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Kann man Infraschall und Ultraschall hören?

20.05.2015

Lärm ist einer der wesentlichen Umweltfaktoren für die Beeinträchtigung von Gesundheit und Wohlergehen. Während jedoch der Umgang mit Lärm im Hörfrequenzbereich gut begründet und geregelt ist, fehlen bislang im Infraschall- und Ultraschallbereich sowohl das Verständnis für die Wahrnehmung als auch grundlegende Anforderungen an Messgeräte und praxisnah anwendbare Messvorschriften.Kann man Infraschall und Ultraschall hören?

Zahlreiche Geräuschquellen an Arbeitsplätzen, in der Öffentlichkeit, in Häusern und Wohnungen emittieren Schall nicht nur innerhalb des sogenannten "Hörfrequenzbereichs" von ca. 16 Hz bis 16 kHz sondern auch darunter (Infraschall) und darüber (Ultraschall). Die Angabe dieses "Hörfrequenzbereichs" mit den genannten Grenzen hat sich eingebürgert, ist aber irreführend, denn der Mensch kann Töne und Geräusche auch in den angrenzenden Frequenzbereichen noch wahrnehmen. Diese Wahrnehmung wird oft als störend empfunden, allerdings ist wenig darüber bekannt, welche grundlegenden Mechanismen dabei eine Rolle spielen. Diese Unkenntnis ist auch der Grund dafür, dass insbesondere für den Ultraschall in Luft kaum Vorschriften und Normen für Anforderungen an Messgeräte, Messmethoden und Obergrenzen existieren. Aber auch im Infraschallbereich gibt es keine anerkannten Obergrenzen, und die Messvorschriften werden immer wieder kontrovers diskutiert.

In einem Projekt des von der Europäischen Union unterstützen "European Metrology Research Programme" (EMRP) wurde deshalb mit Hilfe verschiedener Methoden der Audiologie und der bildgebenden Verfahren der Neurologie objektiv untersucht, wie Infraschall und Ultraschall auf den Menschen wirken. Zunächst wurden die subjektiven Hörschwellen einer Gruppe von Testpersonen in den Frequenzbereichen 2 Hz bis 125 Hz und 14 kHz bis 24 kHz bestimmt. Im Infraschallbereich gelang es auch, mit neu entwickelten Methoden die Kurven subjektiv gleicher Lautstärke individuell für jede Testperson und damit auch für die Gruppe insgesamt zu ermitteln (siehe Bild 1). Mit diesen audiologischen Methoden konnte die individuelle Hörwahrnehmung quantitativ beschrieben werden.

Bild 1: Mittlere Kurven gleicher Lautstärkepegel (KgL) von 8 Hz bis 125 Hz (schwarze Linien mit Symbolen) für einen Einsteckhörer. Die blauen Linien sind Freifeld-Kurven gleicher Lautstärkepegel aus der DIN ISO 226, die roten Linien sind Schätzwerte für Kurven gleicher Lautstärkepegel aus der Literatur.

 

In einem weiteren Schritt wurde mit Hilfe bildgebender Verfahren untersucht, ob und in welchem Bereich die akustischen Stimuli außerhalb des Hörfrequenzbereiches Reaktionen im Gehirn hervorrufen. Damit sollten der subjektiven Wahrnehmung von Infra- und Ultraschall objektive Maße der modernen Hirnforschung gegenübergestellt werden. Dieselben Probanden, für die eine audiologische Charakterisierung vorlag, wurden mit Hilfe der Magnetoencephalographie (MEG) und der funktionalen Magnetresonanztomographie (fMRT) untersucht. Im Infraschallbereich konnte bis hinab zu einer Frequenz von 8 Hz eine Anregung im auditiven Cortex nachgewiesen werden. Als Beispiel ist in Bild 2 die durch fMRT gemessene Aktivierung in einer Schnittebene durch das Gehirn bei Stimulusfrequenzen zwischen 8 Hz und 250 Hz gezeigt. Die Ergebnisse legen auch den Schluss nahe, dass sich der Mechanismus des Hörens bei etwa 20 Hz ändern könnte, dass also Infraschall (unterhalb 20 Hz) und 'hörbarer' Schall (oberhalb von 20 Hz) vom Gehirn auf unterschiedliche Art wahrgenommen bzw. verarbeitet werden. Im Ultraschallbereich zeigten die MEG-Messungen ebenfalls eine Aktivierung im auditiven Cortex, allerdings nur für Signale oberhalb der Hörschwelle. Im Infraschallbereich konnten in einigen Experimenten dagegen Hirnreaktionen auch für Stimuli 2 dB unterhalb der Hörschwelle festgestellt werden, was auf eine unbewusste Wahrnehmung von Infraschall hindeutet.

 

Bild 2: Aktivität in einer waagerechten Schicht im Gehirn ausschließlich im Bereich des auditiven Cortex; die verschiedenen Farben zeigen Stimulusfrequenzen zwischen 8 Hz und 250 Hz.

Mit seinen Ergebnissen hat das Projekt die Grundlagen für neue und bessere Messmethoden bereitgestellt, mit denen längerfristig auch besser begründete Expositionsobergrenzen festgelegt werden können. Bis dahin sind aber noch viele offene Fragen zu klären und vielfach reicht auch der Umfang der bisherigen Messungen noch nicht  für statistisch abgesicherte Aussagen aus. Deshalb sollen weitere Forschungsprojekte folgen.

 

 

Ansprechpartner:

Christian Koch, FB 1.6, Opens window for sending emailchristian.koch(at)ptb.de