Schall messen und beurteilen

Die Beurteilung von Geräuschen erfolgt auf Grundlage von Messungen und Berechnungen. Die Messung des Schalldruckpegels und anschließende Beurteilung der Geräuschsituation am Immissionsort erfordern theoretische und praktische Fachkenntnisse in Akustik und Messtechnik. Die Technische Anleitung zum Schutz gegen Lärm - TA Lärm gibt an, dass für die einzusetzenden Messgeräte, die Messverfahren sowie die Bestimmung des Beurteilungspegels die DIN 45645-1 gilt.

Schall messen

Abb. 1: Handschallpegelmesser

Schallpegelmesser wandeln akustische Signale (Schalldruck am Messort) in elektrische Signale um. Dabei bewegt die auf ein Mikrofon (Kondensatormikrofon) auftreffende Schallwelle eine etwa 0,002 mm dünne Metallmembran im Rhythmus der Schalldruckschwankungen (Pascal). Die Membran bildet zusammen mit einer dahinter liegenden Elektrode einen Kondensator, der durch eine anliegende elektrische Gleichspannung aufgeladen ist. Durch die Abstandsänderung der Elektroden wird die Kapazität des Kondensators synchron zu den Schalldruckschwankungen verändert. Über einen Entladungswiderstand ergibt sich ein dem Schalldruck proportionales Spannungssignal (Volt), das für die weitere Verarbeitung elektronisch verstärkt wird.

Schallpegelmessgeräte bestehen prinzipiell aus folgenden Hauptkomponenten:

• Mikrofon
• Vorverstärker
• Bewertungsnetzwerk
• Gleichrichter
• Anzeigeeinheit (Display)

Im Messgerät wird das Messsignal unter anderem durch Zeit- und Frequenzbewertungen dem menschlichen Höreindruck angepasst, bevor es als Messergebnis auf einem Display zur Anzeige gebracht wird.

Zeitbewertung

Da das Ohr nicht die einzelne Schallschwingung, sondern vielmehr den Effektivwert des Schallsignals als Gehöreindruck aufnimmt, wurden verschiedene Zeitkonstanten bei der Effektivwertbildung des Schalldruckpegels festgelegt, die sich mit der Physiologie des Hörens mehr oder weniger gut begründen lassen. Gebräuchlich beim Immissionsschutz ist die "Fast"-Bewertung. Hier erfolgt die Effektivwertbildung über 125 ms (Millisekunden).

Frequenzbewertung

Das menschliche Gehör bewertet Geräusche im Hörbereich von 20 Hz bis 20 kHz in Abhängigkeit von ihrer Frequenzzusammensetzung sehr unterschiedlich. So werden Geräusche mit Frequenzanteilen im Bereich von 1 bis 4 kHz als besonders laut empfunden. Zu höheren und vor allem zu tieferen Frequenzen hin nimmt die Lautstärke-Empfindung stark ab (vergleiche DIN ISO 226 und ISO 28961). Diese Frequenzabhängigkeit bei der Geräuschwahrnehmung wird in der akustischen Messtechnik durch Frequenzfilterung berücksichtigt. Dadurch erfolgt eine Pegelanpassung im Frequenzspektrum nach den Frequenzbewertungskurven (siehe Abb. 2) gemäß DIN EN 61672-1). Die A-Bewertung wird am häufigsten verwendet und berücksichtigt bei den gängigen Untersuchungsaufgaben in einer guten Näherung den Frequenzgang des menschlichen Gehörs. Sehr laute Geräusche und tieffrequenter Lärm werden zudem mit der C-Bewertung untersucht.

Abb. 2: Frequenz-Bewertungskurven A und C nach DIN/EN 61672-1

Schall beurteilen

Für die Beurteilung von Geräuschen reicht es in der Regel nicht aus, nur den bewerteten Schalldruckpegel zu betrachten. Auf Grund der jeweiligen Charakteristik verursachen verschiedenartige Geräusche auch unterschiedliche Lästigkeiten. Man unterscheidet dazu folgende Pegelangaben:

Einzelmesswert L_AF(t)

Beim Einzelmesswert handelt es sich um einen Schalldruckpegel, der zu einem bestimmten Zeitpunkt vom Messgerät erfasst und angezeigt wird. Man spricht dann auch von einem Momentan-Pegel. In schalltechnischen Gutachten oder Berichten erfolgt die Schallpegelangabe mit dem Buchstaben L gefolgt von Indizes welche die Bewertungen kennzeichnen. L_AF(t) steht demnach für einen A-bewerteten Schalldruckpegel mit einem Effektivwert von 125 ms.

Maximalpegel L_AFmax

Der Maximalpegel L_AFmax kennzeichnet den höchsten Schalldruckpegel eines Einzelereignisses innerhalb eines Messzeitraumes. Er wird zur Kennzeichnung von kurzeitigen Geräuschspitzen nach TA Lärm herangezogen.

Mittelungspegel L_Aeq

Beim Mittelungspegel handelt es sich um einen durchschnittlichen, während der Messung auftretenden Schalldruckpegel, der aus den Einzelmesswerten nach DIN 45641 im zeitlichen Verlauf gebildet wird. Dabei handelt es sich um eine energetische Mittelung über einen gewissen Zeitraum. Er ist für die Einwirkzeit T_E die typische Kenngröße und wird als L_Aeq (energieäquivalenter Dauerschallpegel) angegeben.

Beurteilungspegel L_r

Der Beurteilungspegel L_r ist ein aus dem Mittelungspegel umgerechneter Pegel, bei dem durch Pegelkorrekturen die Einwirkdauer, Ton- und Informationshaltigkeit, Impulshaltigkeit einzelner Schallquellen, der Anteil der Ruhezeiten und Störgeräusche sowie die Messunsicherheit zusätzlich berücksichtigt werden. Er wird als Beurteilungsgröße für die Lärmsituation mit den vorgegebenen Orientierungs-, Anhalts- oder Immissionsrichtwerten verglichen.

Für die Ermittlung des Beurteilungspegels werden folgende Größen und Pegelkorrekturen verwendet:

• energieäquivalenter Dauerschallpegel L_Aeq:
  Energetisch während der Einwirkzeit T_E gemittelter Pegel
• Einwirkzeit T_E:
  Zeitdauer, in der die Lärmquelle auf den Immissionsort einwirkt
• Impulshaltigkeit KI :
  Differenz zwischen dem Takt-Maximalwert-Verfahren L_AFTeq und dem energie-äquivalenter Dauerschallpegel L_Aeq
• Ton- und Informationshaltigkeit KT:
  Zuschlag 0, 3, 6 dB(A) nach TA Lärm bei vorherrschenden Einzeltönen während der Einwirkzeit; genauere Bestimmung nach DIN 45681
• Ruhezeitenzuschlag KR:
  Für Geräusche im Zeitraum von 6:00 bis 7:00 Uhr und 20:00 bis 22:00 Uhr an Werktagen, von 6:00 bis 9:00 Uhr und 20:00 bis 22:00 Uhr erfolgt nach TA Lärm ein Zuschlag von 6 dB(A)
• Fremdgeräusche:
  Am Immissionsort einwirkende Geräusche, die nicht von der zu beurteilenden Anlage stammen werden vom Gesamtmesswert abgezogen.
• Beurteilungszeitraum:
  Tageszeit (6:00 bis 22:00 Uhr) und Nachtzeit (22:00 bis 6:00 Uhr)
• Geräuschspitzen:
  Während des Beurteilungszeitraumes auftretender maximaler Schalldruckpegel L_AFmax

Schallleistungspegel L_W

Die Schallleistung kennzeichnet die Schallenergie, die eine Geräuschquelle pro Sekunde abstrahlt. Sie wird meist als Schallleistungspegel L_W angegeben, der auf eine Leistung von 1 * 10^-12 Watt bezogen ist. Der Schallleistungspegel kennzeichnet die Geräuschabstrahlung einer bestimmten Schallquelle unter spezifischen Betriebsbedingungen. Die Schallleistung wird durch Schalldruckpegelmessungen auf einer geschlossenen Hüllfläche um die Quelle bestimmt. Mit Hilfe von Ausbreitungsrechnungen kann von einem bekannten Schallleistungspegel der zu erwartende Immissionspegel in einer bestimmten Entfernung errechnet werden.