein. Ältere Personen sind oft gar nicht mehr in der Lage, den 10 kHz Ton zu hören, da das Hörvermögen bei hohen Frequenzen mit dem Alter abnimmt.


125 Hz


1000 Hz


10000 Hz

Achtung: Die empfundene Lautstärke hängt von verschiedenen Einflüssen ab; z.B. wirken hohe Frequenzen oft störender und erscheinen daher lauter, schallreflektierende Oberflächen (wie z.B. eine Tischplatte) verstärken tiefe Frequenzen, die Grösse bzw. Qualität eines Lautsprechers kann sich sowohl negativ auf tiefe wie hohe Frequenzen auswirken, oder das Übertragungssystem kann bei sehr lauter Wiedergabe die Signalspitzen abschneiden. Aufgrund all dieser Effekte empfehlen wir Ihnen, die drei Audio-Beispiele nicht zu laut und über gute Boxen statt ein einfaches Headset abzuspielen!

Wenn wir mit diesen drei Signales z.B. den Eingangskanal eines Mischpults überprüfen wollen, dann benötigen wir dafür einen Analysator ohne Frequenzgewichtung. Bei einer nicht gewichteten Messung ("Z") gehen nämlich alle Frequenzkomponenten zu gleichen Teilen in das Ergebnis ein, d.h. es findet keine Abschwächung oder Verstärkung statt.

Falls wir hingegen mit den gleichen drei Dateien evaluieren wollen, wie ein bestimmter Lautsprecher für unser Ohr tönt, dann müssen dafür die tiefen und hohen Frequenzen entsprechend der menschlichen Hörfähigkeit gedämpft werden. In diesem Fall ist die sogenannte "A"-Frequenzgewichtung anzuwenden, d.h. das Ergebnis der Messung ist der LAFmax Pegel.

Bei höheren Schallpegeln (über 100 dB) werden für uns Menschen die tiefen und hohen Frequenzen besser hörbar. Um diese Eigenschaft in einem Messgerät abzubilden wurde die "C"-Frequenzgewichtung eingeführt. In unserem Beispiel entspräche das Ergebnis dem LCFmax Pegel.

Zusammenfassend gelten für eine Frequenzgewichtung folgende Enpfehlungen: nicht gewichtet (bzw. "Z") für alle elektrischen oder akustischen Messungen, bei denen die Hörcharakteristik des menschlichen Ohrs keine Rolle spielt, wie z.B. für den Pegel eines Lautsprechers über den gesamten Frequenzbereich; "A" für alle akustischen Messungen bis ca. 100 dB, und "C" für höhere Pegel.

In unserem Beispiel entspricht dies den folgenden, frequenzgewichteten Messergebnissen: LZ, LA und LC

Zeitgewichtung

Als dritter Buchstabe in unserem Beispiel folgt ein grosses "F".

Alternativ kann hier auch ein "S" oder "I" stehen. Diese Platzhalter repräsentieren die "Zeitgewichtung": F = Fast (schnell), S = Slow (langsam) oder I = Impuls. Historisch gesehen diente die Zeitgewichtung dazu, einen Schallpegel auf dem Messgerät leichter ablesbar zu machen. Dabei dämpft die Zeitgewichtung plötzliche Pegeländerungen bzw. Ausschläge und führt so zu einer ruhigeren Anzeige.

Die untenstehende Grafik veranschaulicht dieses Verhalten. Im dargestellten Beispiel steigt der Schallpegel steil von 50 dB auf 80 dB, verharrt dort für 6 Sekunden und fällt danach wieder sprunghaft ab.

Das LAF Messergebnis (grüne Linie) benötigt ca. 0.6 Sekunden (Anstiegszeit) um diese 80 dB anzuzeigen, bzw. etwas unter 1 Sekunde (Abfallzeit) um den Endwert von 50 dB zu erreichen.

Eine LAS Messung (gelbe Linie) reagiert langsamer. Hier dauert es ungefähr 5 Sekunden bis die Anzeige die 80 dB erreicht, bzw. etwa 6 Sekunden um zurück auf 50 dB zu gelangen.

F S Time Weightings
 

Eine LAI Messung (blaue Linie) benötigt schliesslich nur ca. 0.3 Sekunden für den Anstieg auf 80 dB, dafür aber über 9 Sekunden für den Rückgang zurück auf 50 dB.

F S Time Weightings

Wofür stehen die Werte τ = 1 s, 125 ms oder 35 ms?

Diese Werte beschreiben die Zeitkonstanten für den exponentiellen Anstieg bzw. Abfall. Die Tangente an die steigende Kurve schneidet den Endpegel, in diesem Fall 80 dB, nach der besagten Zeit, gemessen ab dem ursprünglichen Impuls. Diese Zeiten betragen 1 Sekunde für Slow, 125 ms für Fast und 35 ms für die Impuls Zeitgewichtung.

F, S oder I - was soll ich wählen?

"S" ist dann angebracht, wenn das gemessene Signal sehr schnelle Oszillationen zeigt. "F" empfiehlt sich dagegen für ruhigere, d.h. weniger impulshaltige Signale. Letztlich ist die Entscheidung für Fast oder Slow jedoch meistens von der entsprechenden Norm bzw. Gesetzeslage vorgegeben.

Die selten gebrauchte Impulsgewichtung "I" eignet sich am ehesten zur Messung von sehr impulshaltigen Geräuschen, wie z.B. einem Feuerwerk oder Gewehrschüssen.

In unserem Beispiel stehen drei Zeitgewichtungen zur Auswahl: LAF, LAS und LAI

max & min

Das Wort "max" steht jeweils am Ende der Pegelbezeichnung.

Dabei handelt es sich um den Maximalpegel, der während der Messung aufgetreten ist. Umgekehrt bezeichnet folglich "min" den kleinsten aufgenommenen Messwert.

LAFmax

LAeq

Ein weiterer, sehr häufig verwendeter Messwert ist der LAeq ("eq" steht für äquivalent)

Dieses Ergebnis entspricht der gemittelten Schallenergie über die Zeit, und erlaubt deutlich relevantere Rückschlüsse als eine Auswertung des momentanen Schallpegels.

In der untenstehenden Grafik sehen Sie den Verlauf eines Schallpegels über die Zeit. Die Fläche unter der blauen Kurve widerspiegelt dabei die Energie. Die horizontale rote Linie zeigt die gleiche Fläche an wie diejenige unter der blauen Kurve, was dem LAeq entspricht. Dies ist somit der äquivalente Dauerschallpegel oder die über den Zeitbereich gemittelte Energie.

5 minute LAeq

Der LAeq ist nicht immer eine gerade Linie. Wenn er z.B. ab dem Beginn der Messung aufgezeichnet wird, sieht das entsprechende Ergebnis folgendermassen aus:

LAeq