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Kleine Quellen, großer Lärm

05.08.2013

Ultraschallgeräte wie Reinigungswannen können sehr starken Lärm verursachen. Der hochfrequente Luftultraschall wurde erstmalig auf solider metrologischer Basis bis 100 kHz gemessen und verschiedene Beurteilungsgrößen wurden quantitativ ermittelt.

Luftultraschall findet in unserem alltäglichen Umfeld immer mehr Anwendung, nicht nur am Arbeitsplatz, sondern zunehmend auch zuhause und unterwegs. So sollen zum Beispiel Tierscheuchen mit Ultraschall Maulwürfe und andere unerwünschte Gäste aus dem Garten fern halten. Parkhilfen am Auto messen mit Ultraschallsensoren den Abstand zu umgebenden Objekten. Mit Ultraschallreinigungsgeräten werden Brillen, Schmuck und sogar Golfschläger gereinigt. Trotz der weiten Verbreitung ist in aller Regel der Lärm, den solche Luftultraschallquellen verursachen, unbekannt. Der Grund hierfür liegt vor allem darin, dass Luftultraschall bis heute messtechnisch nur schwer zu erfassen ist. Es gibt keine standardisierten Messverfahren und kaum geeignete Messtechnik. Es ist nur wenig darüber bekannt, wie der Mensch Ultraschall wahrnimmt. Dementsprechend sind nur wenige Grenzwerte zum Schutz des Gehörs in technischen Regelwerken festgehalten. Aus metrologischer Sicht sind Luftschallmessungen im Ultraschallbereich nicht gesichert, da momentan eine Rückführung der Messtechnik nur bis zur oberen Grenze des normalen menschlichen Hörbereichs bis ca. 20 kHz besteht.

Im Rahmen des EU-weiten EARS-Projekts [1], das im European Metrology Research Programme (EMRP) [2] gefördert wird, werden einige grundlegende Fragestellungen zum Luftultraschall bearbeitet. Unter anderem wurde ein Messsystem aufgebaut, das rückgeführte Luftschallmessungen im Ultraschallbereich bis ca. 100 kHz erlaubt. Damit wurden verschiedene Lärmquellen untersucht, die im privaten und im Arbeitsumfeld häufig anzutreffen sind. Am Beispiel einer Marderscheuche zeigt Bild 1 den Verlauf des Schalldruckpegels (Farbskala) in einem 10 s Zeitintervall (waagerechte Achse) und einem Frequenzbereich zwischen 10 kHz und 150 kHz (senkrechte Achse). Die Grundfrequenz von ca. 20 kHz wird sirenenartig moduliert. Typisch für Ultraschallquellen sind die höherharmonischen Signalanteile, die sich bis über 100 kHz deutlich zeigen.

Bild 1: Das Spektrogramm zeigt den Zeit- und Frequenzverlauf der Luftultraschallemission einer Marderscheuche (Foto).

Aus den gemessenen Schalldruckverläufen wurden mehrere Messgrößen quantitativ ermittelt, die zur Beurteilung des Lärms herangezogen werden. Für einige wenige Beurteilungsgrößen sind bisher Grenzwerte festgeschrieben. So finden sich in der VDI 3766 [3] Grenzwerte für den maximalen Spitzenschalldruckpegel (LZpeak = 140 dB) und für die maximale Exposition am Arbeitsplatz (LAUE = 85 dB). Es stellte sich heraus, dass sogar Geräte, die für den privaten Gebrauch entwickelt wurden, diese Grenzwerte erreichen und überschreiten können, abhängig von der Art der Nutzung. Verwendet man zur Bewertung Messgrößen, die üblicherweise im Hörbereich eingesetzt werden, so kann zum Beispiel der Lärm einer kleinen Ultraschall-Reinigungswanne mit einem Presslufthammer verglichen werden.

Mit dem derzeitigen Wissenstand fällt es jedoch schwer einzuschätzen, wie gut die bisher definierten Messgrößen und Grenzwerte den Lärm von Luftultraschallquellen beurteilen. Die dazu fehlenden Belastungs-Wirkungsbeziehungen werden derzeit im Projekt erarbeitet. Die bisher gewonnenen Messergebnisse können genutzt werden, um Beurteilungsgrößen zu finden, die den Lärm quantitativ erfassen und für eine Bewertung genutzt werden können. Doch auch wenn Luftultraschall bisher noch nicht gänzlich beurteilt werden kann, so zeigen die ersten Untersuchungsergebnisse, dass im Umgang mit Ultraschallquellen durchaus zur Vorsicht geraten werden muss.

Literatur:

[1] Webseite des Projekts: www.ears-project.eu

[2] The EMRP is jointly funded by the EMRP participating countries within EURAMET and the European Union: www.emrponline.eu/

[3] VDI 3766:2012-09: Ultraschall - Arbeitsplatz - Messung, Bewertung, Beurteilung und Minderung

Ansprechpartner:

Christoph Kling, FB 1.6, AG 1.63, E-Mail: christoph.kling@ptb.de