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Verkehrslärm macht krank - macht Verkehrslärm krank?

Volker Mellert

(Vortrag am 18.08.2011 auf der Veranstaltung "Verkehrslärm macht krank!" des Vereins „Lärmschutz im Verkehr, LiVe“ in Oldenburg)

Der folgende Beitrag fasst kurz einige physikalisch-technische Grundlagen der Akustik zusammen. Physikalisch gesehen haben wir es immer mit Schall zu tun. Ob Schall als Lärm wahrgenom-men wird, ist eine Frage der persönlichen Wahrnehmung und Betroffenheit. Ein Orchestermusiker wird sicher seine Musik nicht als Lärm empfinden. Dennoch kann er Schwerhörigkeit als Berufskrankheit geltend machen. Die Lautstärke von Schall ist eben unabhängig vom Informationsgehalt. Manche Anwohner in der Nähe einer Kirche empfinden das Läuten der Glocken nicht als Wohlklang sondern als Lärm. Lärm ist eine subjektive Zuschreibung des Hörereignisses. Auch leise Schalle können lästig sein, wie etwa das Zirpgeräusch, das man von Mitreisenden zwangsweise hört, die meinen, ihre Musik nur mit einem laut eingestellten Ohrhörer genießen zu können. Oder schon schwerhörig sind...

Messvorschriften

Schall – das sind winzige und schnelle Schwankungen des Luftdrucks.
Winzig heißt: Unser Gehör ist so empfindlich, dass es an der Hörschwelle Schwankungen wahr nimmt, die rd. 10 Größenordnungen, also 10 Milliarden mal kleiner sind als der normale Umgebungsluftdruck. Bei einer Dauerbeschallung von mehr als 80 dB – das ist ein Schalldruck, der rd. 1 Mio. mal kleiner ist als der normale Luftdruck – treten bereits Schädigungen im Innenohr auf.
Schnell heißt: Gesunde junge Menschen nehmen die Schwankungen wahr, wenn sie schneller als rd. 20 mal in der Sekunde auftreten (20 Hz) und langsamer als 20.000 mal in der Sekunde (20 kHz). Noch schnellere Schwankungen sind Ultraschall und können vom menschlichen Gehör nicht mehr als Ton identifiziert werden. Langsamere Schwankungen sind Infraschall. Dieser kann ebenfalls nicht gehört werden, wird aber als Druckgefühl wahrgenommen – viele Personen klagen bei ausgeprägter Infraschall-Beschallung über Kopfschmerzen. Unspezifischer Infraschall wird dauerhaft in der Umwelt durch turbulente Luftbewegungen erzeugt, etwa wenn Wind über Landschaftsstrukturen, Gebäude, Bewuchs streicht. Klagen darüber sind nicht bekannt. Aber Klima- und Lüftungsanlagen mit ihren langen Kanälen können starken Infraschall in einem angekoppelten Wohn- oder Arbeitsraum erzeugen, der dann zu den erwähnten Klagen führt. Auch langsame Strukturvibrationen bzw. Erschütterungen können an Wohnräume ankoppeln und ähnliche Effekte bewirken.
Die Stärke des Hörschalls wird als Schallpegel in dB angegeben, meist mit dem Index „A“: dB(A). Das dB, das Dezibel, ist ein logarithmisches Verhältnismaß, welches angibt, wie viel größer ein Schall ist im Vergleich zu einem international festgelegten Bezugsschallpegel. Wenn man mit der dB-Skala rechnet, muss man bedenken, dass dies eine logarithmische ist. Ein Beispiel: Zwei unabhängige Schallquellen mit einem Pegel von je 60 dB strahlen zusammen einen Pegel von 63 dB ab und nicht etwa 120 dB. Der Bezugsschallpegel entspricht in etwa der empfindlichsten Ton-Wahrnehmung des Menschen. Der Grund für die logarithmische Skala liegt darin, dass in guter Näherung das Ohr ebenfalls die Lautstärke eines Schalls in einer logarithmischen Skala wahrnimmt, d.h. beispielsweise, dass jede Verdoppelung der wahrgenommenen Lautstärke gleichen Abschnitten auf der logarithmischen Skala entsprechen, das sind für die jeweilige Verdopplung der Lautstärke in etwa 10 dB.
Der Index „A“ bedeutet eine klangliche Bewertung des Schalls, nämlich in etwa der Weise, wie auch das Gehör Schall klanglich bewertet. Das Gehör ist weder für tiefe noch für hohe Töne so empfindlich wie für den mittleren Tonbereich um 1000 Hz. Diese unterschiedliche Empfindlichkeit ist in der A-Bewertung berücksichtig. Es ist erstaunlich, dass alle Menschen auf der Welt fast die gleiche tonabhängige Empfindlichkeit des Gehörs haben, so dass die Messvorschrift dB und die A-Bewertung mit guten Gründen international vereinbart und festgeschrieben sind.
Es gibt eine Reihe komplexerer Maße für die Lautstärkenempfindung, die ebenfalls in Normen festgelegt sind. Diese Maße berücksichtigen die aufwändige Informationsverarbeitung im Gehör, insbesondere eine Reihe spektraler, also klanglicher Verarbeitungsschritte, die mit der sog. Verdeckung zusammen hängen. Diese Gehöreigenschaften werden beispielsweise auch in den modernen Kodierungsverfahren wie MP3 zur Datenreduktion genutzt.
Darüber hinaus hat die Psychoakustik Messvorschriften entwickelt, um die Lästigkeit von Schall unabhängig von der Lautstärke zu bestimmen. So ist etwa das Geräusch einer Kreissäge oder eines klassischen Zahnarztbohrers auch bei geringer Lautstärke lästiger als ein Meeresrauschen mit gleichem dB(A)-Wert. Ein Parameter, der diesen Unterschied quantitativ erfasst ist die sog. Schärfe eines Geräusches. Es gibt noch weitere psychoakustische Parameter, die etwa beim Sound-Design Anwendung finden.
Für den Schutz vor Verkehrs- und Umweltlärm wird als einfach zu messende und zu berechnende Größe international das dB(A) als Schallpegelmaß heran gezogen. Allerdings kann dieser Wert modifiziert werden. Wenn zum Beispiel der wenig störende rauschhafte Schall einer entfernten Windkraftanlage dauerhaft gemischt wird mit dem tonalen Quietschgeräusch eines alten Getriebes, so ist die Anlage zwar nicht lauter aber doch lästiger. Dann kann nach festgelegten Messvorschriften der dB(A)-Wert mit einem sog. Tonzuschlag versehen werden. Es wird also so getan, als sei die Anlage lauter.
Einen Zuschlag zur Erhöhung des Zahlenwertes dB(A) enthält auch die Mess- bzw. Berechnungsvorschrift für den Lden , der für die Berechnung der Schallimmission benutzt wird. Der Index „den“ steht für day, evening, night. Die dB(A)-Werte für den Abend werden um 5 dB und die für die Nacht um 10 dB erhöht.
Es gibt aber auch Abschläge im gemessenen oder berechneten dB(A): So wird bei Anwen-dung des sog. Schienenbonus 5 dB(A) vom tatsächlichen Schallpegel abgezogen, d.h. es wird angenommen, dass der Lärm von Schienenfahrzeugen als nicht so störend wahr genommen wird wie eigentlich vom Schallpegel in dB(A) angegeben. Dieser „Bonus“ stammt von sehr alten Untersuchungen, als die Eisenbahn noch langsam und selten fuhr und tatsächlich weniger störte als die Motorengeräusche im übrigen Verkehr. Die Lärmwirkungsforschung ist schon lange der Auffassung, dass der Schienenbonus nicht mehr zeitgemäß ist.

Mittelungsproblematik

Wie wird aber nun der dB(A)-Wert für z.B. einen 12-stündigen Tag oder eine 8-stündige Nacht gewonnen? Es werden mathematisch formal korrekt alle laufend gemessenen Pegel-werte entlogarithmiert, gemittelt und dann wieder logarithmiert. Der resultierende dB-Wert ist dann derjenige Schallpegel, den ein Dauergeräusch gleicher Energie verursachen würde. Formal ist gegen das Mittelungsverfahren nichts einzuwenden. Tatsächlich ist allerdings die Störwirkung eines lauten Einzelereignisses, womöglich in der Nacht, nicht zu vergleichen mit einem leisen und dauerhaften Hintergrundschall – auch wenn beide Schalle über die Zeit gemittelt die gleiche Energie aufweisen. Gerade der plötzliche Anstieg im Schallpegel durch ein Einzelereignis – etwa hervorgerufen durch einen vorbeifahrenden Zug – verursacht zweifelsfrei eine höhere und physiologisch nachweisbare Belastung. Es gibt noch keine gesicherte Messmethode, die den Wahrnehmungsunterschied zwischen einem Dauerlärm und der energieäquivalenten Folge von entsprechend lauten Einzelereignissen berücksichtigt.

Umgebungslärmrichtlinie (Environmental Noise Directive – END)

Die END wurde 2002 verabschiedet und soll Europas Bürgerinnen und Bürger nach einheitli-chen Berechnungsverfahren vor der Belästigung durch Umgebungslärm schützen. Die END legt die Rahmenbedingungen für strategische Lärmkarten und Aktionspläne fest und soll sicher stellen, dass die Öffentlichkeit informiert bzw. bei den Plänen hinzugezogen wird. Die END ist ein Vorhersagemodell für Umwelt- bzw. Städteplanung. Die END gilt nur für den Umgebungslärm (Straße, Schiene, Flugverkehr, Industrieansiedlung); sie gilt nicht für Lärm, den die Menschen selber verursachen, etwa in der Wohnung, in der Nachbarschaft, sowie für (Maschinen)lärm am Arbeitsplatz. Alle fünf Jahre soll eine Neuberechnung und Neuaufstellung der Lärmkarten und Pläne erfolgen. Für Ballungsräume mit mehr als 100.000 Einwohner (also auch OL) sollen bis Juni 2012 Lärmkarten und bis Juli 2013 Aktionspläne erstellt sein. Die Umsetzung der EU-Vorgaben erfolgt schleppend. In Deutschland sind derzeit sog. Vorläufige Berechnungsverfahren für den Umgebungslärm in Anwendung. Die darin enthaltenen Berechnungs- und Prognoseverfahren sind jedoch angemessen und in langjährigen Untersu-chungen abgesichert.
Das Problem bei der Anwendung der END sind die Eingangsdaten. Es müssen Daten aus dem Geografischen Informationssystem (GIS) zur Verfügung stehen, die jedoch nicht immer voll-ständig sind. So müssen für den Straßenverkehr nicht nur die Zusammensetzung von PKWs und LKWs bekannt sein sondern auch die Beschaffenheit des Straßenbelags, Steigungen, Gefälle, Fahrspuren etc.. Für den Schienenverkehr müssen die Fahrpläne bekannt sein, für eine Prognose also auch die zukünftigen! Weitere Details gehen in die Prognose-Berechnung ein wie Bremsbauart der Waggons, die Aerodynamik, Zuglänge, Geschwindigkeit, Beschaffenheit der Strecke, Lage und Länge der Kurven, Brücken, Bahnübergänge.
Wenn diese Daten nicht vorhanden sind, müssen Schätzungen vorgenommen werden. Diese führen zu einer gewissen Unsicherheit in den Prognose-Ergebnissen. Die Genauigkeit der Prognose ist in begleitenden Untersuchungen zur END ermittelt worden. Das Vorgehen bei unsicheren Eingangsdaten ist in einem „good practice guide“ recht detailliert niedergelegt. Zwei Beispiele: Wenn anstatt genauer GIS-Daten oder lokaler Erhebungen eine amtliche Statistik für die Bestimmung des Verkehrsaufkommens herangezogen wird, muss mit einer Ungenauigkeit von 4 dB im Ergebnis der prognostizierten Lärmimmission gerechnet werden. Wenn keine Daten zu Steigungen oder Gefälle vorhanden sind, ist das Ergebnis mit 3 dB unsicher.
Aber ein Hauptkritikpunkt bleibt: Die END ist ein Prognosemodell. Es ist nicht vorgesehen, dass die berechnete Schallimmission mit tatsächlichen Messungen abgeglichen wird. Führt die tatsächliche Lärmimmission am Wohnort zu erheblicher Belästigung, müssen die Betroffenen dagegen opponieren, ggf. klagen.

Maßnahmen zur Lärmminderung

Grundsätzlich gilt: Die effektivste Maßnahme zur Minderung von Lärm ist die Verringerung der Schallabstrahlung an der Quelle, also am Ort der Verursachung. Alle anderen Maßnahmen zielen auf eine Hinderung der Ausbreitung von Schall. Dies ist weitaus weniger effektiv. Schallwellen sind flüchtig und umlaufen auch Hindernisse.
Schallminderung an der Quelle fängt schon bei der Konstruktion eines Fahrzeuges an. Im umfangreichen langjährigen Forschungsverbund „Leiser Verkehr“, den die DLR koordiniert (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt), wurde ein Projekt zum akustischen Qualitätsmanagement gefördert, das sich auf die Antriebsgeräusche bei Schienenfahrzeugen bezieht. Bis aber solche Forschungsergebnisse Eingang in eine vorhandene Fahrzeugflotte finden, vergehen Jahre. Es ist gut zu wissen, dass es im Forschungsprojekt „LowVent“ im genannten Forschungsverbund gelungen ist, eine Lüftungsanlage zu entwickeln, die 8 dB leiser ist als die üblichen Einbauten. Wann oder ob überhaupt eine solche Entwicklung in künftigen Lokomotiven bzw. Antriebsköpfen Verwendung findet, ist eine Marktfrage - insbesondere aber eine politische Frage. Wenn also der Fahrzeugbetreiber, etwa die Bahn, in einer Ausschreibung für neue Fahrzeuge aus Kostengründen eine schwache Vorgabe zur Schallemission formuliert, ist die Chance zur Lärmreduktion vertan. Wenn die politische Planung eines Verkehrsweges keine Grenze zur Schallemission vorgibt, also nicht vorschreibt, wie viel Schall im Betrieb abgestrahlt werden darf, besteht für den Betreiber auch keine Notwendigkeit, in der Ausschreibung für neue Fahrzeuge entsprechende Vorgaben zur Schallemission zu formulieren. Bekannt ist das Problem der Bremsen. Alte Graugussklotzbremsen rauen die Radoberflächen auf. Dadurch wird nicht nur das Rollgeräusch dominant sondern auch die Schienenoberfläche wird aufgeraut, was das Rollgeräusch auch bei glatten Rädern erhöht. Alte Güterwagen haben viele Lärmquellen. Aber es gibt neu entwickelte Güterwagendrehgestelle, so dass insgesamt eine Reduzierung der Lärmemission von 18 dB(A) erreicht werden könnte (20 dB wären ¼ der Lautstärke!).
Kürzlich gab es auf Initiative der Grünen ein Fachgespräch im Bundestag zur Frage „Brau-chen wir ein Verkehrslärmschutzgesetz?“. Geladen war u. a. Professor Hecht von der TU Berlin als anerkannter Fachmann für die Schallentstehung bei Schienenfahrzeugen. Er wies darauf hin, dass die Hauptquelle von Schall bei der Bahn die Schiene ist, nicht das Rad! Sie ver-ursacht rd. 2/3 der Lärmemission, das rollende Rad nur rd. 1/3. Am Rad wird geforscht und technisch entwickelt, um das Rollgeräusch leiser zu machen. Für die Schiene allerdings gibt es bzgl. Schallabstrahlung keine technischen Vorschriften oder Richtlinien. Der neue Gleis-bau mit Betonschwellen ist lauter als der alte. Die Schwellen müssen (müssten) mit zusätzlichen Dämmmaßnahmen versehen werden.
Damit hängt eine weiteres Problem zusammen: Die Einleitung von Vibrationen/Erschütterungen. Alte Schotterbetten haben viel innere mechanische Reibung und dämpfen dadurch Erschütterungen. Aber in jedem Fall werden von der befahrenen Schiene mechanische Vibratio-nen in das umliegende Erdreich geleitet.
Die Prognoseverfahren für Lärm beziehen sich allerdings nicht auf diese Strukturschwingungen. Eine Vorhersage der Vibrationen ist äußerst schwierig, weil die Weiterleitung von der örtlichen Bodenbeschaffenheit abhängt. Hier kann nur gemessen werden und nachträglich zusätzliche Schwingungsisolierung verlangt werden, wenn die Schwingungen im Wohnbereich merklich gefühlt werden, was sicher zu einer Beeinträchtigung des Wohlbefindens führt. Die „Fühlgrenze“ liegt bei 0.1 bis 0.2 mm/s Schwinggeschwindigkeit. Ab 0.4 mm/s Schwin-geschwindigkeit ist die Vibration gut spürbar.

Passive Lärmminderungsmaßnahmen

Schallschutzschirme oder -wände sind minder wirkungsvoll. Im Nahbereich – so unter 50 m – wirken solche Abschirmmaßnahmen. Aber je weiter man entfernt wohnt, desto wirkungsloser sind Lärmschutzwände, desto mehr hängt deren Abschirmung von den lokalen Witterungsbedingungen, insbesondere vom Wind ab. Unter mäßigen Mitwindbedingungen werden die Schallwellen besonders gut über den Boden geleitet. Bei Gegenwind wird die Ausbreitung des Schalls wirkungsvoll dadurch unterbunden, dass die Schallwellen durch das Windprofil einfach nach oben abgelenkt werden. Die Effizienz von Lärmschutzwänden hängt in erster Linie von ihrer Höhe ab und das ist eine Kostenfrage. Auch die Gestaltung der Oberkante der Wand kann deren Wirksamkeit zur Abschirmung erheblich verbessern, bis zu 3 dB, diese Maßnah-me verursacht ebenfalls Mehrkosten. Im Extremfall muss ein Verkehrsweg in ein Gehäuse, in einen Tunnel eingeschlossen werden, was riesige Kosten verursacht. Für Schnellstraßen und Autobahnen in Wohngebieten ist dies nicht ungewöhnlich, wie man in verschiedenen Großstädten der Welt beobachten kann. Für den Gütertransport auf der Schiene, insbesondere im Transitverkehr, wäre es vermutlich finanziell günstiger, eine Umgebungstrasse zu bauen als massive sekundäre Lärmschutzmaßnahmen durchzuführen.
Für die Betroffenen wäre das ohnehin die optimale Lösung!
Weitere passive Maßnahmen weitab von der Schallquelle sind mehrfach verglaste Fenster, wenn nicht von vorneherein eine geschickte Bebauung den Wohnbereich von der Emission abschirmt. Aber Maßnahmen am Haus sind meist nicht zumutbar, denn sie verbannen die Betroffenen ins geschlossene Haus. Schlafen bei geöffneten Fenstern ist meist nicht möglich. Der Außenbereich bleibt ohnehin verlärmt.

Ausblick

Auch wenn der Umweltlärm – im Gegensatz zu manchem lauten Arbeitsplatz – nicht unmittelbar zur Schädigung des Gehörs führt so ist seine Störwirkung auf Dauer doch beträchtlich. Viele Studien der vergangenen Jahre haben gezeigt, wie schädlich Störschall sogar bei niedrigem Pegel in Klassenräumen oder Großraumbüros auf die Gedächtnisleistung wirkt. Die Psychologieprofessoren Jürgen Hellbrück und Maria Klatte, die übrigens beide lange in der Oldenburger Psychoakustik gearbeitet hatten, haben in umfangreichen Studien die schädliche Wirkung von Umgebungslärm auf Gedächtnisleistungen nachgewiesen. Die Ergebnisse sind kürzlich auf Spiegel-online dargelegt worden.
Technisch kann sehr viel an Lärmminderung an der Quelle erreicht werden. Die konstruktive Umsetzung ist aber von den wirtschaftlichen und politischen Randbedingungen abhängig. Die sekundäre Lärmminderung durch Schutzwände und andere Abschirmmaßnahmen ist dagegen weniger wirkungsvoll.
Die beste Lösung ist zweifelsfrei die Verbannung der Lärmquelle aus dem Wohnbereich – für die Bahn heißt das: Eine Umgehungstrasse erspart viele kostspielige Maßnahmen zur Lärmminderung, und die betroffenen Bürger würden weniger unter Umweltlärm und Bodenerschütterungen leiden.

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