Sone? dB(A)? Wir erklären Geräusch-Messungen [Update: Video]

Die Frage "Wie laut?" ist bei Kühlern genauso wichtig wie die nach der Kühlleistung; Gehäuse(-lüfter) definieren sich maßgeblich über ihre Geräuschentwicklung und sowohl Grafikkarten- als auch Netzteilhersteller begründen Premium-Preisaufschläge regelmäßig mit besonders aufwendigen Kühllösungen. Statt besonders niedriger Temperaturen wollen diese meist vergleichbare Leistung wie günstigere Produkte bei weitaus angenehmerer Geräuschkulisse bieten. Aber was ist eigentlich "laut"? Wie misst man "Lautstärke" und welche Möglichkeiten gibt es, Geräusche zu bewerten?

Die Grundlagen: Schalldruck, -messungen

Bei Schallwellen in der Luft interessieren vor allem zwei Parameter: Die Frequenz, mit der sie sich wiederholen und die wir als Tonhöhe wahrnehmen, sowie den Schalldruck, also die Stärke der Luftdruckschwankung bei Durchlauf einer einzelnen Welle. Je stärker der Schall ist, desto lauter klingt er für uns - allerdings spielen bei der menschlichen Wahrnehmung noch zahlreiche weitere Parameter eine Rolle. Für Messmikrofone ist dagegen nur noch der Abstand zur Schallquelle relevant: Eine Angabe des Schalldrucks gilt immer nur an dem Punkt, an dem er gemessen wurde, denn natürlich schwächt sich Schall mit zunehmender Ausbreitung ab. Hersteller nutzen diesen Zusammenhang gerne, um ihre Produkte in ein besseres Licht zu rücken. Da es im Hardware-Retail-Markt keine verbindliche Norm gibt und Entfernungsangaben fast immer fehlen, kann man mit einer Messung in zwei oder mehr Metern Entfernung statt der weit verbreiteten ein Meter ganz legal niedrigere Herstellerangaben rechtfertigen.

Umgekehrt lassen sich Unterschiede zwischen leisen Schallquellen mit einem verkürzten Messabstand besser erfassen, ein gewisses Minimum sollte man in der Praxis aber nicht unterschreiten. Sonst erzeugt beispielsweise der Luftstrom eines Lüfters zusätzliche Geräusche am Messmikrofon und 10 cm vor einem kompletten PC misst man auch nur, ob sich eine Lüfteröffnung oder die Grafikkarte in der Nähe befinden, aber garantiert nicht die durchschnittliche Schallabgabe des gesamten Geräts. Im Hardware-Alltag hat sich der PCGH-Kompromiss von 50 cm Messabstand bewährt. So können wir einerseits die Geräusche großer Testmuster noch repräsentativ erfassen, andererseits aber auch sauber zwischen leisen und sehr leisen Produkten differenzieren. Nach unten hin wird der Messbereich nämlich immer durch Hintergrundgeräusche und die Messempfindlichkeit begrenzt. Günstige Lärmmessgeräte aus dem Elektronikhandel machen beispielsweise genau das, was der Name nahelegt: Sie messen Lärm. Ein empfindliches Mikrofon wäre fehl am Platze und der Anzeigebereich beginnt oft erst bei 30 dB(A). Für Silent-Lüfter, die in 50 cm Abstand einen Schalldruckpegel von unter 20 dB(A) erzeugen, benötigt man passende Technik und natürlich eine sehr leise Messumgebung.

Die Auswertung: Der (bewertete) Schalldruckpegel

Moment! Sprachen wir gerade von "Schalldruckpegel" statt Schalldruck? Ist dass das Gleiche? Mitnichten. Und sowohl hier als auch anderswo wird er auch noch mit dem bewerteten Schalldruckpegel vermischt. Aber der Reihe nach: Der eingangs erwähnte Schalldruck ist zunächst eine einfache physische Messgröße, berechnet aus Änderungen des absoluten Luftdrucks während des Durchlaufs einer Schallwelle. In der Akustik interessante Geräusche erstrecken sich aber über einen sehr großen Druckbereich - der Mensch kann 0,00002 Pascal schwache Schwankungen wahrnehmen, Alltagsgeräusche liegen bei 0,02 bis 0,2 Pascal und schmerzhafte laute Ereignisse bei über 100 Pascal. Um diese Zahlen greifbarer zu machen, werden sie traditionell in Bezug zu einem Referenzwert gesetzt und logarithmisch transformiert. Das Ergebnis sind die bekannteren Dezibel-Angaben - aus 0,00002 Pa werden 0 dB, aus 0,02 Pa 60 dB und aus 200 Pa 140 dB.

Diesen Angaben beschreiben aber weiterhin das technisch Schallereignis. In der Praxis interessiert uns viel mehr, wie dies vom Menschen wahrgenommen wird. Ein einfacher Schritt in diese Richtung sind frequenzabhängige Gewichtungen. Der bewertete Schalldruckpegel zerlegt das eingehende, in der Regel aus einer Vielzahl verschiedener Töne zusammengesetzte Geräusch in einzelne Frequenzbänder und gewichtet diese Gemäß der Empfindlichkeit unserer Ohren. Töne von 1 bis 2 kHz, dem Empfindlichkeitsmaximum menschlicher Ohren, führen schon bei niedrigen Schalldrücken zu einem hohen dB(A)-Wert, ein sehr tiefer Ton an der unteren Grenze unseres Hörbereichs kann dagegen ungleich intensiver sein, ohne dass das Messgerät nennenswert ausschlägt.

Die Interpretation: Lautstärkepegel und Lautheit

Der dB(A)-Angaben des Schalldruckpegels berücksichtigen aber nur die Empfindlichkeit unseres Gehörs in Abhängigkeit der Frequenz, nicht in Abhängigkeit der Schallintensität. Dabei rücken insbesondere bei hohen Tönen oberhalb von 10 bis 15 kHz die minimale Hör- und die Schmerzschwelle dicht zusammen. Einen laut bewertetem Schalldruckpegel nur wenige (Milli-)Pascal über dem minimal hörbaren Niveau liegenden Ton nehmen wir bereits als äußerst störend war. Die vor allem in der Tontechnik genutzte Einheit Phon nimmt sich diesem Problem an und definiert für jede Frequenz und für jeden Schalldruckpegel einen äquivalenten, als gleichlaut empfundenen Ton bei 1 kHz. Diese Äquivalenzen werden anschließend zum Lautstärkepegel verrechnet, der somit direkt das menschliche Hörempfinden wiederspiegelt und nicht mehr die dem Schalldruckpegel zugrunde liegenden physikalischen Größen der Luftschwingung.

Als Äquivalenz zu 1-kHz-Sinuston-Schalldruckpegeln erbt das Phon aber eine weitere Schwäche des bewerteten Schalldruckpegels: Im Zuge der logarithmischen Transformation und der menschlichen Wahrnehmung verlaufen dB(A)- und Phon-Skala alles andere als linear. Nicht nur das "40 dB(A)" weit mehr als doppelt so laut sind wie "20 dB(A)" (oder Phon), der Unterschied zwischen 40 und 50 dB(A) entspricht auch weder absolut noch relativ dem zwischen 20 und 30 dB(A). So ist es für Laien kaum möglich, die Lautheitsunterschiede zwischen verschiedenen Lautstärkepegel-Angaben richtig einzuschätzen. Die einfache, auch von PCGH bevorzugte Lösung: Man gibt die Lautheit direkt an. Mit Sone existiert eine von Phon abgeleitete, lineare Einheit. Die Bewertung des menschlichen Gehörs unterscheidet sich hierbei nicht, aber 2 Sone sind subjektiv doppelt so laut wie 1 Sone und der Wahrnehmungs-Unterschied zwischen beiden ist genauso groß, wie zwischen 9 Sone und 10 Sone.

Die Relation: Kann man dB(A) in Sone umrechnen?

Da Herstellerangaben und Tester mit einfachem Equipment weiterhin nur den bewerteten oder gar einen unbewerteten Schalldruckpegel angeben, stehen Sone-Angaben oft ohne Bezugspunkt im Raum. Was sagt einem ein PCGH-Testwert von "1,0 Sone" schon, wenn man nicht weiß, ob der als nervig empfundene "30 dB(A)"-Lüfter im aktuellen Rechner 0,5 Sone oder 2,0 Sone erzeugt? Zwar geben wir in allen Tests von Kühlungsprodukten zusätzlich die dB(A)-Werte an, trotzdem wünscht man sich oft eine direkte Umrechnung von Schalldruckpegel in Lautheit und umgekehrt. Theoretisch ist diese nicht möglich, da Sone eben zusätzliche Details des Geräuschspektrums berücksichtigt. Sone- und dB(A)-Wert eines hohen Pfeiftons stehen in ganz anderer Relation zueinander als Lautheit und Schalldruckpegel eines dumpfen Rauschens - da kommt man ohne zusätzliche Informationen nicht weiter. In der Praxis liegen genau diese Informationen aber vor, denn die meisten Geräuschquellen in PCs sind Axiallüfter mit 90 bis 140 mm Durchmesser mit ähnlicher Geräuschcharakteristik. Wir haben über 400 Lautheits- und Schalldruckpegelmessungen zusammengestellt, das Ergebnis sehen Sie in der obenstehenden Grafik.

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Sone? dB(A)? Wir erklären Geräusch-Messungen [Update: Video] PCGH erfasst seit jeher die Lautheit von Produkten in Sone, andere Tester messen den Schalldruckpegel in dB(A) und außerhalb der Hardware-Welt gibt es noch weitere Geräuscheinheiten. Doch misst man Geräusche eigentlich "richtig"?

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