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Messung und Bewertung des Fluglärms

Erstellt am: 25.09.2002 | Stand des Wissens: 27.02.2024
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IKEM - Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität e.V.

Der physikalische Ausgangspunkt Schall ist eine translatorische Schwingungsbewegung von Luftteilchen. Wichtige Kenngrößen zur Messung des Schalls sind:
  • der Schalldruck p (Amplitude der Schwingung),
  • die Frequenz f (Anzahl der Schwingungen pro Sekunde).
Eine Veränderung der Lärmenergie bewirkt eine Veränderung des Schalldrucks. Eine Veränderung der Schwingungsfrequenz bewirkt eine Veränderung der Tonfrequenz und folglich eine Veränderung der Tonlage. Das menschliche Gehör registriert Töne mit Frequenzen von circa 16 Hertz (Hz) bis 16.000 Hertz pro Sekunde. Die Lautstärke eines Tones ist das Maß für die vorhandene Schallenergie, sie wird als Druck gemessen. Die entsprechende physikalische Einheit ist Mikrobar (1 mb=10-1 hPa).

Unser Gehör ist ebenfalls in Bezug auf die Energiestärke in der Wahrnehmung limitiert. Die untere Grenze (Reizschwelle) liegt bei 2 · 10-4 Mikrobar und die obere Grenze (Schmerz­grenze) bei 200 Mikrobar. Unser Gehör ist in der Lage, einen großen Druckbereich wahrzunehmen. Dieser Bereich ist allerdings auch von der Tonfrequenz abhängig. Bei einem Ton mit niedriger Frequenz ist das Gehör weniger empfindlich. Für die gleiche Wahrnehmung (Lautstärkeempfinden) muss bei einem tieferen Ton eine größere Energie vorhanden sein als bei einem hohen Ton.
Abbildung 1: Die Empfindlichkeit des Gehörs in Abhängigkeit von der Tonfrequenz

Die Empfindung der Schallstärke stimmt nicht mit dem effektiven Druck überein. Das hat dazu geführt, dass der große Bereich von 2 · 10-4 Mikrobar bis 200 Mikrobar, das heißt der Bereich von 1 zu 1 Million, durch die Einführung einer logarithmischen Beziehung, auf einen Bereich von 0-120 reduziert wurde. Diese logarithmische Beziehung ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Abbildung 2: Logarithmische Darstellung der empfundenen Schallstärke

Nach dem aus der Reizphysiologie bekannten Weber-Fechnerschen Gesetz führt eine logarithmische Stufung der Stärke des physikalischen Reizes (Schalldruck) zu einer linear gestuften Empfindungsskala. Eine Reduktion des Pegels um 20 Dezibel erfordert eine Reduktion der physikalischen Druckeinheit um 90 Prozent. Das Lärmspektrum ist anhand einer Analyse des Geräusches erkennbar. Dabei wird nach Oktaven (oder bei genauerer Analyse nach Terzen) eine Frequenzanalyse durchgeführt, bei der ermittelt wird, mit welchem Schalldruckanteil die einzelnen Frequenzen beteiligt sind.
Wie aus der vorstehenden Abbildung ersichtlich wird, ist die Empfindung des Gehörs bei gleichen Schallenergien verschiedener Frequenzen unterschiedlich. Alle Töne, deren Schallpegel auf einer solchen Kurve liegen, haben die gleiche Lautstärke (in der Maßeinheit Phon). Beispiel: Ein 80 Hertz Ton mit einem Schallpegel von 40 Dezibel weist die Lautstärke 20 Phon auf, das heißt er wird als so laut empfunden wie ein 1.000 Hertz Ton mit einem Schallpegel von 20 Dezibel.
Abbildung 3: Linear gestufte Empfindungsskala

Töne von tieferen Frequenzen können als weniger lästig empfunden werden als Töne von höheren Frequenzen. Um diese Tatsache in einem Gesamtschalleindruck eines Geräusches zum Ausdruck zu bringen, wurden die bewerteten Filter A, B und C eingeführt. Diese Filter bewirken bei der Erfassung der Gesamtschallenergie, dass die Teilschallenergien von Tönen niedriger Frequenzen nicht in ihrem vollen Maße mitberücksichtigt werden. Die angezeigten Werte werden dann in Dezibel (A), Dezibel (B) oder Dezibel (C) angegeben. Bei den Lärmmessstellen auf deutschen Flughäfen findet das Bewertungsmaß Dezibel (A) Anwendung. Ein Vergleich verschiedener Verkehrsträger ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Abbildung 4: Vergleich verschiedener Verkehrsträger

Zur besseren Übereinstimmung mit den tatsächlich wahrgenommenen Lautstärken führen die Lautstärkeberechnungsverfahren. Das Geräusch wird hier in Terzbänder zerlegt, deren Einzelschalleindrücke gemessen und mit einem empirischen Bewertungsmaß, entsprechend des Belästigungsgrads, korrigiert und wieder zu einem Gesamtpegel summiert. Es entsteht das Perceived Noise Decibel (PNdB). Auf diese Art und Weise wird, analog zum Schallpegel, als eine logarithmisch relativierte Größe, ein Lärmpegel definiert. Eine Verdoppelung des Lärmeindrucks bewirkt eine additive Zunahme des Pegels um jeweils zehn Dezibel. Umgekehrt bedeutet dies, dass die Halbierung eines ursprünglichen Lärmeindrucks eine Reduzierung des lntensitätswerts auf 1/10 verlangt, wofür 90 Prozent der ursprünglich abgestrahlten Schallenergie vernichtet werden müssten. Dieser Zusammenhang vermittelt einen Eindruck von den Schwierigkeiten, die mit der Reduzierung von Fluglärm verbunden sind.

Für die inzwischen eingeführten gesetzlichen Maßnahmen für die Lärmzulassung von Flugzeugen wird eine aus dem PNdB weiterentwickelte Maßeinheit, das Effective Perceived Noise Decibel (EPNdB), verwendet. Die Einheit wird durch die Integration des PNdB nach dem Faktor Zeit ermittelt, um auch den Verlauf und die Dauer eines Geräusches in die Quantifizierung des Lärmpegels miteinzubeziehen, ebenso wie die Erfassung von Unregelmäßigkeiten im Spektrum durch hervortretende Frequenzen (sogenannte Tonkorrekturfaktor). Während PNdB und EPNdB für typische Flugzeuggeräusche ungefähr gleich große Werte ergeben, liegt das Dezibel (A) etwa 13 Dezibel unter diesen Werten.

Zur Beschreibung der Fluglärmsituation an einem Flughafen müssen der Spitzenpegel des Geräusches, die Geräuscheinwirkungsdauer und die Häufigkeit der Geräuschereignisse als Parameter berücksichtigt werden.
Ansprechpartner
IKEM - Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität e.V.
Zugehörige Wissenslandkarte(n)
Maßnahmen zum Schutz vor Fluglärm und Lärmminderung (Stand des Wissens: 13.12.2016)
https://www.forschungsinformationssystem.de/?97653
Literatur
[DLR92] Beyhoff, Stefan, Ehmer, Hansjochen, Dr., Focke, Horst, Warlitzer, Volker Verkehrspolitische Optionen zur Lärmreduktion an Flughäfen dargestellt am Beispiel des Flughafens Hamburg, DLR Köln, 1992/12, ISBN/ISSN ISSN 0939-2963
[IsSc00] Isermann, Ullrich, Dr. rer. nat., Schmid, Rainer, Dr. rer. nat. Bewertung und Berechnung von Fluglärm , DLR Bibliotheks- und Informationswesen 51170 Köln, 2000/06/21, ISBN/ISSN ISSN 1434-8454
[UBA00a] Ortscheid, Jens, Dr., Wende, Heidemarie Fluglärmwirkungen, Umweltbundesamt Berlin, 2000
Glossar
dB(A) Messgröße des A-bewerteten Schalldruckpegels zur Bestimmung von Geräuschpegeln. Die dB-Skala ist logarithmisch aufgebaut, d. h. eine Verdoppelung der Lärmintensität führt zu einer Erhöhung um 3 dB. Das menschliche Ohr empfindet eine Erhöhung um 10 dB als Verdoppelung der Lautstärke. Hierzu ist eine Schallintensitätsverzehnfachung erforderlich. Der Zusatz "(A)" gibt an, dass dem betreffenden Messergebnis die standardisierte A-Berwertungskurve zugrunde liegt. Sie berücksichtigt einen nichtlinearen frequenz- und pegelabhängigen Zusammenhang zwischen subjektiv wahrgenommenem Läutstärkepegel und vorliegendem Schalldruckpegel. So empfindet das menschliche Gehör bspw. mittlere Frequenzen im Vergleich zu niedrigen Frequenzgängen als wesentlich lauter, weshalb die Einheit dB(A) entsprechende Tonhöhen stärker gewichtet. Ein gesundes Ohr kann bereits einen Schalldruck von 0 dB (A) wahrnehmen (Hörschwelle), bei Werten über 120 dB (A) wird die Geräuschbelastung unerträglich laut (Schmerzgrenze). Eine Langzeiteinwirkung von über 85 dB(A) zieht u. U. dauerhafte Gehörschäden nach sich.

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?13450

Gedruckt am Sonntag, 16. Juni 2024 00:35:55