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Schallquellensystem zur Untersuchung der Wahrnehmung von Infraschall in Kombination mit Hörschall

08.11.2019

Im Rahmen des EU-Verbundprojektes „Ears II“ (EMPIR, Projekt Nr. 15HLT03) sollten an der PTB Hörversuche durchgeführt werden, um die menschliche Wahrnehmung von Infraschall (Frequenzen f unterhalb von 20 Hz) in Kombination mit Schall im „klassischen“ Hörfrequenzbereich (kurz: „Hörschall“, Frequenzbereich 20 Hz ≤ f ≤ 20 kHz) zu untersuchen. Als erster Schritt wurde dazu ein Schallquellensystem entwickelt, mit dem Infraschall und Hörschall dem Gehörgang zugeführt werden kann. Eine Herausforderung bei der Entwicklung war es, dass im Infraschallbereich sehr hohe Schalldruckpegel benötigt werden, damit dieser für den Menschen wahrnehmbar ist, aber gleichzeitig keine hörbaren Verzerrungen entstehen dürfen.

Die menschliche Wahrnehmung von Infraschall ist ein aktuelles Forschungsgebiet. Dabei haben Studien bereits gezeigt, dass der Mensch Infraschall bis hinunter zu 2 Hz über das Ohr wahrnehmen kann, wenn der Schalldruckpegel ausreichend hoch ist (siehe z. B. [1] und [2]). Allerdings ist der Mensch gewöhnlich einer Mischung aus Infraschall und Hörschall ausgesetzt. Folglich stellt sich die Frage, ob die Anwesenheit von Hörschall einen Einfluss auf die Wahrnehmung von Infraschall hat und umgekehrt. Daher wurde an der PTB eine Studienreihe mit dem Ziel durchgeführt, die Wahrnehmung von kombinierten Infraschall- und Hörschallsignalen in Hörversuchen zu untersuchen. Als notwendige Voraussetzung für die Hörversuche wurde ein Schallquellensystem (Bild 1) entwickelt, das eine Beschallung des Ohres mit Infraschall und Hörschall ermöglicht.

Bild 1: Schallquellensystem im reflexionsarmen Raum der PTB (Abbildung aus [3]).

Das Schallquellensystem beinhaltet zwei Lautsprecher, wobei der eine Lautsprecher die Infraschallsignale und der andere die Hörschallsignale erzeugt. Die Lautsprecher wurden in separaten Holzboxen luftdicht montiert. Der Schall aus den Lautsprechern gelangt über Schläuche, die die Holzboxen miteinander verbinden, zu einem Ohrstöpsel. Während der Hörversuche steckt der Ohrstöpsel im Gehörgang der Testperson, um den Schall in das Ohr der Testperson zu übertragen.

Es wurde sichergestellt, dass Infraschalltöne oberhalb der Wahrnehmungsschwelle ohne hörbare Verzerrungen erzeugt werden können, z.B. kann ein Infraschallton mit der Frequenz 5 Hz bis zu einem Schalldruckpegel von 123 dB (re 20 µPa) dargeboten werden [3]. Eine Schwierigkeit ist es, dass durch den hohen Druck des Infraschalls das Hörschallsignal ungewollt verzerrt werden kann. Jedoch ist es durch die Anwendung eines weiteren Lautsprechers, der unterhalb des Hörschalllautsprechers montiert wurde und ebenfalls Infraschall aussendet, gelungen, die Entstehung dieser Verzerrungen erfolgreich zu kompensieren [3].

Weitere Information über den technischen Aufbau und über die Charakterisierung des Schallquellensystems sind in der Veröffentlichung [3] (Link https://doi.org/10.3813/AAA.919366) zu finden. Das Schallquellensystem wurde bereits in Hörversuchen zur Bestimmung von Detektionsschwellen und der Unangenehmheit von Infraschall- und Hörschallkombination erfolgreich eingesetzt (Ergebnisse von Pilotstudien in [4, 5]).

This study is part of the Ears II project “Metrology for modern hearing assessment and protecting public health from emerging noise source". This project has received funding from the EMPIR programme co-financed by the Participating States and from the European Union's Horizon 2020 research and innovation programme.

Literatur:

[1]    H. Møller, C. S. Pedersen: Hearing at low and infrasonic frequencies. Noise and Health 6 (2004) 37–57.
[2]    R. Kühler, T. Fedtke, J. Hensel: Infrasonic and low-frequency insert earphone hearing threshold. The Journal of the Acoustical Society of America 137 (2015) EL347–EL353. DOI: 10.1121/1.4916795
[3]    E. Burke, J. Hensel: Sound source system for investigating the auditory perception of infrasound accompanied by audio sound. Acta Acustica united with Acustica 105 (2019) 869-874. DOI: 10.3813/AAA.919366
[4]    E. Burke, J. Hensel, T. Fedtke: Hearing threshold measurements of infrasound combined with audio frequency sound. Paper presented at 12th ICBEN Congress on Noise as a Public Health Problem, Zurich, Switzerland, 2017.
[5]    E. Burke, E. P. Stederi, S. Uppenkamp, C. Koch: Investigation of the unpleasantness of infrasound combined with audio sound using psychoacoustic scaling methods. Paper presented at the 23rd International Congress on Acoustics, Aachen, Germany, 2019.

Ansprechpartner:

Elisa Burke, FB 1.6, AG 1.61, E-Mail: Opens window for sending emailelisa.burke(at)ptb.de