Tieffrequente Lärmimmission. in bebauter Umgebung

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1 Tieffrequente Lärmimmission in bebauter Umgebung Prof. Dr.-Ing. Detlef Krahé ALD: Neuer Lärm durch Strukturwandel und Verdichtung, Berlin, 6. Dezember

2 Übersicht 1. Zur Situation 2. Charakteristikum störender tieffrequenter Geräusche 3. Entstehung tieffrequenter Lärmimmissionen 4. Fallbeispiele 5. Psychische Wirkungen 6. Physiologische Wirkungen 7. Mittel zur Minderung der tieffrequenten Lärmbelastung 8. Fazit ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember

4 Zur Situation Fachbereich Elektrotechnik, Informationstechnik, Medientechnik Ein gewisser Prozentsatz der Lärmbetroffenen ist besonders empfindlich gegenüber tieffrequentem Lärm. Schon bei geringen Pegeln können unangenehme und bedrückende Empfindungen ausgelöst werden. Von solchen Empfindungen wird selbst dann berichtet, wenn die gemessenen Pegel deutlich unterhalb der Werte der standardisierten Hörschwelle liegen. ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember

5 Gemeinsame Merkmale bei Betroffenen Wohnen in eher ruhigen Gegend. Sind eher älter. Sind eher weiblich als männlich. Haben keine besonders niedrige Hörschwelle. ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember

7 Definition von tieffrequentem Schall Nach der DIN liegt tieffrequenter Schall im Bereich von 8 Hz bis 100 Hz. DIN 45680: Messung und Bewertung tieffrequenter Geräuschimmissionen in der Nachbarschaft (zur Beurteilung gewerblicher Anlagen) ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember

8 Verschiedene Stimuli bei eigener Untersuchung Dass die Betroffenen meist in sonst ruhigen Gebieten wohnen, stellt die Frage nach dem Einfluss der spektralen Balance. Hörtests: Tieffrequentes Geräusch mit verschieden starkem Anteil höherer Frequenzen Die Stimuli hatten gleiche Lautheit. ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember

9 Verschiedene Stimuli bei eigener Untersuchung TP-Signal, 40 Hz, flache Flanke TP-Signal, 40 Hz, steile Flanke ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember

10 Ergebnisse eigener Untersuchung Belästigungsgrad Index der Flankensteilheit ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember

12 Fachbereich Elektrotechnik, Informationstechnik, Medientechnik Ausbreitung von tieffreq. Schall Luftabsorption ALD: 3. Neuer Lärm durch Strukturwandel und Verdichtung, Dezember DEGA-Symposium, 27. November 2009, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute

13 Beugung an Kante bei 800 Hz Gute Schirmwirkung bei höheren Frequenzen ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember

14 Beugung an Kante bei 100 Hz Schlechte Schirmwirkung bei tieferen Frequenzen ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember

15 Fensterdämmung 45 Schalldämmmaß in db Typischer Verlauf des Schalldämmmaßes eines Doppelfensters Zu tiefen Frequenzen nimmt die Dämmung (Massegesetz) stark ab. Bei Frequenzen unterhalb 100 Hz nimmt die Dämmung eher noch weiter ab. Dieser Bereich wird aber bei der Messung nach Norm nicht berücksichtigt. ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember

16 Raummoden ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember

17 Raummoden ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember

19 Lärmsituation (Fall A) Fachbereich Elektrotechnik, Informationstechnik, Medientechnik Kanal 2 [Momentan] 6.3Hz 44.4dB 50 A* k 2 k 4 k 8 k A* C* Kanal 2 1/3 Okt 6.3Hz 30s FRE 05/09/08 18h50m dB SON 06/09/08 06h07m dB /09/08 00h 06/09/08 12h 07/09/08 00h 07/09/08 12h 08/09/08 00h ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember

20 100 db Fachbereich Elektrotechnik, Informationstechnik, Medientechnik Poschen - Terzen CH3-8 Hz - Linear Fr :00 Fr :00 Fr :00 Fr :00 Sa :00 Sa :00 Sa :00 Sa :00 So :00 So :00 So :00 So :00 Mo :00 Mo :00 Mo :00 Mo :00 Di :00 Di :00 Di :00 Zeit ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember Do :00 s 250 Hz Lärmsituation (Fall B) 90 db Frequenz Pegel

21 10 Fachbereich Elektrotechnik, Informationstechnik, Medientechnik 20 Fr :00 F r :00 F r :00 Sa :0 0 Sa :00 Sa :00 Sa :00 So :00 So :00 So :00 So :00 M o :00 M o :00 M o :00 M o :00 Di :00 Di :00 D i :00 Zeit ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember D o :00 F r :00 s 250 Hz F re q u e n z Lärmsituation (Fall B) Zwei weitere Räume der Wohnung 90 db db Hz D o :00 Fr :00 s Fr :00 Fr :00 F r :00 Sa :00 Sa :00 Sa :00 Sa :0 0 So :00 So :00 So :00 So :00 M o :00 M o :00 M o :00 Mo :00 Di :00 Di :00 Di :00 Zeit 8 0 F re q u e n z

22 Lärmsituation (Fall B) Aufnahmen mit Handrekorder Fachbereich Elektrotechnik, Informationstechnik, Medientechnik 50 Hz 35 Hz 20 Hz ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember

23 Lärmsituation (Fall B) Kohärenz Beschleunigung Wand / Schalldruck in zwei verschiedenen Räumen ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember

24 Lärmsituation (Fall C) Fachbereich Elektrotechnik, Informationstechnik, Medientechnik ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember

26 Psychische Wirkung von tieffreq. Lärm In vielen Publikationen wird die psychische Wirkung von tieffrequentem Lärm untersucht. Beispielweise seien einige genannt: Proposed criteria for the assessment of low frequency noise disturbance, University of Salford, 2005 (no NANR45) Dort gaben 50 Prozent und mehr der Betroffenen folgende Symptome an: Frustration Einschlafschwierigkeiten Schlafstörungen Furcht Müdigkeit Druck im Ohr Kopfschmerzen Nervosität Konzentrationsmangel Die Symptome werden auch in anderen Publikationen immer wieder genannt. Zur Windkraft ist u.a. von Pedersen, Eja Human response to wind turbine noise an der Universität Göteborg im Jahre 2007 erschienen. ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember

27 A study of twenty-one cases of low-frequency noise complaints von C.S. Pedersen, H. Møller, K. Persson Waye, University of Aalborg, Denmark, kann teilweise Zusammenhänge zwischen den Ergebnissen aufwändiger Messungen und den Berichten von Betroffenen über deren Wahrnehmungen nachvollziehen, teilweise nicht. Persson Waye, K. et al: A desriptive cross-sectional study of annoyance from low-frequency noise installations in an urban environment; Noise & Health 5(2003) Nr. 20, S Johanna Bengtsson weist in ihrer Dissertation Low Frequency Noise During Work - Effects on Performance and Annoyance, Universität Göteborg, die Minderung der Arbeitsleistung bei tieffrequenter Lärmbelastung nach. Guo-qing Di, Zheng-guang Li, Bang-jun Zhang, geht in "Adjustment on subjective annoyance of low frequency noise by adding additional sound (JASA, Nov, 2011) dem Phänomen nach, dass bei zusätzlichen höherfrequenten Lärmanteilen, die Belastung geringer werden kann. ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember

29 Physiologische Wirkung von tieffreq. Lärm Die Suche nach den physiologischen Ursachen für eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber tieffrequentem Lärm führt in zwei Richtungen: Lokalisation im Sensor Ohr Lokalisation im Nervensystem / Gehirn ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember

30 Anatomisches Modell des Ohres Referenz: Baars, Gage Cognition, Brain and Consciousness ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember

31 Wahrnehmung von tieffrequentem Schall Linien gleicher Lautstärke (ISO 226) (Isophonkurven) Merkmal: Starke Abnahme der Empfindlichkeit zu tiefen Frequenzen ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember

32 Schwellwerte nach Watanabe und Møller für tiefe Frequenzen ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember

33 Wirkung auf Gleichgewichtsorgan Quelle: Salt, A. N., Lichtenhan, J.T.: Perception-based protectin from lowfrequency sound may not be enough, InterNoise cochlea/ Tieffrequenter Schall kann schon nach dreiminütiger Wirkung zu einer Schwellung des endolymphatischen Raumes (Hydrops) führen, verbunden mit einem Druckausgleich zum Gleichgewichtsorgan hin. Das kann z.b. Schwindelgefühle und Orientierungslosigkeit hervorrufen. ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember

34 Fachbereich Elektrotechnik, Informationstechnik, Medientechnik Wirkung auf Gleichgewichtsorgan Schematisches Struktur des Innenohrs und Labyrinths Referenz: Trepel Neuroanatomie Ductus reuniens Verbindung zwischen Innenohr und Labyrinth ALD: 3. Neuer Lärm durch Strukturwandel und Verdichtung, Dezember DEGA-Symposium, 27. November 2009, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute

35 Anregung der äußeren Haarzellen Die äußeren Haarzellen im Innenohr sind anders als die inneren Haarzellen fest mit der Tektorialmembran verbunden. Dadurch ist auch bei langsamen Bewegungen eine große Auslenkung möglich. Quelle: Salt, A. N., Lichtenhan, J.T.: Responses of the Inner Ear to Infrasound 4. Int. Meeting on Wind Turbine Noise, Rom 2011 ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember

36 Wirkung im Nervensystem Fachbereich Elektrotechnik, Informationstechnik, Medientechnik Anhand eines physiologisch basierten Gehörmodells wurde untersucht, welchen Einfluss die spektrale Balance haben kann. ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember

37 Effekt von TF-Stimuli in einem Gehörmodell Stimulus Auslenkung des Steigbügels Auslenkung Basilarmembran Wahrscheinlichkeit einer Aktivität auf den Hörnerven Programm: MAP by R. Meddis TP-Signal, 40 Hz, flache Flanke ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember

38 Effekt von TF-Stimuli in einem Gehörmodell Im Gegensatz zur Grafik vorher zeigen hier die Spike-Aktivitäten eine ausgeprägte zeitliche Struktur, die auf eine gewisse synchrone Reaktion in den Nervenfasern hindeutet. TP-Signal, 40 Hz, steile Flanke ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember

39 Schema der Anregung Wenn nur tiefe Frequenzen (blau) vorhanden sind, regen diese beide Filterbereiche im Gleichtakt an. Kommen hohe Frequenzen (rot) dazu, wirken diese fast nur im oberen Bereich und beide Filterbereiche werden unterschiedlich angeregt. level (db) log (frequency) Struktur der Filter bedingt durch Erregungsverteilung auf Basilarmembran und entspricht den auf den Kopf gestellten Tuning-Kurven.. ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember

40 Test auf Synchronität nach R.Q. Quiroga, A. Kraskov, T. Kreuz, P.Grassberger Korrelation #neuron times #neuron times Das Verfahren der nichtlinearen Abhängigkeit kommt aus der Epilepsie forschung. nichtlineare Abhängigkeit #Neuron times #neuron times #Neuron times #Neuron times #neuron times #Neuron times Anders als bei der Korrelation führen die beiden Stimuli zu verschiedenen Reaktion. Die steile Flanke ist mit einer ausgeprägten Synchronisation verbunden. TP-Signal, 40 Hz, flache Flanke TP-signal, 40 Hz, steile Flanke ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember

41 Messungen im Ohr Fachbereich Elektrotechnik, Informationstechnik, Medientechnik Bei der Anwesenheit von höheren Frequenzkomponenten werden tieferfrequenten in ihrer Wirkung gemindert (untere Abbildung). Quelle: Salt, A. N., Lichtenhan, J.T.: Perception-based protectin from low-frequency sound may not be enough, Proceedings InterNoise ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember

42 Hypothese Fachbereich Elektrotechnik, Informationstechnik, Medientechnik Bei einer starken Konzentration auf den tieffrequenten Bereich tritt verstärkt eine Art Synchronisation in den Nervenaktivitäten hervor. In der Physiologie des Gehirns spielen örtlich verteilte Prozesse und ihr Zeitbezug eine wesentliche Rolle. Tieffrequenter Schall kann solche Prozesse beeinträchtigen und damit zu den oben erwähnten unangenehmen Empfindungen führen. ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember

43 EEG-Auswertung ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember

44 Testreihenfolge ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember

45 Position der Elektrode bei der nachfolgenden Auswertung ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember

46 F S S F F S 0 to 40 Hz person #2 ~ 30 minutes ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember

49 EEG-Auswertung der empfindlichen Gruppe ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember

54 Anregung 1. Raummode mit Gegenquelle ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember

55 System zur Raummodendämpfung WaveGuard Quelle: WaveScape, Wupertal ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember

56 Raummodendämpfung Anregung mit 26 Hz (ANC aus) Frequenz in Hz ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember Leq, linear in db

57 Raummodendämpfung Anregung mit 26 Hz (ANC an) Frequenz in Hz ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember Leq, linear in db

58 Raummodendämpfung Anregung mit 52 Hz (ANC aus) Frequenz in Hz ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember Leq, linear in db

59 Raummodendämpfung Anregung mit 52 Hz (ANC an) Frequenz in Hz ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember Leq, linear in db

60 Quelle: D. Sachau, Mechatronik, Helmut-Schmidt-Universität, Hamburg ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember

61 Fachbereich Elektrotechnik, Informationstechnik, Medientechnik Aktives Fenster Quelle: A. Jakob, M. Möser, C. Ohly (ITA, TU Berlin): Akitives Doppelglas-Fenster mit geringem Scheibenabstand; DAGA 2002 ALD: 3. Neuer Lärm durch Strukturwandel und Verdichtung, Dezember DEGA-Symposium, 27. November 2009, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute

62 Dämpfungswirkung des aktiven Fensters Quelle: A. Jakob, M. Möser, C. Ohly (ITA, TU Berlin): Akitives Doppelglas-Fenster mit geringem Scheibenabstand; DAGA 2002 ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember

64 - Im Lärmschutz ist dem Problem Tieffrequenter Lärm verstärkt Beachtung zu zollen: Durch manche Lärmschutzmaßnahme kann das Problem sogar verstärkt werden. - Der Sensor Ohr scheint gegenüber tieffrequentem Schall weitaus empfindlicher zu sein, als bisher angenommen. - Auch unterhalb der Hörschwelle kann bei empfindlichen Menschen eine Empfindung ausgelöst werden. Neben Ohrendruck wird vielfach von mentalen Belastungen berichtet. - Die zeitliche Zuordnung von Aktionspotenzialen spielen in der Verarbeitung im Nervensystem eine zentrale Rolle. Sie kann möglicherweise durch tieffrequenten Schall irregulär beeinflusst werden. - Die Technik der aktiven Lärmminderung ist speziell im Bereich tiefer Frequenzen effizient und könnte helfen, Lärmprobleme in diesem Bereich zu mindern. ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember

65 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! ALD: 3. Neuer DEGA-Symposium, Lärm durch Strukturwandel 27. November und 2009, Verdichtung, Berlin / Berlin, Lärm 6. heute Dezember