Schall- und Lärmwirkung Teil 2: Büro- und Klassenraumakustik Dr. Markus Meis Hörzentrum Oldenburg GmbH

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1 Schall- und Lärmwirkung Teil 2: Büro- und Klassenraumakustik Dr. Markus Meis Hörzentrum Oldenburg GmbH Schweizer Kongress der Hörgeräteakustiker Juni 2014 in Olten

2 Gliederung Generelle Wirkweisen im Bereich Büro- und Klassenraumakustik Extra-aurale Wirkungen im Büroumfeld Generelle Wirkungen, Nicht-Zuhörsituationen Kommunikationssituationen (Beispiel Call-Center) VDI 2569 (Schallschutz und akustische Gestaltung im Büro) Extra-aurale Wirkungen im Schulumfeld Feld- und Laborstudien, Zuhörsituationen DIN 18041: (Hörsamkeit in kleinen bis mittelgroßen Räumen) Zusammenfassung

3 Lärmwirkungen Organisation Bildung Gesundheit Umweltbedingung Raumakustik, Lärm am Arbeitsplatz Stimmgüte Aurale Effekte Extra-Aurale Effekte Andere Modalitäten Direkte Hörschädigung Schallverarbeitung Coping/ Kontrolle Noxenmodell Kogn. Modell Stressmodell Kogn. Leistung Wahrnehmung Aktivierung Sozialverhalten Umweltqualität

4 Einwirkung des Schalls an verschiedenen Orten des Organismus HS/30 db(a) 60 db(a) 120 db(a) 80-85dB(A)

5 Belästigung

6 Jensen et al. (2005) Center For The Built Environment (CBE) Bewertung der Akustikqualität N= in 142 Gebäuden

7 % Belästigte in Abhängigkeit der Anzahl der Mitarbeiter (N=2.301, Pejtersen et al. 2006)

8 % Mitarbeiter, die sich von unterschiedlichen Lärmquellen gestört (sehr oder extrem) fühlen (Helenius und Hongisto, 2004)

9 MAB von Helenius & Hongisto (2004)* N=69 Phase I N=45 Phase III *Helenius, R. and V. Hongisto (2004). The effect of the acoustical improvement of an open-plan office..

10 Faktoren der Lärmbelästigung im Büro nach Sailer & Hassenzahl (2000, N=116) Belästigungspotential (Mittelwerte und SD)

11 Störung durch Gespräche: Tätigkeitsprofile und Hochbelästigte (Meis & Köppens, 2007)

12 Gesundheit (Stresseffekte)

13 Stresseffekte: Evans & Johnson (2000) Labor Text tippen N=20 pro Gruppe (Bürolärm, Stille) Bürolärm Stille 55 db(a) 40 db(a) Leq 3h n.s. P<0.05 n.s Adrenalin Noradrenalin Cortisol [ng/min] [ng/min] [µg/min] Differenz zu Basiswert (zweite Sitzung) n.s. P< Stressempfinden [Skala 1-4] 1.1 Lärmempfinden [Skala 1-5]

14 Stresseffekte: Evans & Johnson (2000) Labor Bürolärm Ergonomische Änderungen [10min-Intervalle] Stille 55 db(a) 40 db(a) P<0.001 Leq 3h 1.1 n.s. Text tippen 2.4 Tippfehler [%] 39.1 n.s Tippgeschwindigkeit [Worte/min] P< Motivation [n Lösungsversuche]

15 Zusammenfassung: Gesundheit / Stress Stresswahrnehmung: gleich oder erhöht Physiologie: Erhöhter Adrenalinspiegel leicht gesenkter diastolischer Blutdruck Auswirkung positiv nicht signifikant negativ Kein, geringer Einfluss auf Cortisol, Noradrenalin, EMG, EKG Körperhaltung: 50% weniger ergonomische Änderungen Senkung Konzentrationsfähigkeit, Motivation (Aftereffects), Freude Steigerung Müdigkeit (+Anstrengung), Erregung Vermeidungs- und Bewältigungsstrategien: Wechsel der Arbeitszeit Wechsel des Arbeitsplatzes oder Heimarbeit, Höhere Anstrengung

16 Kognitive Leistungen

17 Schall als Nutz- und Störschall Sprachliche Lärmwirkungen Sprache als NUTZschall (Effekte auf das Hörverstehen) Sprache als STÖRschall ( Irrelevant Speech/Sound Effect )

18 Kognitive Funktionen* Komplexe kognitive Leistungen Textverständnis Schlussfolgern Kognitive Basisfunktionen Sensorische Funktionen Arbeitsgedächtnis Aufmerksamkeit/ Konzentration Wahrnehmung *nach Schlittmeier, 2010

19 Bestimmte Schalle stören bestimmte Leistungen* Arbeitsgedächtnis Temporal-spektral stark strukturierte Signale stören das Behalten sprachlicher Information. Aufmerksamkeit/ Konzentration Unregelmäßige, impulshaltige Störgeräusche lenken von der Arbeitsaufgabe ab. Wahrnehmung Kontinuierliche, breitbandige Signale können relevante Informationen maskieren. *nach Schlittmeier, 2010

20 1. Experiment (Schlittmeier et al. 2008) Rolle von Pegel und Sprachverständlichkeit Leise Sprache (35 db(a)) mit schlechter Sprachverständlichkeit (75% Wortverständlichkeit) Leise Sprache (35 db(a)) mit guter Sprachverständlichkeit (98% Wortverständlichkeit) Original (55 db(a)). Ruhe (PN, 25 db(a))

21 Fehlerrate in % Mittlere beurteile Störung 1. Experiment (Schlittmeier et al. 2008) Rolle von Pegel und Sprachverständlichkeit 50% Serielle Behaltensleistung Beurteilte Störung außerordentlich 40% 30% 20% 41% 39% 33% 29% 3,4 2,2 1,9 ziemlich mittelmäßig 10% 0,2 kaum 0% 55 db 35 db 35 db Ruhe gute gute schlechte Sprachverständlichkeit gar nicht 55 db 35 db 35 db Ruhe gute gute schlechte Sprachverständlichkeit

22 ISO 3382 Teil 3 (Mai 2012) Akustikbüro Oldenburg 23

23 ISO 3382 Teil 3 (Mai 2012) 24

24 Ergebnis: Sprachverständlichkeit im Raum 25

25 Wirkung irrelevanter Sprache auf Arbeitsgedächtnisleistungen (Hongisto 2005, Liebl, 2011) DIN EN ISO Linie: Modellierte Fehlerraten Hongisto (2005) Sterne: experimentelle Daten Liebl et al. (2011) Bis zu 10% Leistungsreduktion im AG durch deutliche Sprache (hoher STI) Hongisto, V.: A model predicting the effect of speech of varying intelligibility on work performance. In: INDOOR AIR 15 (2005), S Liebl, A., Hawighorst, M., Drotleff, H. et al. (2011). The relationship between the Speech Transmission Index and measures of cognitive performance, FORUM ACUSTICUM 2011, 27. June - 1. July, Aalborg

26 Schall als Nutz- und Störschall Sprachliche Lärmwirkungen Sprache als NUTZschall (Effekte auf das Hörverstehen) Sprache als STÖRschall ( Irrelevant Speech/Sound Effect )

27 Darstellung der Wirkungen von Lärm und Nachhall auf das Hörverstehen (Modell nach Klatte 2007) Signalqualität / Nachhall Verschlechterung der Sprachverständlichkeit Information wird falsch oder gar nicht verstanden Erhöhte Höranstrengung Schnellere Ermüdung Weniger Ressourcen f. Behalten + Verarbeiten d. gehörten Information

28 Nutzungsfall Call-Center

29 Erfolgskritische Anforderungen im Call- Center Pennig & Vogt (2007) *Erfolgskritische Anforderungen im Call-Center dargestellt im Pfadmodell (AIS: Allgemeines Informationssystem) aus Pennig und Vogt 2007

30 Sprachverständlichkeit und Höranstrengung Listening Effort Speech Intelligibility Extreme effort 100 % No effort Signal to Noise Ratio [db SNR] 0 % Klink, Schulte & Meis, Measuring listening effort in the field of audiology - a literature review of methods, part 1/part 2 Zeitschrift für Audiologie, part 1: 51(2), 60-67/ part 2:, 51(3),

31 Experimentelle Messung der Höranstrengung 30 Studenten 6 Silben (ba, bi, bo etc) bei 65 db SPL - Ohne Rauschen in Ruhe / quiet - mit 55 db Rauschen +10 S/N - mit 60 db Rauschen +5 S/N Verständlichkeit in Ruhe 88 % +10 S/N 86 % +5 S/N 84 % Signifikant reduzierte Wiedergabeleistung unter Störgeräusch Surprenant AM (1999) The Effect of Noise on Memory for Spoken Syllables. Int J Psych 34:

32 Höranstrengung und Störgeräuschreduktion 25 Normalhörende junge Probanden (19 27 Jahre) Aufgabe 1: Sätze nachsprechen (SPIN-R) über Kopfhörer Aufgabe 2: Komplexe visuelle Zahlenaufgabe (Wenn Zahlen gerade/ungerade rechts/links drücken) Ephraim-Malah NR algorithm 4-Sprecher babble In Ruhe db (SNR) db (SNR)

33 Klassenraumakustik Pädagogische Psychologie Bedeutung des Zuhörens im Unterricht Zuhörförderung Lehrerbelastung Lärm als Belastungsfaktor im Lehrer- und Erzieherinnenberuf Psychoakustik Entwicklung der auditiven Wahrnehmung Lärm und Leistung

34 Nachhallzeiten in Grundschulklassenraum vor und nach akustischer Sanierung Nachhallzeit [s] vor Sanierung 1,6 Nachhallzeiten (T30) von drei virtuellen Klassenräumen Kommunikations-Akustik-Simulator (KAS) des Haus des Hörens 1,4 1,2 1 0,8 nach Sanierung 0,6 0,4 0,2 0 nach Sanierung Frequenz [Hz] Klassenraum "DIN Referenz" (T30, 250 Hz-2 khz=0.47) Klassenraum "Realistisch s

35 Verstehensleistung Sprachwahrnehmung* unter ungünstigen Hörbedingungen in Abhängigkeit vom Alter optimale Signalqualität Störgeräusche / Nachhall Erwachsene Alter der Probanden *Standardaufgaben: Nachsprechen von Wörtern oder Silben, Bild-zu-Wort-Zuordnung Johnson, C. E. (2000). Journal of Speech, Language, and Hearing Research, 43, Stuart, A. (2005). Ear and Hearing, 26, Talarico, M., Abdilla, G., Aliferis, M. et al. (2007). Audiology and Neuro-Otology, 12, 13-19; Young, W. & Bradley, J. JASA, 125 (2), 1-12.

36 Erschwerende Bedingungen Lese-/Rechtschreibstörung Steinbrink & Klatte, 2008; Ziegler et al., 2009 Sprachentwicklungsstörung Ziegler et al., 2005 Aufmerksamkeitsstörung Geffner, Lucker & Koch, 1996 allgemeine Lernbehinderung Bradlow et al., 2003 Verstehen der Zweitsprache Rogers et al., 2006 Das Sprachverstehen dieser Kinder wird durch Lärm noch stärker beeinträchtigt als das unauffälliger Kinder

37 Nachhallzeit [s] Auswirkungen von Hintergrundgeräuschen und Nachhall auf Sprachwahrnehmung und Hörverstehen Klassenraumähnliche Untersuchungsbedingungen Einbeziehung unterschiedlich komplexer Aufgaben 1,6 Nachhallzeiten (T30) von drei virtuellen Klassenräumen Kommunikations-Akustik-Simulator (KAS) des Haus des Hörens 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, Frequenz [Hz] Klassenraum "DIN Referenz" (T30, 250 Hz-2 khz=0.47) Klassenraum "Realistisch

38 Geräuschdarbietung Sprachsignale männlicher Sprecher, Präsentation über Lautsprecher vorn im Raum Pegel: 66 db(a) in 1 m Entfernung Hintergrundgeräusche Sprachgeräusch: weibliche dän. Sprecherin Klassenraumgeräusch ohne Sprache Hintergrundgeräuschpegel in db(a) Sprachgeräusch Klassenraumgeräusch günstiger Raum ungünstiger Raum 57 57

39 Studiendesign Jede Vp bearbeitete die Aufgaben entweder im günstigen oder im ungünstigen Raum in Ruhe (Baseline) und in einer von beiden Geräuschbedingungen Abhängige Variable Leistungsverschlechterung im Hintergrundgeräusch relativ zur Ruhebedingung Einflussfaktoren Alter (Erstklässler, Drittklässler, Erwachsene) Geräuschart (Sprache vs. Klassenraumgeräusch) Nachhall (günstiger vs. ungünstiger Raum)

40 Klatte, Lachmann & Meis (in press) Wortverständnis im Störgeräusch (Sprachgeräusch)

41 Leistungsverschlechterung relativ zur Ruhe in % Klatte, Lachmann & Meis (2010) Wortverständnis im Störgeräusch (Sprachgeräusch) in Abhängigkeit von Alter, Sitzreihe und Nachhall günstiger Raum ungünstiger Raum Sitzreihe Erstklässler Drittklässler Erwachsene Erstklässler Drittklässler Erwachsene Interaktion Alter x Sitzreihe: Einfluss der Sitzreihe ist bei Kindern größer Interaktion Sitzreihe x Nachhall: Einfluss der Sitzreihe ist im ungünstigen Raum größer

42 Anweisungsverständnis im Störgeräusch günstiger Raum Klatte, Lachmann & Meis (in press)

43 Klatte, Lachmann & Meis (in press) Differentielle Wirkungen von Hintergrundsprechen und Klassenraumgeräuschen auf Wort- und Anweisungsverständnis Erstklässler Drittklässler Sprachgeräusch Klassenraumgeräusch Wörter Anweisungen Wörter Anweisungen

44 Nachhallzeit T SOLL in s Empfehlung für Nachhallzeiten (DIN 18041, Mai 2004) Sport Sport Musik Sprache Unterricht Kommunikationsräume Raumvolumen V in m 3

45 DIN 18041, Überarbeitung 2014 aktueller Stand

46 Auralisation

47 Zusammenfassung: Bürolärm Lärm ist in vielen MAB Belästigungsthema Nummer 1, oftmals über 30% hoch belästigte Mitarbeiter, wenn nichts unternommen wird Belästigungsquellen: menschliche Sprache und nicht kontrollierbare Lärmquellen (Telefon Kollege) Sprache als dominante Störquelle bei kognitiven Prozessen Komplexe Wirkung: Differenzierung zwischen Pegel, Nachhallzeit und Sprachverständlichkeit sowie Zuhör- vs. Arbeitssituation notwendig! Daher: Schallpegel spielt keine dominante Rolle; reine Orientierung an Grenzwerten, z.b. 55 dba ist nicht zielführend! Stressreaktionen nachweisbar (Motivation, Adrenalin), aber noch kein Beweis f. lärmmedizinisch relevante Wirkungen

48 Zusammenfassung: Klassenraumakustik Lärm und Nachhall in Klassenräumen bewirken erhebliche Beeinträchtigungen des Sprachverstehens behindern Aufmerksamkeits- und Arbeitsgedächtnisleistungen auch bei nicht-auditiven Aufgaben je jünger die Kinder, desto stärker die Störungen stellen einen permanent einwirkenden Belastungsfaktor für Kinder und Lehrkräfte dar verschlechtern das Lernklima in der Klasse

49 Danksagung an: Dr. Karin Klink (Hörzentrum Oldenburg) Dr. Sabine Schlittmeier (KU Eichstätt) Prof. Dr. Maria Klatte (Uni Kaiserslautern)

50 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

51 Anhang

52 Bewertung der Parameter? Entwurf 2009 Finale Fassung Bewertung erfolgt in neuer VDI 2569! (Entwurf erscheint voraussichtlich irgendwann) 53

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