Schall - Infraschall
Tieffrequente Geräuschimmissionen und ihre Beurteilung
Vibration und Körper - Einwirkung kräftiger Vibrationen auf Menschen
Tieffrequente Geräuschimmissionen und ihre Beurteilung
Physikalische Lehrbücher beschreiben das Problem des tieffrequenten Schalls häufig nur unzureichend. Die Aussagen darin lauten sinngemäß: "Die untere Frequenzgrenze des menschlichen
Hörbereiches liegt bei etwa 16 bis 20 Hz – tieferfrequenter Schall, sogenannter Infraschall, ist nicht hörbar."
Verschiedene, zum Teil schon 60 Jahre alte Untersuchungen zeigen allerdings: das menschliche Ohr ist durchaus in der Lage, Luftdruckschwankungen im Infraschallbereich wahrzunehmen, und zwar
bis herab zu etwa 1 Hz. Was bei höheren Frequenzen gilt, ist auch hier richtig: Infraschall kann erst nach Überschreiten eines bestimmten Schalldruckpegels wahrgenommen werden. Allerdings nimmt
die Empfindlichkeit des Ohres zu tiefen Frequenzen hin sehr stark ab. So liegt die Hörschwelle bei 100 Hz um 23 dB, bei 20 Hz schon über 70 dB. Bei 4 Hz liegt die Wahrnehmbarkeitsschwelle gar um
120 dB.
In der Praxis treten immer wieder Lärmbeschwerden auf, bei denen trotz glaubhaft vorgetragener starker Belästigungen nur relativ niedrige A-bewertete Schalldruckpegel gemessen werden können.
Solche Lärmeinwirkungen sind geprägt durch ihre tieffrequenten Geräuschanteile, in der Regel verbunden mit deutlich hervortretenden Einzeltönen. Im Wohnbereich werden tieffrequente Geräusche,
insbesondere zu Zeiten allgemeiner Ruhe wie z.B. nachts, schon dann als störend empfunden, wenn sie gerade wahrnehmbar sind. Betroffene klagen über ein im Kopf auftretendes Dröhn-,
Schwingungs- oder Druckgefühl, oft verbunden mit Angst- und Unsicherheitsempfindungen, sowie über eine Beeinträchtigung ihrer Leistungsfähigkeit.
Die Wahrnehmung und Wirkung überschwelliger tieffrequenter Geräusche weichen deutlich von der Wahrnehmung und Wirkung mittel- oder hochfrequenter Geräusche ab. Im Frequenzbereich unter 20
Hz fehlen Tonhöhen- und Lautstärkeempfindung. Man empfindet Luftdruckänderungen vielmehr als Pulsationen und Vibrationen, verbunden mit einem Druckgefühl auf den Ohren. Im Frequenzbereich
von 20 Hz bis etwa 60 Hz ist die Tonhöhen- und Lautstärkewahrnehmung nur schwach ausgeprägt. Vielfach sind hier Fluktuationen (Schwebungen) wahrzunehmen. Im Frequenzbereich ab 60 Hz
schließlich findet der Übergang zur normalen Tonhöhen- und Geräuschempfindung statt. Der Übergang von einem Frequenzbereich zum nächsten erfolgt fließend, Wirkungen überlappen sich. Aus
Sicht der Lärmbekämpfung erscheint es allerdings unerheblich, ob man die Infraschallwahrnehmung als "Hören" oder eher als "Fühlen" bezeichnet.
Tieffrequente Schwingungen gehen "durch"
Zur Ausbreitung tieffrequenter Geräusche von der Quelle in die Nachbarschaft kommen Körperschall- oder Luftschallausbreitung in Frage. Bei Körperschallausbreitung werden Schwingungen von der
Quelle durch feste Stoffe (z.B. Fundamente, Erdreich, Decken, Wände) zum Einwirkungsort hin übertragen. Dort strahlen die Gebäudedecken oder Wände die Körperschallschwingungen als
"sekundären Luftschall" in den Raum hinein ab. Bei der Übertragung tieffrequenter Schwingungen in festen Körpern sind die Dämm- und Dämpfungswirkungen auf dem Ausbreitungsweg weit geringer
als bei höherfrequenten. Andererseits können bei der Anregung von Gebäudedecken und Wänden Resonanzeffekte auftreten. Auf dem gesamten Ausbreitungsweg können sich all diese Erscheinungen
derart komplex ausprägen, daß – vom Emittenten gesehen – weiter entfernt gelegene Gebäude oder Gebäudeteile stärkere Einwirkungen zeigen als näher gelegene.
Auch bei der Übertragung von Geräuschen in der Luft wird auf dem Ausbreitungsweg tieffrequenter Schall weniger gedämpft als höherfrequenter. Ein ähnliches Frequenzverhalten zeigt die
Schalldämmwirkung der Außenbauteile von Gebäuden, z.B. der Fenster oder Wände. Zusätzlich kann in geschlossene Räume eingekoppelter tieffrequenter Luftschall durch Raumresonanzen erheblich
verstärkt werden. Es kommt dann zur Ausbildung sogenannter "stehender Wellen", wodurch zumindest lokal relativ hohe Pegel bei vergleichsweise geringem Schalleintrag verursacht werden. Dieser
Effekt ist unabhängig von der Art der Transmission.
In den 80-er Jahren wurden die Erkenntnisse bezüglich tieffrequenter Schallimmissionen systematisch zusammengefaßt. Hierbei zeigte sich deutlich, daß tieffrequenter Schall als eine besondere
Lärmart betrachtet werden sollte, deren Störwirkung sich nur unzureichend durch den A-bewerteten Geräuschpegel beschreiben läßt. 1992 wurde der Normentwurf DIN 45680 "Messung und
Beurteilung tieffrequenter Geräuschimmissionen in der Nachbarschaft" veröffentlicht.
Nach dieser Norm werden die tieffrequenten Einwirkungen durch die jeweiligen Beurteilungspegel und Maximalpegel in den 10 Terzfrequenzbändern zwischen 10 und 80 Hz beschrieben. Zu ermitteln
sind diese Pegel innerhalb eines Gebäudes, und zwar in dem am stärksten betroffenen Raum an der lautesten Stelle und bei geschlossenen Türen und Fenstern. Enthält das Geräusch einen
hervortretenden Einzelton, so sind in demjenigen Terzband, das den Einzelton enthält, Terz-Beurteilungspegel und Terz-Maximalpegel mit der Hörschwelle zu vergleichen. Gegebenenfalls ist die
Hörschwellenüberschreitung den Anhaltswerten nach dem Beiblatt 1 zu DIN 45680 gegenüberzustellen. Enthält das Geräusch keinen hervortretenden Einzelton, sind die Terzpegel nach der A-
Bewertung zu gewichten und die Beurteilungspegel der 10 Terzbänder energetisch zu addieren. Die Ergebnisse können mit den entsprechenden Anhaltswerten verglichen werden. Im allgemeinen
liegen keine erheblichen Belästigungen vor, wenn die Anhaltswerte nicht überschritten werden. http://www.lfu.baden-wuerttemberg.de/lfu/abt3/laerm/kap-11.htm
Die Rotorflügel sind exellente Erzeuger von luftgeleitetem Infraschall
Leider ist dieser mit der bekannten Schallmeßtechnik nicht zu messen, deren Meßgrenze liegt in der Regel oberhalb 20 Hz, die Schallabstrahlung von Windkraftanlagen braucht sogar erst oberhalb 45
Hz gemessen werden. Infraschall liegt aber definitionsgemäß zwischen 0,1 und 20 Hz.
Ein normales Lärmmeßgerät kann nur den Pegel des „hörbaren“ Anteils bestimmen, über Pegelhöhen des ebenfalls vorhandenen Infraschall kann bestenfalls eine qualitative Aussage getroffen werden.
Bei der Frequenz von 5 Hz erreichen heute übliche Windblätter in Normalbetrieb Pegel von 80 dB etwa 150m in Windrichtung, Kompressoren und Rammbären können bei 10 Hz Frequenz Pegel von
120 dB erreichen. Angaben über neue Anlagen mit Masthöhen um und über 100m sind nicht bekannt. Übrigens auch das „Meeresrauschen“ hat viel Infraschall-Anteile, der bei Sturm beachtliche Pegel
erreicht - nur ist Wind eben kein Sturm (Windräder werden dann meist stillgelegt) und der Sturm ist nach ein paar Stunden vorüber.
Viele gleichartige Anlagen erhöhen den Schallpegel (genau errechnet sich der Pegel nach einer logarithmischen Funktion). Wichtig ist auch, das der allseits bekannte Hörschutz bei diesen niedrigen
Frequenzen keine Dämmwirkung besitzt. Jeder kennt das: wenn im Mehrfamilienhaus eine Fete gefeiert wird, wummern die Bässe ungedämmt durchs ganze Haus und bringen die Mitbewohner zur
Verzweiflung - weil sich die tiefen Frequenzen so schlecht dämmen lassen.
Grundsätzlich ist Infraschall Schall wie jeder andere. Die Auswertung von 100 Literaturquellen zeigt, dass die gleichen Wirkungen auf Gesundheit und Wohlbefinden wie bei hörbarem Schall und damit
Lärm nicht auszuschließen sind. ......
Die zunehmende Quellenzahl von Infraschall durch die in letzter Zeit verstärkt errichteten und noch in Planung befindlichen Windkraftanlagen werden hoffentlich das öffentliche Bedürfnis nach Klärung
verstärken und größere Forschungsprojekte ermöglichen.
Aus heutigem Kenntnisstand heraus sollten Windkraftanlagen deshalb lediglich weitab von menschlichen Ansiedlungen, besser noch, nicht in deren Sichtweite errichtet werden. Diese Faustregel hat
keine besondere wissenschaftliche Begründung, sondern ist der Intensitätsabnahme von Schall pro Meter Abstand geschuldet, die für jede Art Schall gilt.
Klar ist, dass es heute weder gesetzliche Regelungen noch standardmäßige Meßtechnik, geschweige denn ein standardisiertes Meßverfahren zur Bestimmung und Bewertung von Infraschall gibt.
Lediglich der Flimmereffekt bei niedrigem Sonnenstand gilt für Windkraftanlagen als akzeptierter Kontrapunkt bei raumordnerischen Planung. Hoffnung besteht allein auf das Bundesimmissions-
schutzgesetz, dass hörbare Pegel oberhalb 45 db nachts nicht zulässt.
Grundsätzlich muss auch für solche neuen Technologien, heute von Teilen der Bevölkerung als grundsätzlich positiv akzeptiert, die gleiche Unbedenklichkeit gelten, wie für alle andere Technik auch.
In einem Land mit einer Rasenmäherverordnung muss aber auch gelten, dass allein die Störung der Befindlichkeit - und diese wird bereits durch zahlreiche Bürgerinitiativen artikuliert - ausreichen
muss, um von bestimmten Bauvorhaben Abstand zu nehmen. Erinnert sei an die Fluglärm- oder Verkehrslärmdebatte. Hier ging es in erster Linie nicht um zu erwartende Gesundheitsstörungen,
sondern um Störungen von Kommunikation und Nachtruhe. - Dies muss die Windkraftlobby begreifen lernen.
Der Autor hat im Rahmen seiner wissenschaftlichen Tätigkeit 15 Jahre lang über extraurale Lärmwirkungen geforscht. Ein besonderer Schwerpunkt war dabei die individuelle Lärmempfindlichkeit des
Menschen. - Dr. Reinhard Bartsch
Infraschallmessungen: Messungen mit einem hochempfindlichen seismischen Schwingungsaufnehmer bzw. Infraschall-Mikrofon !
Meßstationen Eichen !
Schallprognosen werden nach einem Windprofil berechnet. Das logarithmische Windprofil liegt nur bei einer neutralen Temperaturschichtung vor, diese ist in der Regel nur zu bestimmten Tageszeiten
kurzzeitig gegeben. Für den Großteil des Tages liegen stabile oder labile Temperaturschichtungen und damit abweichende Windprofile vor.
"Hohe Mühlen fangen viel Wind"
Das Projekt der Uni Groningen versucht eine Erklärung für die Tatsache zu geben, dass Windturbinen bei bestimmten Wetterbedingungen mehr Geräusche produzieren und dadurch auf größeren
Abstand zu hören sind als dies nach der üblichen Theorie möglich ist.
Diese Theorie besagt, dass die Windgeschwindigkeit logarithmisch mit der Höhe zunimmt.
Aus unserem Projekt folgt, dass dieser Zusammenhang zwischen Geschwindigkeit und Höhe bei einer stabilen Atmosphäre nicht gilt. Die Windgeschwindigkeit nimmt bei zunehmender Höhe schneller
zu.
Ausgehend von der Windgeschwindigkeit auf 10 m Höhe wird die Windgeschwindigkeit auf Achsenhöhe größer sein, als es die logarithmische Funktion ausweist.
Eine Windturbine wird dadurch mehr Geräusche produzieren.
Ein ausgedehntes Netz von Einzelmeßstellen, um die Emission bewerten zu können
Wetterlagen mit wenig Wind in Bodennähe, um Eigengeräusche an der Meßeinrichtung zu minimieren. Dazu stabile Wetterlagen mit bestenfalls geringfügiger Änderung der Windrichtung über die
Meßdauer, weil ansonsten das gesamte Meßnetz immer wieder umgebaut werden müßte.
Nächte: Grund ist, daß das der berechneten Schallemission von WKA zu Grunde liegende "logarithmische Windgesetz" bei stabiler Schichtung der Atmosphäre nicht oder nur stark eingeschränkt gilt.
Infolgedessen sind die Windgeschwindigkeiten in Nabenhöhe deutlich höher als sie sich nach dem logarthm. Windgesetz für instabile Schichtung (tagsüber bei thermisch induzierter Durchmischung der
Atmosphäre) ergeben. Insofern haben alle Anwohner von WKA recht, wenn sie insbesondere nachts über Geräuschbelästigung klagen. Insofern sind auch alle Berechnungen zur Geräuschemission
von WKA nachweislich falsch!
"Einige Nächte" deswegen, weil nachts die Atmospäre überwiegend stabil geschichtet ist, die Schallsignale der WKA's also durchaus aus dem Umgebungslärm herauszuhören sind, aber auch, weil eine
Einzelmessung nicht so ohne weiteres verwertbar ist, insbesondere vor Gericht angezweifelt werden kann.
Das Meßprogramm müßte umfassen:
- verschiedene Entfernungen von der/dem WKA/Windpark,
- Messungen in momentaner Windrichtung plus/minus 5, 10, 15, 20 Winkelgrade,
- Messung der Windgeschwindigkeit am Boden und in z.B. 5 Metern Höhe
(Schalenkreuzanemometer auf entsprechender Stehleiter/Anlegeleiter).
Längstwellen (Schwingungen mit niedrigen bis sehr niedrigen Frequenzen) sind nur schwer zu orten, haben aber auch über große Distanzen nur minimale Dämpfungen.
Das gilt ausdrücklich auch für Schallwellen. Nehmen wir die Schallgeschwindigkeit in Luft mal mit 330 m/s an; dann hat eine Schallwelle mit 1 Hz eine Wellenlänge von 330 m, eine Schallwelle mit 0,1
Hz eine Wellenlänge von 3,3 km.
Die Schallemission eines Rotor ist proportional zur 5. Potenz der Windgeschwindigkeit, vulgo bei doppelter Windgeschwindigkeit habe ich den 32-fachen Schalldruck. Was das in Lautstärke definitiv
ausmacht, weiß ich momentan nicht, eine Verdopplung dürfte drin sein; sicherlich gibt's jemanden, der hier weiterhelfen kann (Technische Akkustik als Stichwort).
... eine Erhöhung des Schalldruckpegels um den Faktor 10 entspricht einer Verdopplung der Lautstärke, bei dem Faktor 32 im Schalldruckpegel bei Verdopplung der Windgeschwindigkeit müßte etwa
eine Zunahme der Geräuschbelästigung um etwa 15 dB herauskommen, also statt der berechneten 45 dB ca. 60 dB, was für Wohngebiete dann nicht mehr zulässig wäre.
Einwirkung kräftiger Vibrationen auf Menschen
Vibration und Körper
www.brummt.de
29.04.2002
Quelle: INDEKLIMA – LYD, Polyteknisk Forlag 1979
Tabelle 10.3
Beispiele für die Einwirkung kräftiger Vibrationen auf Menschen mit Circa-Angabe der Frequenzbereiche (nach STEPHENS)
Vibrationen können auf den Körper durch direkten Kontakt mit vibrierenden Bauteilen übertragen werden. Teile des Körpers können aber auch in Schwingungen versetzt werden durch kräftige
Schallwellen in der umgebenden Luft, besonders Infraschall.
Wirkung
Frequenzbereich in Hz
Wahrnehmung
01, - 10.000
Bewegungskrankheit
0,1 - 1
Einfluss auf Gleichgewicht
0,1 - 10.000
Störung von Atmung und Sprechen
1 - 100
Herabgesetzte Arbeitsfähigkeit
1 - 1.000
Sehschwierigkeiten
3 - 1.000
Resonanz von Körperorganen
4 - 100
Schaden verursacht durch Erschütterungen
1 - 100
Leiden wegen Hadwerkzeug
100 - 10.000
In Gebäuden haben Vibrationen im Bereich über 80 Hz keine praktische Bedeutung. Unter 80 Hz können Vibrationen grob in zwei Frequenzbereiche mit verschiedenen Wirkungen aufgeteilt werden:
sehr niedrige Frequenzen (ca. 0,1 – 1 Hz) und
einen höheren Frequenzbereich (ca. 1 – 80 Hz).
Unter 1 Hz ist die wesentlichste Wirkung von Vibrationen Bewegungskrankheit, bei der die Symptome die gleichen sind wie für See- und Reisekrankheit, das heißt Übelkeit, Blässe, kalter Schweiß,
allgemeines Unbehagen und eventuell Erbrechen. Darüber hinaus können Schwindel- und Gleichgewichtsstörungen auftreten. Es gibt keine vollständige Erklärung für das Entstehen der
Bewegungskrankheit, aber es kann hingewiesen werden auf STEPHENS 3, Kap. 11 für eine Vertiefung des Themas.
Bei sehr niedrigen Frequenzen schwingt der ganze Körper als eine Einheit, aber bei Frequenzen über 1 bis 4 Hz werden einzelne Organe oder Teile des Körpers wegen Resonanz besonders kräftig
schwingen, welches eine lange Reihe von Symptomen hervorruft, wie aus der folgenden Tabelle ersichtlich. Der Tabelle liegen Versuche mit sehr kräftigen Vibrationen von 1 Minute und 3 Minuten
Dauer zugrunde. Es geht aus den angegebenen Frequenzbereichen hervor, dass bei sehr niedrigen Frequenzen unter etwa 10 Hz besonders die zentral platzierten Organe mit relativ großer
Bewegungsfähigkeit und niedrigen Resonanzfrequenzen beeinflusst werden. Umgekehrt sind Organe mit relativ kleiner Bewegungsfähigkeit und höheren Resonanzfrequenzen peripher platziert, und
sie werden bei höheren Frequenzen beeinflusst
Tabelle 10.4
Die am deutlichsten erkennbaren Symptome zwischen 1 und 20 Hz bei Einwirkung auf sitzende Personen mit vertikalen Vibrationen im Grenzbereich gesundheitsschädlicher Einflüsse bei Exposition
von mindestens 1 Minute (nach MAGID et al)
Symptom und Frequenzbereich Frequenzbereich
Kopf und Hals
Kopfschmerzen 13 - 20 Hz
Gefühl von “Kloß um Hals” 12 - 16 Hz
Unterkiefer in Resonanz 6 - 8 Hz
duch Resonanzen im Kehlkopf und Luftröhre beeinflusstes Sprechen 13 - 20 Hz
Brustkorb
Atmung wird beeinflusst 4 - 8 Hz
Atemnot 1 - 3 Hz
Schmerzen in der Brust 5 - 7 Hz
Magenregion
Muskelkontraktionen in der Bauchdecke 4,5 - 9 Hz
Magenschmerzen 4,5 - 10 Hz
Beckenregion
Harndrang 10 - 18 Hz
Stuhldrang 10,5 - 16 Hz
Skelett und Muskeln
Muskelkontraktionen in Armen und Beinen 4,5 - 9 Hz
Vermehrte Muskelverspannung in Beinen, Rücken und Nacken 8 - 12 Hz
Allgemeines Unbehagen 4,5 - 9 Hz
Für die Arbeit in extrem Infraschall-belasteter Umfeld gibt es Schutzanzüge!
INFRASCHALL
Die größere Lautstärke des Brummtons in geschlossenen Räumen deutet auf ein Resonanzphänomen. Infraschall wäre dafür ein ideales Medium. Akustische Messungen des Gewerbeaufsichtsamtes
Stuttgart belegen in einem Fall dessen Vorhandensein.
(Messung durch das Staatliche Gewerbeaufsichtsamt Stuttgart am Freitag, 19.11.1999 um 4.30-5.30 Uhr. Außentemperatur: 2°C. Es war fast windstill. Benutzt wurde ein Norsonic Sound Analyser Typ
110 Kl.1 mit Messmikrofon. Das Messgerät war auf den untersten Messbereich kalibriert. Die Messzyklen dauerten ca. 2 Minuten. Messwerteangaben in dB linear.)
Bei diesen Messungen wurde in einem Wohnhaus Betroffener sehr früh am Morgen ein Ton von 8 Hz bei 79,8 dB (L) registriert.
Die Abkürzung dB steht für "Dezibel". Dies meint den Schalldruck - vereinfacht gesagt: die "Lautstärke", auch "Amplitude" oder "Pegel" genannt.
(L) bedeutet eine lineare Messung, die nicht das menschliche Hörvermögen als Maßstab nimmt, sondern lediglich den physikalisch vorhandenen Schalldruck feststellt. In solchen Fällen spricht man
auch von einer "unbewerteten Messung". In der englischen Literatur findet sich statt (L) die Abkürzung SPL für "Sound Pressure Level". Dies meint das Gleiche. Bei tieffrequentem Lärm ist solch eine
unbewertete Messung allen anderen Verfahren vorzuziehen.
Die gemessene Frequenz von 8 Hertz (8 Schwingungen pro Sekunde) liegt im normalerweise unhörbaren Infraschall-Bereich. Zu diesem Wert gesellten sich in Tailfingen auch höhere Frequenzen im
hörbaren Bereich. Dort war der Schalldruck geringer. Solch eine Verbindung von hörbaren und unhörbaren Tönen ist häufig anzutreffen. Die Suche nach dem Verursacher wird dadurch erleichtert: man
kann seinem Gehör folgen.
Der Tailfinger Meßwert scheint für ein schlafendes Dorf bemerkenswert. Wie auch bei anderen schwäbischen Messungen mit positiven Ergebnissen (stets unterhalb der amtlichen Grenzwerte) wurde
keine entsprechende Schallquelle gefunden - weder im Haus noch außerhalb (Stand: Oktober 2001).
Extrem langwelliger Infraschall (engl.: far infrasound) kann zwar bei entsprechender Amplitude mehrere tausend Kilometer zurücklegen. Die gemessenen 8 Hertz gehörten jedoch zum oberen
Infraschallbereich (engl.: near infrasound). Töne dieser Kategorie tragen normalerweise nur wenige hundert Meter weit und entstammen meist einer künstlichen Quelle. Dass keine entdeckt wurde,
könnte ein meßtechnisches Problem sein. Infraschall im Freien zu messen, ist schwierig.
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