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Schallschutz am Haus

Lärm gelangt auf verschiedenen Wegen in unsere vier Wände: Als Luftschall, etwa durch ein offen stehendes Fenster, oder als Körperschall, der von außen über die Gebäudebauteile weitergeleitet wird und sich als Luftschall in unserer Wohnung ausbreitet. Massive Bauteile dämmen den Lärm besser als leichte. Bei mehrschaligen Wänden sollte sich zwischen den einzelnen Schichten schallabsorbierendes Material befinden. Schallschutz ist ein wichtiger Faktor für guten Wohnkomfort und beginnt bereits in der Phase der Planung. Bauherren ist zu empfehlen, ihre Erwartung an ruhiges Wohnen auf Grundlage der VDI-Richtlinie 4100 „Schallschutz von Wohnungen“ vertraglich zu regeln und zu realisieren. Auf jeden Fall sollten die Mindestanforderungen der DIN 4109 „Schallschutz im Hochbau“ erfüllt sein. Größter Schwachpunkt sind in der Regel die Fenster. Während eine beidseitig verputzte massive Außenwand (24 Zentimeter dick) einen Schalldämmwert von mehr als 50 dB(A) besitzt, dämmt ein einfach verglastes Fenster den Schall nur um 20 dB(A). Doppelt so gut isoliert ein zweifach verglastes Fenster. Und Schallschutzfenster erreichen sogar ähnliche Werte wie die Wand. Doch nicht nur ihr Glas muss dicht sein, sondern auch der Bereich rund ums Fenster. Werden die Fenster unsachgemäß eingebaut, ist die Schalldämmung um bis zu 10 dB(A) schlechter als bei fachgerechter Arbeit. Undichte Stellen am Fenster sowie im Bereich der Rollladenkästen können Profis auch nachträglich sanieren. Darüber hinaus bewirken Rollläden ruhigere Nächte. Wichtig dabei: Der Abstand zwischen Rollladen und Fenster muss mindestens 10 Zentimeter betragen. Unabhängig von der Beachtung des Schallschutzes während des Planens und Bauens ist beim Wohnen in Mehrfamilien- und Reihenhäusern Rücksicht gefragt. Das gilt vor allem für Trittgeräusche, die die Bewohner in der Wohnung darunter besonders stören. Der beste Untergrund ist ein schwimmender Estrich. Der dämpft Trittgeräusche auf Fliesen genauso wie auf Parkettboden. Beruhigend auf „Untermieter“ wirken Teppiche. Sie können Trittschall um 20 bis 30 dB(A) senken.

Wie wir hören

Beim Hören werden die raschen Schwankungen des Luftdrucks in eine Sinneswahrnehmung umgewandelt. Luftschall trifft auf unser Ohr und gelangt über Gehörgang, Trommelfell und Gehörknöchelchen zum Innenohr. Dort bringt er die Membran in dem nur erbsengroßen Hörorgan, der so genannten Schnecke (Cochlea), zum Schwingen. Darin befinden sich rund 20 000 hochempfindliche Haarzellen. Diese geben elektrische Impulse an die Hörnerven ab. Von dort werden sie an das Gehirn weitergeleitet, wo die Auswertung der Impulse als Information erfolgt. Betrachtet man nur die Lautstärke (gemessen in Dezibel, dB), wird der Bereich des Hörens einerseits von der Hörschwelle und andererseits von der Schmerzgrenze eingefasst. Die Hörschwelle ist die untere Grenze unserer Wahrnehmungsfähigkeit für Schall. Ein Geräusch an der Schmerzgrenze dagegen tut uns körperlich weh. Den Anstieg der Lautstärke dazwischen empfinden wir nicht gleichmäßig: Erst wenn der Schalldruck (gemessen in Pascal, Pa) auf den zehnfachen Wert ansteigt, nehmen wir ein Geräusch als doppelt so laut wahr. Unser Ohr kann Schallintensitäten wahrnehmen, die sich um zwölf Zehnerpotenzen unterscheiden. Zum Vergleich: Wäre das Ohr eine Waage, müsste sie Gewichte zwischen 1 Milligramm und 1 000 Tonnen anzeigen können. Um diese gewaltige Spanne überhaupt darstellen zu können, ist die Dezibelskala logarithmisch aufgebaut. Geräuschpegel werden üblicherweise in dB(A) angegeben. Das bedeutet, dass die Lautstärke von Geräuschen in Abhängigkeit von den vorherrschenden Tonhöhen (Frequenzen, angegeben in Hertz, kurz Hz) mit dem sogenannten A-Frequenzfilter bewertet wird. Dieser Frequenzfilter ist dem menschlichen Hörvermögen nachempfunden, das im Bereich sehr tiefer und sehr hoher Frequenzen weniger stark ausgeprägt ist. Sehr tiefe und sehr hohe Töne müssen daher lauter sein, um von uns noch als Töne wahrgenommen zu werden. Die A-Bewertung reduziert die vorherrschenden Pegel im tieffrequenten sowie im sehr hochfrequenten Bereich darum auf die tatsächlich hörbaren Geräusche.

Lärm: Akustische Grundlagen

Zum Verständnis des Themas Lärm ist u. a. die Kenntnis der physikalischen Grundlagen erforderlich. Daher werden im Folgenden die wesentlichen akustischen Begriffe erläutert. Nach DIN 1320 "Akustik, Grundbegriffe" handelt es sich bei Schall um mechanische Schwingungen und Wellen in einem elastischen Medium. Mechanische Schwingungen sind Bewegungen von Teilchen um ihre Ruhelage, hervorgerufen durch Krafteinwirkung. Diese Bewegungen verursachen räumliche und zeitliche Schwankungen der Mediumdichte, d.h. das Medium verdichtet und verdünnt sich aufgrund von Druckunterschieden (FASOLD et al.,1998 [4] ). Elastische Medien können Gase, Flüssigkeiten und Festkörper sein. Eine Krafteinwirkung kann z.B. durch die Membran eines Lautsprechers, den Stimmbändern im Kehlkopf, der Saite eines Musikinstrumentes oder dem Gehäuse einer Maschine erfolgen. Direktschall gelangt ohne Hindernis von der Schallquelle zum Empfänger (z.B. vom Lautsprecher zum Ohr). Dies ist jedoch nur unter Freifeldbedingungen möglich (BANK, 2000). Wird Schall hingegen in geschlossenen Räumen an Raumbegrenzungen oder Hindernissen zurückgeworfen, so spricht man vom Indirekten- oder Reflexionsschall . Dieser vielfach reflektierte Schall kann eine Verstärkung des Schallfeldes bewirken, was wiederum beim Empfänger als lästiger empfunden werden kann. Der überwiegende Einfluss des jeweiligen Schallanteils (direkt oder indirekt) hängt von der Entfernung zur Schallquelle ab (HENN et al., 2001 [7] ). Als Körperschall bezeichnet man Schall, der nach seiner Erzeugung in Festkörpern (z.B. Maschinenteile, Wänden, Decken, Fußböden) fort geleitet wird. Voraussetzung ist eine Verbindung mit der Schallquelle. Körperschall erzeugt wiederum schwingende Oberflächen, die Sekundärschall erzeugen Der Schalldruck p ist eine wichtige Größe, um Schallfelder quantitativ zu beschreiben. Da der Schalldruck sich zeitlich und örtlich ändert, spricht man vom Wechseldruck. Er kann als Scheitelwert, als Effektivwert (= quadratischer Mittelwert) oder als arithmetisches Mittel angegeben werden (VEIT, 2005 [8] ). Dieser Wechseldruck ist bei Luftschall dem normalen atmosphärischen Druck überlagert. Werden Luftteilchen durch Krafteinwirkung in Schwingung versetzt, kommt es zu fortschreitenden Verdichtungen und Verdünnungen der Luft. Die Verdichtung wird durch maximale Druckzunahme (gegenüber dem atmosphärischen Druck), die Verdünnung durch maximale Druckabnahme verursacht (HELLBRÜCK et al., 2004 [6] ). Der Schalldruckbereich zwischen Hörschwelle und Schmerzempfindungsschwelle reicht bei normal hörenden Erwachsenen von 20 µPa bis etwa 20 Pa (bei 1000 Hz). Die Schallschnelle v ist die Geschwindigkeit, mit der sich die Mediumteilchen um ihre Ruhelage bewegen. Die Schallschnelle wird in der Praxis häufig als Effektivwert angegeben (VEIT, 2005 [8] ). Das Verhältnis von Schalldruck und Schallschnelle ist bei einer ebenen Welle zu jedem Zeitpunkt und an jeder Stelle eines Raumes konstant (Günther et al., 2002 [5] ). Durch elastische Kopplung werden auch benachbarte Teilchen in Bewegung gesetzt, und es entstehen periodische Verdichtungen und Verdünnungen (siehe Schalldruck), die sich in Form von Schwingungen mit der Schallgeschwindigkeit c ausbreiten. Der Begriff Schallschnelle wird im Zusammenhang mit Erschütterungen häufiger genutzt als im Schallschutz. Die Schallgeschwindigkeit c ist abhängig von der Art und der Temperatur des Mediums, in dem sich der Schall ausbreitet. In Luft beträgt sie 344 m/s bei 20° C (340 m/s bei 15° C und 331 m/s bei 0° C). In Helium beträgt sie 971 m/s, in Wasser 1407 m/s, in Eisen 4800 m/s (bei jeweils 8° C; HELLBRÜCK et al., 2004 [6] ). Dies zeigt, dass die Schallgeschwindigkeit von der Temperatur und von der Dichte des Mediums abhängig ist. Die Schallgeschwindigkeit nimmt mit höherer Dichte und steigender Temperatur des Mediums zu. Unter der Schallintensität I versteht man die pro Zeiteinheit durch die Flächeneinheit hindurchtretende Schallenergie. Sie ergibt sich aus dem Produkt von Schalldruck und Schallschnelle. I = p · v Die Schalleistung P a stellt die Schallenergie dar, die pro Zeiteinheit durch eine beliebig große, senkrecht zur Schallausbreitungsrichtung befndliche Hüllfäche A (um die Schallquelle) hindurch strömt. Ist die Schallintensität gleich verteilt, so erhält man die Schallleistung auch als Produkt aus der Schallintensität I und der durchschallten Fläche A. P a = I · A Periodische Schwingungen weisen Muster auf, die sich in der Zeit wiederholen – die einfachste periodische Schwingung ist die sinusförmige. Wenn sie im hörbaren Frequenzbereich ist, bezeichnet man sie als reinen Ton bzw. Sinuston. Allerdings kommt dieser nicht in der natürlichen Umwelt vor. Töne von der natürlichen bzw. belebten Umwelt, wie z.B. Tierlaute oder Musik, beinhalten Obertöne. Diese haben Frequenzen, die ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz darstellen. Obertöne lassen den Ton selbst zwar voller klingen, jedoch wird die empfundene Tonhöhe von der Grundfrequenz bestimmt. Erklingen mehrere Töne gleichzeitig, so sprechen wir von einem Klang . Klänge weisen somit ebenfalls periodische Schwingungen auf, ihre Zeitfunktionen sind allerdings komplizierter (HELLBRÜCK et al., 2004 [6] ). Hört man einen Klang oder ein Geräusch, so empfindet man zusätzlich zur Tonhöhe und Lautstärke noch etwas anderes: Die Klangfarbe. Die Klangfarbe wird dadurch definiert, dass die Amplituden der verschiedenen Oberschwingungen mit unterschiedlicher Ausgeprägtheit vorhanden sind. Klänge weisen eine zunehmend "härtere, brillantere" Färbung auf, wenn die Zahl der Oberschwingungen und deren Ausgeprägtheit zunimmt ( http://web.fbe.uni-wuppertal.de/fbe0014/ars_auditus/ ). Bei einem Geräusch handelt es sich nach DIN 1320 um ein Schallsignal, welches meistens ein nicht zweckgebundenes Schallereignis charakterisiert. Aus dieser Definition geht der zufällige, ungeordnete Charakter von Geräuschen hervor, denn es handelt sich um Tongemische, die sich aus sehr vielen Einzeltönen zusammensetzen. Ihre Zeitfunktion weist keine Periodizität auf. Geräusche sind somit aperiodische Schalle, die vor allem von unbelebten Systemen erzeugt werden. Beispiele hierfür sind das Rauschen von Wind und Wasser, das Rascheln von Laub oder Geräusche von Maschinen (HELLBRÜCK et al., 2004 [6] ). Lärm ist keine physikalische, messbare sondern eine psychologische Größe. Wenn Schall als störend oder lästig empfunden wird, spricht man vom Lärm. Diese Empfindung ist nicht nur von der Lautstärke abhängig, sondern auch von der Geräuschcharakteristik und von der subjektiven Einstellung des Hörers. Lärm kann zudem auch das Wohlbefinden oder die Gesundheit schädigen (BANK, 2000 [1] ). Hierbei ist zu beachten, dass Belästigung und Schädigung nicht gleichzeitig auftreten müssen. BANK verdeutlich dies am Beispiel „laute Musik“, welche nicht unbedingt das Wohlbefinden beeinträchtigen muss, während sie das Gehör schädigt. Demzufolge definiert er Lärm als Schall, der (subjektiv) stört und/oder (objektiv) schädigt. Die Frequenz gibt die Anzahl der Schalldruckänderungen bzw. Schwingungen pro Sekunde an. Die Frequenz trägt den Formelbuchstaben f und die Einheit Hertz (Hz). Eine Frequenz von 1.000 Hz bedeutet 1.000 Schwingungen pro Sekunde. Je größer die Frequenz der Schwingungen ist, desto höher ist der Ton. Töne von 50 Hz oder 100 Hz nehmen wir als tiefe Töne wahr. Töne mit Frequenzen von 2 000 Hz oder 5 000 Hz empfinden wir als hohe Töne. Der Hörbereich ist der Bereich in dem Hörempfindungen in Abhängigkeit der Frequenz und der Lautstärke möglich sind. Der menschlich hörbare Frequenzbereich umfasst ca. 16 Hz - 16 kHz. Für junge, gesunde Ohren sind auch 20 kHz wahrnehmbar. Abhängig von der Frequenz gibt es für den Schalldruck eine untere und obere Grenze, innerhalb derer er für den Menschen wahrnehmbar ist. Diese Wahrnehmungsgrenzen können individuell sehr unterschiedlich sein. Die absolute Hörschwelle ist der Schallpegel, der nötig ist, um einen Ton in einer bestimmten Frequenz in einer ruhigen Umgebung gerade eben hörbar zu machen. Die obere Hörschwelle wird auch als Schmerzgrenze bezeichnet. Sie ist erreicht, wenn anstatt einer Hörempfindung eine Schmerzempfindung erfolgt. Die absolute Hörschwelle ist sehr stark von der Frequenz abhängig. Für tiefe und hohe Töne wird mehr Schalldruck benötigt als für Töne der mittleren Frequenzen (HELLBRÜCK et al., 2004 [6] ). (siehe Abbildung 1) Luftschallwellen mit Frequenzen unterhalb des vom Menschen hörbaren Frequenzbereichs werden als Infraschall bezeichnet. Infraschall liegt definitionsgemäß zwischen 0,1 und 20 Hz. Infraschallquellen können z.B. Anlagen der Schwerindustrie, Hochspannungsleitungen, Pumpen und Klimaanlagen sein. (UMWELTBUNDESAMT, 2013 Geräuschbelastung durch tieffrequenten Schall [9] ) Frequenzen oberhalb der Hörgrenze von ca. 20 kHz nennt man Ultraschall (BANK, 2000 [1] ). Ultraschall wird z.B. für die Diagnostik genutzt. Medizinische Ultraschallbilder entstehen, weil die Schallsignale im menschlichen Körper an den Organen reflektiert und gestreut werden. Im sogenannten Schallkopf werden aus elektrischen Impulsen Ultraschallimpulse erzeugt und in den Körper geleitet. Verschiedene Strukturen des Körpers reflektieren den Ultraschallimpuls verschieden stark zurück in den Schallkopf welcher auch als Empfänger dient. Um die frequenzabhängige Empfindlichkeit des Ohres bei einer messtechnischen Beurteilung von Geräuschquellen zu berücksichtigen, ist eine Frequenzbewertung eingeführt worden, die das Geräusch in Abhängigkeit von der Frequenz gewichtet. Abbildung 2 zeigt die Bewertungskurven A, B und C. Aus den entsprechenden Bewertungskurven ergeben sich bestimmte frequenzabhängige Abzüge oder Zuschläge vom physikalisch gemessenen dB-Wert. In den Schallpegelmessern sind diese Kurven als elektronische oder digitale Filter realisiert. Die A-Bewertung berücksichtigt den Frequenzgang des menschlichen Gehörs und hat somit in der technischen Akustik sowie im deutschen Rechtssystem die höchste Bedeutung. Bei sehr hohen Schallpegeln und hohen Anteilen tieffrequenter Geräusche spiegelt der C bewertete Schallpegel die Wirklichkeit besser ab, da die tiefen Frequenzen mit geringeren Abzügen belegt werden. Die Bewertungskurve B findet heutzutage keine Anwendung mehr. ( http://web.fbe.uni-wuppertal.de/fbe0014/ars_auditus/ ) (siehe Abbildung 2) Das Menschliche Ohr kann je nach Frequenzbereich zwischen etwa 0,00002 Pa und 200 Pa Schalldrücke wahrnehmen. Zwischen der Hörschwelle (kleinster Wert) und der Schmerzgrenze (größter Wert) liegen sieben 10er Potenzen. Zur besseren Handhabung der Zahlen wurde ein logarithmisches System eingeführt, das auch dem nichtlinearen Lautstärkeempfinden des menschlichen Gehörs entspricht. Der Hörschwelle ist (bei 1.000 Hertz) der Schalldruck 20 µPa (0,00002 Pa) zugeordnet, was in der dB-Lautstärkeskala dem Schallpegelwert 0 dB entspricht. Am oberen Ende der Skala liegt die Schmerzgrenze beim Schallpegelwert 140 dB, der Schalldruck beträgt dann etwa 200 Pa (siehe Abbildung 3). Bei Benutzung A-bewerteter Schallpegel (Erklärung im Abschnitt Frequenzbewertung) liegt die Schmerzgrenze bei 120 dB(A). Das nach einem amerikanischen Ingenieur (1847 – 1922) benannte „Bel“ ist keine physikalische Einheit, sondern lediglich – wie der Begriff „Prozent“ – ein Kenn- oder Hinweiswort. Es besagt, dass eine physikalische Größe als dekadischer Logarithmus des Verhältnisses eines Wertes dieser Größe zu einer festgelegten Bezugsgröße dargestellt wird. Das Ergebnis nennt man „Pegel“. Da sich die Schalleistung proportional zum Quadrat des Schalldruckes verhält, bedeutet: 1    Bel = 10 dB: 10fache Leistung oder  √10facher Druck bzgl. 0 Bel. 2    Bel = 20 dB: 100fache Leistung oder 10facher Druck bzgl. 0 Bel. Mit dieser Erklärung ergibt sich folgende Definition des Schalldruckpegels: Dabei bedeuten: L p =   Schalldruckpegel p =     Schalldruck (bei diesem Pegelwert) p 0 =   Bezugs-Schalldruck (normierte Hörschwelle = 20 µPa) Quelle: Städtebauliche Lärmfibel Online; http://www.staedtebauliche-laermfibel.de/?p=88&p2=2.4.2 Die Bauakustik beschäftigt sich mit den verschiedenen Möglichkeiten und Maßnahmen, die eine Geräuschminderung bzw. eine möglichst geringe Lärmübertragung in Gebäuden, Wohnungen und an Arbeitsstätten zum Ziel haben. Zum Beispiel wird hier die Schallpegeldifferenz zwischen Innen- und Außenpegel untersucht. Der Innenpegel hängt vom Außenpegel der Umgebung ab und vom Vermögen eines Bauteils (z.B. Außenwand, Fenster) den Schall von außen zu dämmen. Die Raumakustik beschäftigt sich hauptsächlich mit Fragen der Schallausbreitung innerhalb von Räumen, die im Wesentlichen zur Übertragung akustischer Darbietungen vorgesehen sind (Schulräume, Vortragsräume, Konzertsäle, Opernhäuser). Die Erwartungen an die akustische Qualität bzw. an eine gute Hörsamkeit, idealerweise auf möglichst allen Zuhörerplätzen, sind dementsprechend hoch (GÜNTHER et al., 2002 [5] ). Nach DIN 18041 hängt die akustische Qualität eines Raumes (mit der Funktion der Sprachkommunikation und musikalischer Darbietungen) bzw. eine gute Hörsamkeit im Wesentlichen von der geometrischen Gestaltung des Raumes, dem Gesamtstörschalldruckpegel, der Auswahl und Verteilung schallabsorbierender und schallreflektierender Flächen und der daraus resultierenden Nachhallzeit ab. Die Sprachverständlichkeit ist ein wesentlicher Indikator für eine gute Hörsamkeit bzw. für eine einwandfreie und störungsfreie Sprachkommunikation in Räumen mit Sprachdarbietungen. Die subjektive Sprachverständlichkeit kann am Prozentsatz richtig erkannter Silben, Wörter oder Sätze ermittelt werden. Messtechnisch lässt sich die Sprachverständlichkeit durch physikalische Parameter der Sprachkommunikation (u.a. Sprachpegel, Schallausbreitung, Störgeräusch) im Raum bestimmen (DIN 18041). Nach DIN 18041 ist der Nachhall die Gesamtheit des reflektierten Schalls, der in einem geschlossenen Raum nach beendeter Schallfeldanregung noch vorhanden ist. Folglich verschwindet das Schallfeld in einem geschlossenen Raum nicht sofort, sobald die akustische Erregung beendet wird, sondern klingt nach einer exponentiellen Zeitfunktion ab. Die ersten innerhalb 40 ms eintreffenden Rückwürfe wirken noch verstärkend, während die danach eintreffenden Schalleindrücke bei sinkender Intensität den Eindruck des Nachhalls vermitteln (HENN et al., 2001 [7] ). Bei jeder Reflexion wird stets ein Teil der Schallenergie von den Raumbegrenzungsflächen absorbiert (VEIT, 2005 [8] ). Eine kennzeichnende und vergleichbare Größe für den Nachhallvorgang ist die Nachhallzeit T. Nach DIN 18041 ist dies die Zeitspanne, während der Schalldruckpegel in einem Raum nach Beenden der Schallfeldanregung um 60 dB abfällt. Literaturverzeichnis [1] BANK, Matthias: Basiswissen Umwelttechnik : Wasser, Luft, Abfall, Lärm, Umweltrecht. 4. komplett neue, bearb. Aufl. Würzburg : Vogel, 2000 [2] DIN 1320 1997-06: Akustik, Begriffe DIN-Taschenbuch 22: Einheiten und Begriffe der physikalischen Größen : Berlin : Beuth [3] DIN 18041 2004-05: Hörsamkeit in kleinen bis mittelgroßen Räumen : Berlin : Beuth [4] FASOLD Wolfgang, VERES Eva: Schallschutz und Raumakustik in der Praxis. 1. Aufl. Berlin : Verlag für Bauwesen, 1998 [5] GÜNTHER Bodo C, HANSEN Karl H., VEIT Ivar: Technische Akustik – ausgewählte Kapitel: Grundlagen und aktuelle Probleme und Messtechnik. 7. Aufl. Renningen-Malmsheim : expert 2002 [6] HELLBRÜCK Jürgen und ELLERMEIER Wolfgang: Hören : Physiologie, Psychologie und Pathologie. 2. aktualisierte Aufl. Göttingen, Bern, Toronto, Seattle : Hogrefe, 2004 [7] HENN Hermann, SINAMBARI Gholam Reza und FALLEN Manfred: Ingenieur-Akustik : Grundlagen, Anwendungen, Verfahren. 3. Aufl. Braunschweig/Wiesbaden : Vieweg, 2001 [8] VEIT, Ivar: Technische Akustik : Grundlagen der physikalischen, physiologischen Elektroakustik. 6. erweiterte Aufl. Würzburg : Vogel, 2005 [9] UMWELTBUNDESAMT, 2013 Geräuschbelastung durch tieffrequenten Schall

Tieffrequente Geräusche und Brummton

Als tieffrequent bezeichnet man Geräusche mit vorherrschenden Frequenz-Anteilen unterhalb von etwa 100 Hertz. Infraschall ist der Frequenzbereich des tieffrequenten Schalls unterhalb des Hörbereichs, also unterhalb etwa 20 Hertz. Tieffrequente Geräusche können Grund für erhebliche Belästigungen sein. Zu Zeiten allgemeiner Ruhe, wie z. B. in der Nacht, werden sie oftmals als besonders störend empfunden. Das menschliche Ohr verarbeitet tieffrequente Geräusche anders als mittel- oder hochfrequente: Im Frequenzbereich von 20 bis etwa 60 Hertz nehmen wir Tonhöhen und Lautstärke kaum noch wahr. Vielfach empfinden wir „Schwebungen“. Unterhalb von 20 Hertz fehlen Tonhöhen- und Lautstärkeempfindung meist vollständig. Stattdessen spüren wir – sofern der Schallpegel hoch genug ist – ein Pulsieren oder Vibrieren, das mit einem Druckgefühl auf den Ohren verbunden sein kann. Tieffrequente Geräusche können sich von der Quelle durch Körperschall oder Luftschall in die Nachbarschaft ausbreiten. Bei Körperschallausbreitung werden Schwingungen durch feste Stoffe wie Fundamente, Boden, Decken oder Wände übertragen. Die Ausbreitungswege können dabei komplex sein. Am Immissionsort geben die Gebäudeteile die Körperschallschwingungen als sekundären Luftschall in den Raum ab. Körperschallschwingungen können aber auch direkt über den menschlichen Körper oder Körperteile als Vibrationen wahrgenommen werden. Tieffrequente Geräusche treten daher oftmals in Verbindung mit Vibrationen oder Erschütterungen auf. Die Ursachen und Ursprünge tieffrequenter Geräusche sind vielfältig und lassen sich im konkreten Fall oftmals nur schwer aufklären. Zu den möglichen Quellen gehören z. B. niedertourig laufende Motoren, Feuerungsanlagen oder durch Schwingungen hervorgerufener sekundärer Luftschall. Auch Installationen der Energiewirtschaft, die mit Wechselspannung arbeiten, können zu Schwingungen oder tieffrequenten Schallemissionen führen. Tieffrequenter Schall lässt sich mit der herkömmlichen Beurteilungsmethode, dem A-bewerteten Geräuschpegel angegeben in dB(A), nur schlecht erfassen. Daher wurden für diesen Frequenzbereich mit der Norm DIN 45680 „Messung und Beurteilung tieffrequenter Geräuschimmissionen in der Nachbarschaft“ (März 1997) spezielle Regeln aufgestellt. Betroffene empfinden Brummtöne oft als sehr lästig. In den Jahren 1999 und 2000 häuften sich in bestimmten Gebieten Baden-Württembergs Klagen über einen Brummton. Die Betroffenen berichteten über ein im Kopf auftretendes Dröhn-, Schwingungs- oder Druckgefühl sowie über eine Beeinträchtigung ihrer Leistungsfähigkeit. Daher beauftragte das Ministerium für Umwelt und Verkehr die Landesanstalt für Umweltschutz mit einer wissenschaftlichen Untersuchung zu der Frage, ob dieses Phänomen möglicherweise eine gemeinsame Ursache hat. Wichtigstes Ergebnis der Untersuchung war: Weder durch die akustischen Messungen noch durch den Abgleich mit den medizinisch-physiologischen Untersuchungen ließ sich eine gemeinsame Ursache oder Erklärung für das Brummton-Phänomen finden. Der Bericht kann hier heruntergeladen werden: Untersuchungen des Brummton-Phänomens (pdf; 3,6 MB)

Grundlagen

Lärm zählt heute zu den größten Stressfaktoren in unserer Gesellschaft. Aber was genau ist Lärm? Wie nehmen wir Geräusche wahr und wie wirken sie sich auf unser Wohlbefinden und unsere Gesundheit aus? Lärm kann beschrieben werden als unerwünschter Schall, der störend oder belästigend wirkt. Lärm ist damit auch eine Frage der subjektiven Bewertung. Schon schwache Geräusche können unser Wohlbefinden beeinträchtigen und Stress hervorrufen. Bei zu langer Einwirkung oder zu hoher Lautstärke kann Lärm zu einer Vielzahl von Erkrankungen führen, von Konzentrationsschwäche über Schlafstörungen bis hin zu Herz-Kreislauf-Erkrankungen oder Taubheit. Physikalisch besteht Lärm aus Schall und dieser wiederum – vereinfacht gesagt – aus Druckwellen. Bei Ausbreitung des Schalls in der Luft spricht man von Luftschall, bei Ausbreitung in festen Gegenständen von Körperschall. Mit der Wellenausbreitung ist auch eine Ausbreitung von Energie verbunden. Die Stärke des Schalls, also die Lautstärke, kann man messen. Die Messgröße heißt Schalldruck, der angezeigte Messwert ist der Schalldruckpegel und wird in Dezibel (dB) angegeben. Lärmbelastungen können mit geeigneten Geräten gemessen oder durch Berechnungen ermittelt werden. Berechnungen sind z. B. erforderlich, wenn zukünftige Geräuschimmissionen prognostiziert oder flächenhafte Geräuschbelastungen erfasst werden sollen, etwa beim Verkehrslärm. Mehr zum Thema Messung und Berechnung erfahren Sie dieser Seite des Bundesumweltministeriums. Weitere grundlegende Informationen zu Lärm finden Sie unter den Themen im nebenstehenden Seitenmenü.

Infraschall

Neben dem Hörschall erzeugen Windkraftanlagen durch die Umströmung der rotierenden Flügel auch tieffrequente Geräusche bzw. Infraschall, also extrem tiefe Töne. Für diese Geräuschanteile ist das Gehör sehr unempfindlich. Dennoch werden im Rahmen des Windenergieausbaus immer wieder Befürchtungen geäußert, dass dieser Infraschall Menschen beeinträchtigen oder ihre Gesundheit gefährden könne. Die nachfolgenden Informationen sind auch als Faltblatt verfügbar, das Sie hier kostenfrei bestellen können. Schall besteht, einfach gesagt, aus Druckwellen. Bei einer Ausbreitung dieser Druckschwankungen in der Luft spricht man von Luftschall. Der Hörsinn des Menschen ist in der Lage, Schall zu erfassen, dessen Frequenz zwischen rund 20 Hertz (Hz) und 20 000 Hz liegt. „Hertz“ ist die Einheit der Frequenz, die Zahl steht für die Schwingungen pro Sekunde. Niedrige Frequenzen entsprechen den tiefen, große den hohen Tönen. Schall unterhalb des Hörbereichs, also mit Frequenzen von weniger als 20 Hz, nennt man Infraschall. Geräusche oberhalb des Hörbereichs, also mit Frequenzen über 20 000 Hz, sind als Ultraschall bekannt. Als tieffrequent bezeichnet man Geräusche, wenn ihre vorherrschenden Anteile im Frequenzbereich unter 100 Hz liegen. Infraschall ist also ein Teil des tieffrequenten Schalls. Die periodischen Druckschwankungen der Luft breiten sich mit der Schallgeschwindigkeit von rund 340 Metern pro Sekunde aus. Schwingungen niedriger Frequenz haben große, hochfrequente Schwingungen haben kleine Wellenlängen. Beispielsweise beträgt die Wellenlänge eines 20-Hz-Tones in Luft etwa 17,5 m, während einer Frequenz von 20 000 Hz die Wellenlänge 1,75 cm entspricht. Die Ausbreitung von Infraschall erfolgt nach denselben physikalischen Gesetzen wie bei jeder Art von Luftschall. Eine einzelne Schallquelle wie z. B. der Generator einer Windkraftanlage strahlt Wellen ab, die sich in alle Richtungen kugelförmig ausbreiten. Da sich die Schallenergie dabei auf immer größer werdende Flächen verteilt, nimmt die Schallintensität pro Quadratmeter im umgekehrten Verhältnis ab: Mit zunehmendem Abstand wird es rasch leiser (siehe Grafik). Daneben gibt es den Effekt der Absorption des Schalls durch die Luft. Ein kleiner Teil der Schallenergie wird bei der Wellenausbreitung in Wärme umgewandelt, wodurch eine zusätzliche Dämpfung erfolgt. Diese Luftabsorption ist von der Frequenz abhängig: Tieffrequenter Schall wird wenig, hochfrequenter Schall stärker gedämpft. Im Vergleich überwiegt die Abnahme des Schallpegels mit der Entfernung gegenüber der Luftabsorption deutlich. Eine Besonderheit besteht in der vergleichsweise geringen Dämmung tieffrequenter Schallwellen durch Wände oder Fenster, so dass Einwirkungen auch im Innern von Gebäuden auftreten können. Abbildung: Ausbreitung des Schalls von einer punktförmigen Quelle. Die Stärke des Geräusches nimmt nach rein geometrischen Gesetzmäßigkeiten ab. Bei doppelter Entfernung verteilt sich die Schallenergie auf die vierfache Fläche, bei der dreifachen Entfernung bereits auf die neunfache (siehe das gekennzeichnete Feld „A“ und die Abstandsmarkierungen). Im umgekehrten Verhältnis nimmt die Schallintensität nach außen hin ab. Infraschall ist ein alltäglicher Bestandteil unserer Umwelt. Er wird von einer großen Zahl unterschiedlicher Quellen erzeugt. Dazu gehören natürliche Quellen wie Wind, Wasserfälle oder Meeresbrandung ebenso wie technische, beispielsweise Heizungs- und Klimaanlagen, Straßen- und Schienenverkehr, Flugzeuge oder Lautsprechersysteme in Diskotheken. Moderne Windkraftanlagen erzeugen in Abhängigkeit von der Windstärke Geräusche im gesamten Frequenzbereich, also auch tieffrequenten Schall und Infraschall. Dafür verantwortlich sind besonders die am Ende der Rotorblätter entstehenden Wirbelablösungen sowie Verwirbelungen an Kanten, Spalten und Verstrebungen. Die von der Luft umströmten Rotorblätter verursachen ähnliche Geräusche wie die Flügel eines Segelflugzeugs. Die Schallabstrahlung steigt mit zunehmender Windgeschwindigkeit an; oberhalb der Nennleistung bleibt sie konstant. Die spezifischen Infraschallemissionen sind vergleichbar mit denen vieler anderer technischer Anlagen. Untersuchungen haben ergeben, dass die Infraschallanteile in der Umgebung von Windkraftanlagen unterhalb der Wahrnehmungsschwelle des Menschen liegen. Wie die dunkelgrüne Kurve in obiger Grafik zeigt, wurden in 150 m Entfernung Werte weit unterhalb der Wahrnehmungsschwelle gemessen. Dabei herrschten hohe Windgeschwindigkeiten, durch die auch natürlicher Infraschall erzeugt wird. In 700 m Abstand erhöht sich der Infraschallpegel beim Einschalten nicht mehr nen­nenswert oder nur geringfügig. Innerhalb eines Bürogebäudes liegt der Infraschall nach Messungen der LUBW bei Wind von rund 6 m/s auf ähnlichem Niveau wie die dunkelgrüne Kurve. Viele Alltagsgeräusche enthalten deutlich mehr Infraschall. Die Grafik zeigt als Beispiel das Innengeräusch eines Pkw. Bei Tempo 130 wird der Infraschall sogar hörbar. Mit geöffneten Seitenfenstern empfindet man das Geräusch als unangenehm. Seine Schallintensität ist dann etwa 70 Dezibel – also über 10 000 000-fach – stärker als in der Umgebung einer Windkraftanlage bei kräftigem Wind. Zahlreiche weitere Messungen an Windkraftanlagen und anderen Quellen sind im LUBW-Bericht zum Messprojekt aufgeführt. Abbildung: Infraschall ist allgegenwärtig. Das Bild zeigt die spektrale Verteilung des Schalls zwischen 1 Hz und 100 Hz für verschiedene Situationen. Oben: Im Inneren eines schnell fahrenden Pkw bei geöffneten hinteren Seitenfenstern (hellblau); darunter bei geschlossenen Fenstern (dunkelblau). Die grüne Linie zeigt die Einwirkungen einer Windkraftanlage der Leistungsklasse 2 MW in 150 m Abstand bei einer Windgeschwindigkeit von 6,8 m/s. Die rote Linie markiert die Wahrnehmungsschwelle. Der Infraschall der Anlage liegt am Messort weit unterhalb dieser Schwelle. Datenquelle: LUBW Die Messung und Beurteilung tieffrequenter Geräusche sind in der Technischen Anleitung zum Schutz gegen Lärm (TA Lärm, Kapitel 7.3 und Anhang A.1.5) sowie in DIN 45680 geregelt. Auf dieser Grundlage lassen sich die Geräuscheinwirkungen sicher ermitteln. Dabei wird der Frequenzbereich von 8 Hz bis 100 Hz berücksichtigt. Maßgeblich für mögliche Belästigungen ist die in der Norm dargestellte Wahrnehmungsschwelle des Menschen. Darüber hinaus wurden bei den Messungen der LUBW auch Frequenzen unterhalb 8 Hz berücksichtigt. Bis herab zu 1,6 Hz liegen Schwellenpegel nach Møller und Pedersen vor. An Immissionsorten wird die Wahrnehmungsschwelle im Bereich des Infraschalls durch Windkraftanlagen bei Weitem nicht erreicht. Im Bereich des tieffrequenten Schalls unterhalb 100 Hz gibt es einen fließenden Übergang vom Hören, also von den Sinneseindrücken Lautstärke und Tonhöhe, hin zum Fühlen. Hier ändern sich Qualität und Art der Wahrnehmung. Die Tonhöhenempfindung nimmt ab und entfällt beim Infraschall ganz. Generell gilt: Je niedriger die Frequenz, desto höher muss die Schallintensität sein, damit das Geräusch überhaupt gehört wird. Tieffrequente Einwirkungen hoher Intensität, wie z. B. das oben dargestellte Pkw-Innengeräusch, werden häufig als Ohrendruck und Vibrationen wahrgenommen. Bei dauerhafter Einwirkung solch hoher Schallpegel können Dröhn-, Schwingungs- oder Druckgefühle im Kopf entstehen. Neben dem Hörsinn sind auch andere Sinnesorgane für tieffrequenten Schall empfindlich. So vermitteln etwa die Sinneszellen der Haut Druck- und Vibrationsreize. Infraschall kann auch auf die im Körper vorhandenen Hohlräume wie Lunge, Nasennebenhöhlen und Mittelohr wirken. Infraschall sehr hoher Intensität hat eine maskierende Wirkung für den mittleren und unteren Hörbereich. Das bedeutet: Bei sehr starkem Infraschall ist das Gehör nicht in der Lage, gleichzeitig leise Töne in diesem höher gelegenen Frequenzbereich wahrzunehmen. Laboruntersuchungen über Einwirkungen durch Infraschall weisen nach, dass hohe Intensitäten oberhalb der Wahrnehmungsschwelle ermüdend und konzentrationsmindernd wirken und die Leistungsfähigkeit beeinflussen können. Die am besten nachgewiesene Reaktion des Körpers ist zunehmende Müdigkeit nach mehrstündiger Exposition. Auch das Gleichgewichtssystem kann beeinträchtigt werden. Manche Versuchspersonen verspürten Unsicherheits- und Angstgefühle, bei anderen war die Atemfrequenz herabgesetzt. Weiterhin tritt, wie auch beim Hörschall, bei sehr hoher Schallintensität vorübergehend Schwerhörigkeit auf – ein Effekt, wie er z. B. von Diskothekenbesuchen bekannt ist. Bei langfristiger Einwirkung von starkem Infraschall können auch dauerhafte Hörschäden auftreten. Die im Umfeld von Windkraftanlagen auftretenden Pegel tieffrequenten Schalls sind von solchen Wirkungseffekten aber weit entfernt. Da die Hörschwelle deutlich unterschritten wird, sind Belästigungseffekte durch Infraschall nicht zu erwarten. Für sonstige Effekte, über die gelegentlich berichtet wird, gibt es bislang keine abgesicherten wissenschaftlichen Belege. Nach Auffassung des Umweltbundesamtes und der Länderarbeitsgruppe Umweltbezogener Gesundheitsschutz (LAUG) sind nach derzeitigem Stand des Wissens keine gesundheitlichen Beeinträchtigungen durch Infraschall von Windkraftanlagen zu erwarten. Infraschall und tieffrequente Geräusche sind alltäglicher Bestandteil unserer technischen und natürlichen Umwelt. Verglichen mit anderen technischen und natürlichen Quellen ist der von Windkraftanlagen hervorgerufene Infraschall gering. Bereits in 150 m Abstand liegt er deutlich unterhalb der Wahrnehmungsgrenzen des Menschen, in üblichen Abständen der Wohnbebauung entsprechend noch weiter darunter. Gesundheitliche Wirkungen von Infraschall unterhalb der Wahrnehmungsgrenzen sind wissenschaftlich nicht nachgewiesen. Gemeinsam mit den Gesundheitsbehörden kommen wir in Baden-Württemberg zu dem Schluss, dass nachteilige Auswirkungen durch Infraschall von Windkraftanlagen nach den vorliegenden Erkenntnissen nicht zu erwarten sind. Abbildung: Auf ein verträgliches Nebeneinander von Windenergieanlagen und Wohngebäuden muss geachtet werden. Die Landesregierung empfiehlt für die Regionalplanung und die Flächennutzungsplanung einen Vorsorgeabstand von 700 m zwischen Windenergieanlagen und Wohngebieten vor. Abweichend davon können sich in der Einzelfallbetrachtung deutlich höhere, aber auch niedrigere Abstände ergeben. In einem Messprojekt erfasste die LUBW zwischen 2013 und 2015 tieffrequente Geräusche und Infraschall in der Umgebung von Windkraftanlagen und anderen Quellen. Die Messungen erfolgten an sechs Anlagen unterschiedlicher Hersteller. Für einen Vergleich mit anderen Quellen natürlichen und technischen Ursprungs wurden zusätzlich Umweltgeräusche in der Stadt sowie auf freiem Feld gemessen. Die wichtigsten Ergebnisse des Infraschall-Messprojekts sind in allgemein verständlicher Form in einem Faltblatt zusammengefasst. Der umfangreichere Messbericht enthält ausführliche Informationen zum Messprojekt. Beide Dokumente sind jeweils auch in englischer Sprache verfügbar: Faltblatt (deutsch) Faltblatt (englisch) Messbericht (deutsch) Messbericht (englisch) Die LUBW hat Fragen zum Messbericht „Tieffrequente Geräusche inkl. Infraschall von Windkraftanlagen und anderen Quellen“ und Behauptungen zum Thema Infraschall gesammelt. Auf diesen weiteren Internetseiten geben wir in allgemein verständlicher Form Antwort und stellen Sachverhalte klar.

Auswertung von Forschungsergebnissen fuer DIN 4108 und DIN 4109

Das Projekt "Auswertung von Forschungsergebnissen fuer DIN 4108 und DIN 4109" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DIN - Deutsches Institut für Normung e.V., Normenausschuß Bauwesen durchgeführt. Die Normen DIN 4108 'Waermeschutz im Hochbau' und DIN 4109 'Schallschutz im Hochbau' werden zur Zeit von verschiedenen Arbeitsausschuessen des Normenausschusses Bauwesen im DIN Deutsches Institut fuer Normung e.V. ueberarbeitet. Durch eine umfassende Auswertung von vorliegenden Forschungsberichten soll sichergestellt werden, dass die Erkenntnisse aus der Bauforschung der letzten Jahre - soweit geeignet - in den Neufassungen der Normen beruecksichtigt und somit der Praxis zugefuehrt werden. Als Schwerpunkte dieser Forschungsarbeit, die in Fortfuehrung eines bereits im Zeitraum Juli 1975 bis Mai 1977 durchgefuehrten Forschungsvorhabens aufgegriffen worden sind, werden folgende Themen behandelt: Beim Waermeschutz: 1. Waermeleitfaehigkeit von Bau- und Daemmstoffen; 2. Feuchtigkeit und Waermeleitfaehigkeit; 3. Waermebruecken; 4. Thermische Beanspruchung von Bauteilen; 5. Raumklima; beim Schallschutz: 1. Schall-Laengsleitung leichter Bauteile; 2. Schalldaemmung zweischaliger Bauteile; 3. Einfluss des Verputzes auf die Luftschalldaemmung von Bauteilen 4. Schallschutz bei haustechnischen Anlagen 5. Erhoehter Schallschutz; 6. Schalldaemmung von Fenstern.

Erweiterung und Anwendung der Direkten-Finite-Elemente-Methode (DFEM) zur Schalleistungsbestimmung von Maschinen in der Praxis

Das Projekt "Erweiterung und Anwendung der Direkten-Finite-Elemente-Methode (DFEM) zur Schalleistungsbestimmung von Maschinen in der Praxis" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Thermische Strömungsmaschinen und Maschinenlaboratorium durchgeführt. Die Abstrahlung von Koerperschall als Luftschall ist neben aerodynamischen Quellen der wesentliche Grund fuer die Geraeuschemission von Maschinen. Deswegen ist es zur Laermminderung insbesondere auch schon in der Konstruktionsphase der Maschinen notwendig zu wissen, zu welchem Anteil Schwingungen auf der Maschinenoberflaeche in Luftschall umgewandelt werden. Ist dies bekannt, so kann durch gezielte maschinenakustische Massnahmen eine wesentliche Verringerung der Geraeuscherzeugung erreicht werden. In vielen Faellen ist es nicht moeglich, die abgestrahlte Schalleistung von Maschinen im Betrieb mit Hilfe von Schalldruckmessverfahren zu ermitteln. Dies gilt auch besonders fuer gekoppelte Maschinen, wie z.B. Elektromotor-Getriebe-Verdichter-Einheiten. Hier ist haeufig selbst das Schallintensitaetsverfahren ueberfordert, so dass ein Koerperschallmessverfahren, das mit Hilfe eines Berechnungsverfahrens zur Luftschalleistung fuehren wuerde, gerade bei der Nachpruefung von Geraeuschangaben sehr von Nutzen waere. Zudem waere hiermit eine saubere Trennung der aerodynamischen- und Koerperschallquellen moeglich. Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens dienen zum einen der Verbesserung des 'Laermarmen Konstruierens' von Maschinen und zum anderen zur Bestimmung der Geraeuschemission am Maschinenaufstellungsort. Eine direkte Umsetzung in die DIN 45635 Teil 8 ist vorgesehen.

Auswertung von Forschungsergebnissen fuer DIN 4108 und DIN 4109

Das Projekt "Auswertung von Forschungsergebnissen fuer DIN 4108 und DIN 4109" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DIN - Deutsches Institut für Normung e.V., Normenausschuß Bauwesen durchgeführt. Die Normen DIN 4108 'Waermeschutz im Hochbau' und DIN 4109 'Schallschutz im Hochbau' werden zur Zeit von verschiedenen Arbeitsausschuessen des Normenausschusses Bauwesen im DIN Deutsches Institut fuer Normung e.V. ueberarbeitet. Durch eine umfassende Auswertung von vorliegenden Forschungsberichten soll sichergestellt werden, dass die Erkenntnisse aus der Bauforschung der letzten Jahre - soweit geeignet - in den Neufassungen der Normen beruecksichtigt und somit der Praxis zugefuehrt werden. Als Schwerpunkte dieser Forschungsarbeit werden folgende Themen behandelt: Beim Waermeschutz: 1. Waermeleitfaehigkeit von Bau- und Daemmstoffen; 2. Feuchtigkeit und Waermeleitfaehigkeit; 3. Waermebruecken; 4. Thermische Beanspruchung von Bauteilen; 5. Raumklima; Beim Schallschutz: 1. Schall-Laengsleitung leichter Bauteile; 2. Schalldaemmung zweischaliger Bauteile; 3. Einfluss des Verputzes auf die Luftschall daemmung von Bauteilen; 4. Schallschutz bei haustechnischen Anlagen; 5. Erhoehter Schallschutz; 6. Schalldaemmung von Fenstern.

Einfluss des Rahmens auf die Schalldaempfung von Fenstern

Das Projekt "Einfluss des Rahmens auf die Schalldaempfung von Fenstern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Bauphysik durchgeführt. Die Verbesserung der Schalldaemmung von Fenstern mit Gasfuellung wird durch eine unguenstige Schalldaemmung des Rahmens begrenzt. Das Abstrahlverhalten des Rahmens unter verschiedenen Bedingungen wird durch Vergleich von Koerperschall- und Luftschallmessungen ermittelt. Daraus ergeben sich wichtige Konstruktionshinweise fuer Fensterrahmen unterschiedlichen Materials.

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