MESSTECHNIK

Lärmmessung

Messdatenerfassung mit der ZELLE vor Ort

Die ZELLE ist ein Klassiker unter den Interfaces. Mit ihr können Messungen vor Ort durchgeführt und gesammelt werden. In diesem Artikel wird besonders auf die Lärmmessung eingegangen. Neben den Anregungen zum eigenen Experimentieren werden auch einige theoretische Ausführungen gemacht.

Die Lärmbelastung am Arbeitsplatz und am Wohnort stellt heute eine ernst zu nehmende Gefährdung dar. Auswirkungen des Lärms auf Gesundheit und Leistungsfähigkeit, Entstehung und Vermeidung von Lärm, Lärmschutzmaßnahmen und umweltpolitische Konzepte sind daher relevante Themen geworden. Mit der ZELLE und ihrem Lärm-Messmodul stehen tragbare, netzunabhängige Geräte zur Verfügung, die sich problemlos auch für Langzeitmessungen einsetzen lassen.

Theorie

Lärmpegel

Lärmpegel werden in dB(A) gemessen. Dies entspricht etwa der veralteten Einheit Phon. Bei 0 dB(A) liegt die Hörschwelle des Menschen. Ein Motorrad erzeugt im Leerlauf in einem Meter Abstand ca. 80 dB(A), und die Schmerzgrenze liegt bei etwa 120 dB(A).

Ein Pegel ist immer der Logarithmus des Verhältnisses einer Messgröße zu einer Vergleichsgröße. Er wird meist in Dezibel (dB) angegeben. Die Angabe "Der Pegel liegt um 10 dB höher" bedeutet, dass die 10-fache Leistung vorliegt. Allgemein gilt für einen Pegel L:

L = 10 log P/Po P = Leistung, Po = Vergleichsleistung

Einer Steigerung der Leistung um das 100-fache entspricht also eine Verstärkung von 20 dB. Jeder Pegel lässt sich in ein Leistungsverhältnis umrechnen (Tabelle 1).

Pegel   Leistungsverhältnis 

0 dB    1 

1 dB    1,26 

3 dB    ca. 2 

10 dB   10 

20 dB   100 

30 dB   1 000 

40 dB   10 000 usw.

Tab. 1: Lärmpegel und Leistungsverhältnis

Für die Bewertung von Schallpegeln im Zusammenhang mit der Belastung von Menschen hat man die menschliche Hörschwelle als Vergleichspegel gewählt. Diese ist aber sehr stark von der Frequenz abhängig. Bei etwa 1000 Hz ist das Ohr am empfindlichsten, darunter und darüber nimmt die Empfindlichkeit ab. Ein Messgerät für Schallpegel muss Geräusche nach ihrer Frequenz so bewerten wie das menschliche Ohr. Der geforderte Frequenzgang ist genormt und heißt A-Kurve. Daher stammt die bei Lärmpegeln verwendete Bezeichnung dB(A).

Ein Unterschied von 10 dB wird vom Menschen etwa als eine Verdopplung der Lautstärke empfunden. Der gesamte Pegelumfang des Ohrs von ca. 120 dB wird nur mit Schwierigkeiten von einem Messgerät erreicht.

Reale Messungen des Lärmpegels werden heute meist mit direkt anzeigenden Messgeräten durchgeführt. Geräuschpegel schwanken aber im allgemeinen recht stark. Deshalb misst man eine gewisse Zeit lang in kurzen Intervallen von z.B. 5 s und schreibt jeweils den größten gemessenen Pegel eines Intervalls auf. Die so erhaltenen Messwerte können dann ausgewertet werden.

Bei Langzeitmessungen ist insbesondere der minimale, mittlere und maximale Pegel sehr aussagekräftig. Die Auswertung dieser Pegel ist genormt:

• L95 wird als Minimalwert verwendet. Es ist der Pegel, der von 95 % aller Pegel überschritten wird.
• L01 wird als Maximalwert verwendet. Es ist der Pegel, der nur noch von 1 % aller Pegel überschritten wird. Die Festlegung von L01 und L95 sondert "Ausreißer" in den gemessenen Pegeln aus.
• Leq wird als Mittelwert verwendet. Es ist der energieäquivalente Mittelwert, also der Pegel, der im Mittel die gleiche Schallenergie enthält.

Trägt man L01, L95 und Leq über einen ganzen Tag lang auf, dann lassen sich Aussagen über Umfang und Art der Lärmbelastung machen.

Praxis

Software zur Lärmmessung

Das Programm Zellabor erfasst Serien von 500 bis 6000 Messwerten in regelmäßigen Intervallen. Jeder einzelne Messwert ist der maximale Pegel in seinem Intervall. Neben der Darstellung von Pegelverläufen über die Messzeit werden die Auswertung von Häufigkeitsverteilungen in Abhängigkeit von Pegeln und die Ermittlung von L01/L95/Leq ermöglicht.

Zellabor erlaubt die Lärmmessung und -auswertung auf unterschiedliche Art. Im Online-Betrieb werden die Messdaten gleichzeitig registriert und angezeigt, wobei für die Ausgabe zwischen Diagramm, Großanzeige und Liste gewählt werden kann. Im Offline-Betrieb kann die Zelle vom PC getrennt werden, um offline Messungen durchzuführen. Die in der Zelle gespeicherten Messdaten werden dann später in den PC eingelesen und ausgewertet. Die Auswertung umfasst neben der Darstellung als Diagramm und Liste auch die Häufigkeitsverteilung nach Pegeln und die Ermittlung der Pegel L01 und L95, also derjenigen Pegel, die nur noch von 1% bzw. 95% der Messwerte im betrachteten Zeitraum überschritten werden. Schließlich können auch die energieäquivalenten Mittelwerte Leq bestimmt werden.

Tab. 2: Auswahlmöglichkeiten für die Messzeit

Vor einer Messung muss die Messdauer (Tabelle 2) eingestellt werden. Zellabor stellt dazu Standardeinstellungen zwischen 10 Sekunden und 24 Stunden bereit. Die Voreinstellung beträgt 10s. Um ein Gefühl für die gemessenen Geräuschpegel zu vermitteln, können Probemessungen in unterschiedlichen Situationen durchgeführt werden:

• normales u. angestrengtes Sprechen
• angeregte Diskussion
• Blättern in Heften und Büchern
• Störgeräusche bei offenem und geschlossenem Fenster

Eine besonders interessante Übung ist die größtmögliche Ruhe. Es zeigt sich, dass praktisch niemals vollkommene Ruhe herrscht. Jedes leise Knarren eines Stuhles und jedes entfernte Gespräch wird deutlich angezeigt. Es ist kaum möglich, die Empfindlichkeitsschwelle des Messgeräts von ca. 30 dB(A) zu erreichen. Die uns allezeit umgebenden Geräuschpegel werden so bewusst.

Auswertung der Messergebnisse

Jede Einzelmessung gibt ein punktuelles Messergebnis wieder. Belastungen durch hohe Lärmpegel sind jedoch sehr stark von der Dauer und vom Verlauf der Pegel abhängig. Hohe Pegel sind dann besser zu ertragen, wenn sie nur selten auftreten. Ein Gewöhnungseffekt ist andererseits nur bei etwa gleichbleibenden Pegeln zu erwarten. Lärmpegel müssen daher über längere Zeiträume gemessen und registriert werden.

Zellabor unterstützt die Fähigkeit der Zelle, Messwerte im tragbaren Einsatz zu erfassen. Nach der Einstellung der Messzeit kann die Zelle vom PC getrennt werden. Am eigentlichen Messort lässt sich eine Messung mit der Starttaste auslösen. So lassen sich z.B. Lärmpegel an verschiedenen Straßen einer Stadt erfassen.

Die Auswahl der Messzeiten richtet sich nach der jeweiligen Aufgabe und den praktischen Möglichkeiten der Durchführung. Neben der Einstellung der Messdauer ist auch die Wahl einer aufgeteilten Messung mit zwölf einzelnen Messblöcken möglich. Damit lassen sich mehrere Messungen durchführen, die gemeinsam in den PC übertragen werden. Es können im wesentlichen drei Typen von Messungen unterschieden werden:

• Registrierung zeitlich begrenzter Vorgänge: Presslufthammer, überfliegendes Flugzeug, spielende Kinder. Das Messgerät wird hierbei in der Hand gehalten, die Messung dauert zwischen 10 s und einer Stunde.
• Langzeitmessung an einem Ort: Verkehrslärm an einer Straße, vom Fenster eines Wohnhauses gemessen. Hierbei beträgt die Messzeit vorzugsweise 24 Stunden.
• Untersuchung einzelner Lärmquellen: Vergleich unterschiedlicher Fahrzeuge im Stand und bei der Vorbeifahrt.

Während die extremen Pegel noch leicht direkt überschaubar sind, ist die Auswertung des energieäquivalenten Mittelwerts Leq praktisch nur noch mit Programmhilfe möglich. Zellabor wertet Leq zusammen L01 und L95 bei kurzen Messungen über den gesamten Messzeitraum aus, während bei längeren Messungen abschnittsweise gerechnet wird. Bei 24-Stunden-Messungen wird z.B. stundenweise ausgewertet (Abb. 1).

Zur Beurteilung der Lärmbelastung an einem Ort muss in erster Linie der Äquivalentpegel betrachtet werden. Die Belastung an einem Wohnort muss über den Tagesverlauf erfasst werden. Die in Abb. 2 dargestellte Messung zeigt ein typisches Beispiel. Hier wurde in einem Wohngebiet in der Stadt gemessen. Das Messergebnis zeigt zumindest während der Nacht eine ausreichende Ruhe. Messungen dieser Art können bei der Entscheidung helfen, ob im Einzelfall zusätzliche Lärmschutzmaßnahmen erforderlich sind.

Messungen zum Thema Lärm müssen sich auch mit Lärmschutzmaßnahmen beschäftigen. Verschiedene Maßnahmen können durch Vergleichsmessungen auf ihre Wirksamkeit hin untersucht werden. Mögliche Fragestellungen sind:

• Welche Dämpfung bewirken einfache Fensterscheiben oder Doppelglasscheiben?
• In welchem Maße vermindern Hecken den Lärm?
• Wie wirksam sind Lärmschutzwälle an Autobahnen?
• Welche Unterschiede zeigen moderne Flugzeuge gegenüber älteren bei Start und Landung?

Literaturhinweis:

Dieser Text ist ein Auszug aus dem folgenden Buch. Die Zelle wird darin als Interface nicht nur für Lärmmessungen vorgestellt.

B. Kainka: Messen, Steuern, Regeln mit dem PC in Haus und Garten, Franzis-Verlag 2000.

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