Hans Lazarus Charlotte A. Sust Rita Steckel Marko Kulka Patrick Kurtz. Akustische Grundlagen sprachlicher Kommunikation

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1 Hans Lazarus Charlotte A. Sust Rita Steckel Marko Kulka Patrick Kurtz Akustische Grundlagen sprachlicher Kommunikation

2 Hans Lazarus Charlotte A. Sust Rita Steckel Marko Kulka Patrick Kurtz Akustische Grundlagen sprachlicher Kommunikation Mit 173 Abbildungen und 117 Tabellen 123

3 Dr.- Ing. Hans Lazarus Dipl.-Psych. Dipl.-Päd. Charlotte A. Sust Dr. Dipl.-Psych. Rita Steckel Cand. Phys. Marko Kulka ABoVe GmbH Dresdener Str Wettenberg Dr.-Ing. Patrick Kurtz Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA) Friedrich-Henkel-Weg Dortmund kurtz.patrick@baua.bund.de Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. ISBN Springer Berlin Heidelberg New York Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Springer ist ein Unternehmen von Springer Science+Business Media springer.de Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2007 Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Buch berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Sollte in diesem Werk direkt oder indirekt auf Gesetze, Vorschriften oder Richtlinien (z. B. DIN, VDI, VDE) Bezug genommen oder aus ihnen zitiert worden sein, so kann der Verlag keine Gewähr für die Richtigkeit, Vollständigkeit oder Aktualität übernehmen. Es empfiehlt sich, gegebenenfalls für die eigenen Arbeiten die vollständigen Vorschriften oder Richtlinien in der jeweils gültigen Fassung hinzuzuziehen. Satz: Digitale Vorlage der Autoren Herstellung: LE-TEXJelonek, Schmidt& VöcklerGbR, Leipzig Einbandgestaltung: WMXDesign GmbH, Heidelberg Gedruckt auf säurefreiem Papier 68/3180/YL

4 Geleitwort Das vorliegende Buch ist in wesentlichen Teilen aus Forschungsprojekten der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitmedizin (BAuA) hervorgegangen. Im Geschäftsbereich des Bundesministeriums für Arbeit und Soziales angesiedelt, unterstützt die BAuA Politik, Wirtschaft, Sozialpartner und Öffentlichkeit bei der Gestaltung einer sicheren, gesunden und wettbewerbsfähigen Arbeitswelt. Dabei stützt sie sich auf ein breites Spektrum multidisziplinärer Forschungsaktivitäten im Bereich von Sicherheitstechnik, Ergonomie und Arbeitsmedizin, zum Umgang mit chemischen und biologischen Stoffen und zunehmend auch zu Themen aus der Psychologie und Ökonomie. Ein Arbeitsschwerpunkt der Bundesanstalt beinhaltet seit vielen Jahren Forschungsthemen, die sich mit der Lärmminderung sowie der schalltechnischen Gestaltung und Optimierung von Arbeitsplätzen, Maschinen, Geräten und Räumen befassen, um Belastungen und gesundheitliche Beeinträchtigungen wie Stress, Belästigung und Schwerhörigkeit zu vermeiden und die Arbeitsqualität zu verbessern. BAuA / Verlag

5 Vorwort und Danksagung In den letzten Jahren sind eine Reihe von Forschungsarbeiten durchgeführt worden, die recht unterschiedliche Aspekte der sprachlichen Kommunikation beleuchten. Neben den vielfältigen Ergebnissen zur Sprachqualität und zur Schwerhörigkeit, zu den Auswirkungen von Verkehrslärm, Zweitsprache und Gehörschutz, zur akustischen Gestaltung von Schulen, Ausbildungsstätten, Callcentern, Büros und Betrieben sowie zur Entwicklung der Kommunikationsgeräte, wurde auch der Stand der Technik neu formuliert (DIN EN ISO 9921, DIN ). Insofern war es zweckmäßig, diese erarbeiteten Ergebnisse in einem Buch zusammenzutragen und in den Kontext der psychoakustischen und schalltechnischen Grundlagen zu integrieren. Ein so umfangreiches Projekt kann nur durch eine entsprechende Unterstützung und die Mitarbeit vieler realisiert werden. Daher gilt zunächst der besondere Dank dem Bundesministerium für Bildung und Wissenschaft und der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin, die diese Projekte gefördert haben, sowie dem Springer-Verlag, der die Veröffentlichung zu dieser Thematik ermöglicht hat. Danken möchten die Autoren aber auch all denjenigen, die zum Gelingen beigetragen und die Realisierung dieses Projektes unter den gegebenen Rahmenbedingungen überhaupt ermöglicht haben. Bei der Literaturrecherche und aufarbeitung haben Leonie Volberg, Sven Hanning, Wibke Albers, Anna Wittenborg, Rosa-Linde Fischer und Alexander Schimanski wertvolle Beiträge geleistet. Die Erstellung und Anfertigung der Grafiken lag in den Händen von Meike Mößner, Kolja Hegelich, Alexander Schimanski und Wibke Albers. Bei der redaktionellen Überarbeitung und der Erstellung des druckfertigen Manuskriptes hat Wibke Albers wertvolle Dienste geleistet. Die Autoren

6 Übersicht Einführung 1 Vorbemerkungen zur Sprachkommunikation 2 Wahrnehmung und Messung von Schall Produktion von Sprache: gesprochene Sprache 3 Akustische Eigenschaften gesprochener Sprache 4 Linguistische Eigenschaften der Sprache 5 Sprechen in realer Umgebung und Hörer Feedback Übertragung von Sprache: vom Sprecher zum Hörer 6 Verstehen von Sprache in realer Umgebung und Sprachkompetenz 7 Vorhersage der Sprachverständlichkeit: Sprachindices Verstehen von Sprache: akustische Sprachqualität 8 Kommunikation bei Schwerhörigkeit und mit Gehörschutz 9 Einfluss psycholinguistischer Faktoren auf die Sprachverständlichkeit 10 Sprachliche Kommunikation: Bewertung und Sprachqualität 11 Lautheit von Sprachreizen, Belästigung durch Geräusche Anwendung: Verbesserung der Kommunikation 12 Gestaltung von Räumen und Kommunikationsgeräten

7 Inhaltsverzeichnis 1 Vorbemerkungen zur Sprachkommunikation Einführung in das Buch, das Sprecher Hörer Modell Bemerkungen zu Fachbegriffen Wahrnehmung und Messung von Schall Messung und Analyse von Schallereignissen Bestimmung der Hörschwelle Bestimmung der Mithörschwelle Hörschwelle von verbalen Reizen Mithörschwelle von verbalen Reizen Sprachaudiometrie mit Wörtern und Sätzen Akustische Eigenschaften gesprochener Sprache Analyse des Schalldruckverlaufs der Sprache Häufigkeitsanalyse der Amplituden gesprochener Sprache Frequenzspektrum gesprochener Sprache Räumliche Verteilung der Sprechpegel Sprechgeschwindigkeit und pausen Linguistische Eigenschaften der Sprache Beschreibung der Sprachlaute durch die Phonetik Artikulatorische Phonetik Akustische Phonetik Perzeptive Phonetik Beschreibung der kleinsten Sprachelemente durch die Phonemik Beschreibung von Sätzen und Satzelementen Sprechen in realer Umgebung und Hörer Feedback Sprechweise und Artikulation Schallpegel leise und laut gesprochener Sprache in ruhiger Umgebung Schallpegel gesprochener Sprache bei Umgebungsgeräuschen Sprecher Hörer Entfernung...85

8 5.5 Parameter von leise und laut gesprochener Sprache Energieverteilung über der Frequenz Grundfrequenz der Sprache Formantfrequenzen der Sprache Sprechgeschwindigkeit Parameter der Sprache und Sprechweise, Zusammenfassung Sprechen von Schwerhörigen Verständlichkeit unterschiedlich gesprochener Sprache In Ruhe und unter Lärm gesprochene Sprache Unterschiedlich laut gesprochene Sprache Deutlich gesprochene Sprache Sprechweise und Sprachverständlichkeit, Zusammenfassung Sprechpegel und Entfernung bei Gesprächen im Alltagsbereich Sprechverhalten und Hörer Feedback Sprache hohen Schallpegels und ihre Verständlichkeit Sprachverständlichkeit von Sprache bei mehreren Sprechern Emotionslage des Sprechers Verstehen von Sprache in realer Umgebung und Sprachkompetenz Vorbemerkung Störung des Sprachreizes Einführung Einschränkung des Frequenzbereichs des Sprachreizes Amplitudenbegrenzte, amplitudenkomprimierte Sprache Zeitunterbrochene Sprache Verdeckung und Störung der Sprache durch Geräusche Verdeckung durch Geräusche konstanten Pegels Verdeckung durch Geräusche bei Normal und Schwerhörigen Verdeckung durch zeitlich veränderliche, technische Geräusche Verdeckung durch Sprachgeräusche und zeitveränderliche sprachähnliche Geräusche für Normal und Schwerhörige Störung der Sprache durch Nachhall Richtungshören, Alter und Sprachkompetenz Richtungshören von Normal und Schwerhörigen Blickkontakt zwischen den Gesprächspartnern Mehrfachstörungen Junge und ältere Hörer Zweitsprache...219

9 7 Vorhersage der Sprachverständlichkeit: Sprachindices Übersicht Direkte Kommunikation ohne Verwendung elektroakustischer Mittel Kommunikation über ein öffentliches Ansagesystem Kommunikation über ein Kommunikationssystem Verfahren mit bewerteten Schallpegeln A bewerteter Signal Geräuschabstand (SNR) Grenzkurven (NR) Sprach Störschallpegel (SIL) Beispiele für die Bestimmung des SNR und SIL Verfahren mit Spektren: Sprachindices Sprachindices, Prinzipien Artikulationsindex (AI), Sprach Verständlichkeitsindex (SII) Sprach Übertragungsindex (STI) Artikulationsverlust für Konsonanten (AL cons ) Sprachverständlichkeit im Freien und in Räumen Grundregeln der Raumakustik Direktes und diffuses Schallfeld Berechnung des STI in verschiedenartigen Räumen Vergleich unterschiedlicher Sprachvorhersage Verfahren Vergleich der Verfahren und deren Treffsicherheit für die Vorhersage Auswahl der Verfahren zur Bestimmung und Vorhersage Bestimmung der Sprachverständlichkeit aus den Vorhersageverfahren Kommunikation bei Schwerhörigkeit und mit Gehörschutz Schwerhörigkeit: Entwicklung, Bewertung Formen der Schwerhörigkeit, Problematik Was bedeutet Schwerhörigkeit Lärmschwerhörigkeit: Entstehung, Entwicklung, Grenzwerte, Prävention Altersbegleitende Schwerhörigkeit Verbreitung der Schwerhörigkeit Verfahren zur Ermittlung und Bewertung der Schwerhörigkeit Vergleich Schwerhörigkeit Fehlsichtigkeit Alters und Lärmschwerhörigkeit im Überblick Sprachverständlichkeit Schwerhöriger unter Alltagsbedingungen...350

10 8.2.1 Vorbemerkung, Einführung Übersicht über die Sprachverständlichkeit bei Schwerhörigen Mithörschwellen für Schwerhörige im Vergleich zu Normalhörenden Alter, Schwerhörigkeit, Geräusch, Nachhall Intensitäts, Frequenz und Zeitauflösung bei Schwerhörigen Schlussfolgerungen Verhalten und soziale Interaktion von Schwerhörigen Begleiterscheinungen der Schwerhörigkeit Die Tabuisierung der Störung Subjektives Erleben der Schwerhörigkeit Die Auswirkungen auf Verhalten, Kommunikation und soziale Beziehungen Die Auswirkungen der Störung auf die physische und psychische Gesundheit Der Umgang mit der Störung Der Umgang mit Schwerhörigen im Überblick Gehörschutz, Schwerhörigkeit und sprachliche Verständigung Gehörschutz in Lärmbereichen Sprachverständlichkeit und Gehörschutz Sprachverständlichkeit bei Gehörschutz mit spezifischer (pegelabhängiger) Schalldämmung Sprachverständlichkeit, Gehörschäden und Gehörschutz Sprachproduktion, Sprachkommunikation und Gehörschutz Bewertung der Sprachkommunikation mit Gehörschutz Gehörschutz und akustische Verständigung im betrieblichen Alltag Konsequenzen und Perspektiven Gehörschutz und Sprachkommunikation im Überblick Einfluss psycholinguistischer Faktoren auf die Sprachverständlichkeit Vorbemerkung Der Einfluss phonetischer und phonemischer Faktoren Der Einfluss lexikalischer Faktoren auf die Sprachverständlichkeit Der Einfluss von Satzbau und Satzinhalt auf die Sprachverständlichkeit Sprachliche Kommunikation: Bewertung und Sprachqualität Die subjektive Bewertung der Sprachqualität...437

11 10.2 Die Messung der Sprachqualität Die subjektive Befindlichkeit bei der Sprecher Hörer Interaktion Bedingungen für eine definierte Qualität der Sprachkommunikation Qualität der Sprachkommunikation bei bestimmten Tätigkeiten Lautheit von Sprachreizen, Belästigung durch Geräusche Belästigung und Sprachverständlichkeit Subjektiv empfundene Lautheit von Sprachreizen Arbeitsleistung unter Lärm Gestaltung von Räumen und Kommunikationsgeräten Grundsätze der Anwendung Schule, Unterrichtsräume Dienstleistungssektor: Büroarbeit, Bildschirmtätigkeit, Callcenter Kommunikationsgeräte Kennzeichnung von Räumen zur Sprachverständlichkeit Einwegkommunikation: die Medien Literaturverzeichnis Sachverzeichnis...599

12 Abkürzungsverzeichnis A Alter in Jahren A Frequenzbewertungskurve A AI Artikulationsindex AL cons Articulation Loss von Konsonanten ANR Active Noise Reduction AW (n/h) Auftretenswahrscheinlichkeit von Wörtern (niedrig/hoch) Absorptionsgrad c Anstieg des Sprechpegels pro Anstieg des Geräuschpegels (db/db) C Frequenzbewertungskurve C C Konsonant (auch K) D, Differenz Df Frequenzband in Hz Df t Frequenzband des Tiefpasses DL, L Pegeldifferenz in db DV Diskriminationsverlust E Sprachmaterial Einsilber EDT Frühe Nachhallzeit in s (Early Decay Time, s. Abschn. 6.4) f Frequenz in Hz (Hertz) f i Mittenfrequenz des Frequenzbandes (i) (in der Regel der Oktave) f o (obere) Grenzfrequenz eines Frequenzbandes f t Mittenfrequenz einer Terz (im Hörbereich) f u untere Grenzfrequenz eines Frequenzbandes F Formant g i Gewichtsfunktion GdB Grad der Behinderung GS Gehörschutz GW Gesamtwortverstehen HVE Hörverlust für Einsilber in db HVP Prozentualer Hörverlust in % HVS Hörverlust für Sprache in db HVT Hörverlust für Töne in db

13 XVIII Abkürzungsverzeichnis HVZ Hörverlust für Zahlen in db HVZS Hörverlust für Zweisilber in db i als Index, Frequenzband (i) (in der Regel Oktave) mit der Mittenfrequenz f i I Schallintensität K Kapsel K Konsonant (auch C) K I Impulszuschlag in db K T Tonzuschlag in db L Schalldruckpegel, Schallpegel in db L mit Index: (alle in db) A Frequenzbewertung A C Frequenzbewertung C eq Äquivalenter Dauerschallpegel, Mittelungspegel F Zeitbewertung Fast HSS Hörschwelle für Sprache (Verständlichkeitsschwelle, in Gegenwart von Geräuschen Mithörschwelle genannt) HSSo Hörschwelle für Sprache (Bezugswert) HST Hörschwelle für Töne (in Gegenwart von Geräuschen Mithörschwelle genannt) HSTo Hörschwelle für Töne (Bezugswert) HVE Hörverlust für Einsilber HVS Hörverlust für Sprache (in Gegenwart von Geräuschen Mithörschwelle genannt) HVS,N Hörverlust für Sprache in Gegenwart von Geräuschen (Mithörschwelle) HVT Hörverlust für Töne HVT,f Hörverlust für Töne einzelner Frequenzen HVZ Hörverlust für Zahlwörter HVZS Hörverlust für Zweisilber i Schallpegel im Bandpass (i) (in der Regel Oktave) I Zeitbewertung Impuls j Schallpegel der Terz (j), (fj < 50 Hz) max Maximalpegel min Minimalpegel okt Oktavschallpegel im Hörbereich r Beurteilungspegel (rating level) S Schallpegel der Sprache S Zeitbewertung Slow (nur als 2. oder 3. Index) SIL Sprach-Störgeräuschpegel

14 Abkürzungsverzeichnis XIX SN Signal-Geräuschabstand, Signal-Geräuschverhältnis t Terzschallpegel (im Hörbereich) T Schallpegel eines Testtones W Schallleistungspegel eines/r Gerätes, Maschine SW Schallleistungspegel eines Sprechers 1m Schallpegel in 1m Abstand 1%, 90% Perzentil L für das Gehör wirksame Schallpegel in db L bezogener Schallpegel (L = L L 0 ) in db m Modulationsgrad / Modulationsübertragungsfunktion MCL Most Comfortable Loudness (Pegel angenehmster Lautstärke) MdE Minderung der Erwerbstätigkeit N Geräusch (auch G) N, n Anzahl NH, N Normalhörende PB-Wörter Phonetisch ausbalanciertes Sprachmaterial p Schalldruck in Pa (Pascal) q i Gewichtsfunktion R Schalldämmung des Gehörschutzes in db r Entfernung in m r Korrelationskoeffizient r H, r Ho Hallradius in m RR Rosa Rauschen s Standardabweichung S Sprachmaterial Sätze S Stöpsel Schw Schwerhörigkeit SH, S Schwerhörige SG(n) Sprachgeräusch (n Anzahl der Sprecher; m: mehrere Sprecher) Si Sprachmaterial Silben (SiSi sinnlose Silben) SII Sprach Verständlichkeitsindex (Speech-Intelligibility-Index) SIL Sprach Störschallpegel SM Sprachmoduliertes Geräusch S/N Signal Geräuschabstand, Signal-Geräuschverhältnis in db SNR A Signal Geräuschabstand, A-bewertet in db SR Sprachähnliches Rauschen STI Sprach Übertragungsindex (Speech-Transmission-Index) SV Sprachverständlichkeit in %

15 XX Abkürzungsverzeichnis SVE SVZ SVZS t T T u V VW (n/h) w W W WR Sprachverständlichkeit von Einsilbern Sprachverständlichkeit von Zahlwörtern Sprachverständlichkeit von Zweisilbern Zeit Nachhallzeit in s Zeitintervall (Mittelungszeit-, Bewertungszeitraum) Richtungsindex (u H Hörer, u S Sprecher) Vokal Vorhersagewahrscheinlichkeit (der Wörter in Sätzen, niedrig/hoch) Häufigkeitsverteilung Häufigkeitssummenverteilung Sprachmaterial Wörter Weißes Rauschen / / Kennzeichen für ein Phonem [ ] Kennzeichen für einen Laut