Einleitung
Wenn ein Geräusch als „laut“ bezeichnet wird, ist damit meist der wahrgenommene Gesamtpegel gemeint. Für eine professionelle akustische Bewertung reicht der Schalldruckpegel allein jedoch nicht immer aus. Zwei Geräusche mit jeweils 80 dB können aufgrund einer unterschiedlichen spektralen Zusammensetzung völlig unterschiedlich wahrgenommen werden und sich bei der Schallausbreitung unterschiedlich verhalten.
Tieffrequenter Lärm wird häufig als Brummen, Dröhnen oder Vibration wahrgenommen. Hochfrequenter Lärm klingt dagegen eher scharf, zischend, pfeifend oder schrill. Die Ursache liegt vor allem in der unterschiedlichen Frequenz und damit in den unterschiedlichen Wellenlängen sowie Ausbreitungs- und Dämpfungseigenschaften.
Bei Industrieanlagen, Gebäudetechnik, HVAC-Systemen, Verkehrslärm und Umweltmessungen sollte deshalb neben dem Gesamtpegel eines Schallpegelmessers auch die Frequenzzusammensetzung berücksichtigt werden.
Das Wichtigste im Überblick
● Tieffrequenter und hochfrequenter Lärm unterscheiden sich grundsätzlich durch ihre Schwingungsfrequenz.
● Tiefe Frequenzen besitzen größere Wellenlängen und zeigen stärkere Beugungseffekte.
● Hohe Frequenzen besitzen kürzere Wellenlängen und werden stärker durch Luftabsorption, Hindernisse und Oberflächenstrukturen beeinflusst.
● Wände, Fenster, Türen und akustische Materialien dämpfen nicht alle Frequenzen gleich; tieffrequenter Lärm ist häufig schwieriger zu reduzieren.
● Das menschliche Gehör reagiert frequenzabhängig, sodass gleiche Schalldruckpegel nicht zwangsläufig gleich laut empfunden werden.
● Ein gewöhnlicher Schallpegelmesser erfasst den Gesamtpegel; zur Bestimmung dominanter Frequenzbereiche ist meist eine Oktav- oder Terzbandanalyse erforderlich.
Was ist tieffrequenter Lärm?
Die Schallfrequenz wird in Hertz (Hz) angegeben und beschreibt die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde. Der menschliche Hörbereich wird üblicherweise mit etwa 20 Hz bis 20 kHz angegeben, wobei Alter, individuelle Hörfähigkeit und Schallpegel Einfluss auf den tatsächlich wahrnehmbaren Bereich haben.
Für „tieffrequenten Lärm“ gibt es keine universell gültige Frequenzgrenze. In allgemeinen akustischen Betrachtungen kann ungefähr der Bereich von 20 bis 250 Hz als tieffrequent angesehen werden. Je nach Norm, Messverfahren oder Anwendungsgebiet können jedoch andere Definitionen verwendet werden.
Typische Quellen sind:
● Große Ventilatoren und Lüftungsanlagen;
● Druckluftkompressoren;
● Dieselmotoren und große Elektromotoren;
● Pumpen, Kühltürme und mechanische Antriebssysteme;
● Schwerlastverkehr und Schienenverkehr;
● Gebäudetechnische Anlagen und Körperschall;
● Subwoofer und leistungsstarke Beschallungsanlagen.
Tieffrequenter Schall wird meist als tiefes Brummen oder Dröhnen wahrgenommen und kann zusätzlich als Vibration oder Druckempfindung spürbar sein.
Unterhalb von etwa 20 Hz spricht man üblicherweise von Infraschall. Dieser gehört zwar zum sehr tiefen Frequenzbereich, wird fachlich jedoch meist gesondert betrachtet.
Was ist hochfrequenter Lärm?
Hochfrequenter Lärm enthält einen großen Anteil akustischer Energie bei höheren Frequenzen. Auch hierfür gibt es keine einheitliche Grenzfrequenz.
Für eine allgemeine Einordnung können Frequenzen oberhalb von ungefähr 2 kHz als relativ hochfrequent betrachtet werden. Der Bereich von 2 bis 20 kHz liegt noch innerhalb des nominellen menschlichen Hörbereichs.
Typische Quellen sind:
● Schnelllaufende Lager;
● Druckluftleckagen;
● Pfeifgeräusche durch Luftströmung in engen Öffnungen;
● Schnelllaufende Schneid- und Schleifmaschinen;
● Bestimmte Motoren, Netzteile und elektronische Geräte;
● Metallische Reibung;
● Hochfrequente Alarmgeber und Summer.
Hochfrequenter Lärm wird häufig als scharf, zischend, pfeifend oder schrill empfunden.
Frequenzen oberhalb von etwa 20 kHz werden üblicherweise dem Ultraschall zugeordnet. Ultraschall liegt für die meisten Erwachsenen außerhalb des hörbaren Bereichs und sollte daher nicht mit gewöhnlichem hochfrequentem Hörschall gleichgesetzt werden.
Was ist der grundlegende Unterschied?
Der grundlegende Unterschied ist die Frequenz. Sie bestimmt unmittelbar die Wellenlänge.
Die Wellenlänge lässt sich berechnen mit:
λ = c / f
Dabei gilt:
● λ = Wellenlänge;
● c = Schallgeschwindigkeit;
● f = Frequenz.
Unter gleichen Ausbreitungsbedingungen gilt: Je niedriger die Frequenz, desto größer die Wellenlänge; je höher die Frequenz, desto kleiner die Wellenlänge.
Beispiele in Luft:
● 100 Hz entsprechen etwa 3,4 m Wellenlänge;
● 1 kHz entspricht etwa 0,34 m;
● 10 kHz entspricht etwa 0,034 m.
Diese erheblichen Unterschiede erklären das unterschiedliche Verhalten bei Ausbreitung, Beugung, Reflexion, Absorption und Schalldämmung.
Warum breitet sich tieffrequenter Schall oft besser aus?
Tieffrequenter Schall hat große Wellenlängen. Trifft er auf Hindernisse, deren Abmessungen im Verhältnis zur Wellenlänge klein sind, kann eine ausgeprägte Beugung auftreten.
Dadurch kann tieffrequenter Schall um Maschinen, Gebäudekanten und andere Hindernisse herumgelangen und auch ohne direkte Sichtverbindung zur Schallquelle deutlich wahrnehmbar bleiben.
Zusätzlich wirkt die atmosphärische Absorption im Allgemeinen stärker auf hohe Frequenzen. Hochfrequente Komponenten nehmen mit zunehmender Entfernung deshalb häufig schneller ab als tieffrequente Anteile.
Aus diesem Grund sind bei weit entfernten Musikquellen, Verkehrswegen oder großen Maschinen oft vor allem tiefe, dröhnende Anteile wahrnehmbar, während hohe Frequenzanteile bereits deutlich gedämpft sind.
Warum ist tieffrequenter Lärm häufig schwieriger zu dämmen?
Die Schalldämmung wird unter anderem von Masse, Aufbau, Dichtheit, Materialkombination und Frequenz beeinflusst.
Bei derselben Wand- oder Trennkonstruktion lässt sich bei höheren Frequenzen häufig leichter eine gute Schalldämmung erreichen als im tiefen Frequenzbereich.
Tieffrequenter Schall kann außerdem über Gebäude, Rohrleitungen, Fußböden, Wände oder Maschinenfundamente übertragen werden. Werden mechanische Schwingungen in die Gebäudestruktur eingeleitet, entsteht Körperschall.
Zur Reduzierung tieffrequenter Geräusche können deshalb Maßnahmen erforderlich sein wie:
● Verbesserung der Schwingungsentkopplung;
● Einsatz von Schwingungsisolatoren oder elastischen Lagern;
● Erhöhung der Strukturmasse;
● Optimierung des Wand- oder Kapselaufbaus;
● Vermeidung starrer schwingungsübertragender Verbindungen;
● Reduzierung tieffrequenter Schwingungen direkt an der Quelle.
Dies erklärt, warum tieffrequente Geräuschprobleme in Industrieanlagen häufig anspruchsvoller sind als überwiegend hochfrequente Schallprobleme.
Welche Ausbreitungseigenschaften hat hochfrequenter Lärm?
Hochfrequenter Schall besitzt kurze Wellenlängen und weist häufig eine stärkere Richtwirkung auf. Er wird außerdem stärker von Hindernissen, Oberflächen und atmosphärischer Absorption beeinflusst.
Trifft hochfrequenter Schall auf Wände, Maschinengehäuse oder andere Objekte, die deutlich größer als seine Wellenlänge sind, treten häufig ausgeprägte Reflexions- und Abschattungseffekte auf.
Typische Eigenschaften sind:
● Stärkere Richtwirkung;
● Leichtere Abschattung durch Hindernisse;
● Größere Luftabsorption mit zunehmender Entfernung;
● Gute Absorption durch viele poröse Schallabsorber;
● Gute Wirksamkeit von Schallschutzkapseln und Abschirmungen.
Das scharfe Geräusch einer Druckluftleckage kann beispielsweise in unmittelbarer Nähe sehr deutlich sein, nimmt mit zunehmender Entfernung jedoch häufig schneller ab als ein tieffrequentes Maschinendröhnen.
Warum klingen tiefe und hohe Frequenzen bei gleichem dB-Wert unterschiedlich?
Das menschliche Gehör besitzt keine gleichmäßige Frequenzempfindlichkeit.
Im mittleren Frequenzbereich ist das Gehör besonders empfindlich, während sehr tiefe Frequenzen und Frequenzen nahe der oberen Hörgrenze weniger empfindlich wahrgenommen werden.
Daher können zwei Geräusche mit gleichem physikalischem Schalldruckpegel unterschiedlich laut empfunden werden.
Ein tieffrequentes Maschinendröhnen und ein mittel- bis hochfrequenter Alarm können beispielsweise ähnliche Messwerte liefern, während der Alarm subjektiv deutlich auffälliger oder störender erscheint.
Aus diesem Grund werden bei Schallpegelmessungen Frequenzbewertungen eingesetzt.
Welche Bedeutung haben A-, C- und Z-Bewertung?
Schallpegelmesser können das Frequenzspektrum abhängig von der gewählten Frequenzbewertung unterschiedlich gewichten.
Die A-Bewertung (dBA) orientiert sich näherungsweise an der frequenzabhängigen Empfindlichkeit des menschlichen Gehörs bei üblichen Schallpegeln. Tiefe Frequenzen werden deutlich abgeschwächt. A-Bewertung wird häufig für Umwelt-, Arbeitsplatz- und allgemeine Geräuschbewertungen verwendet.
Die C-Bewertung (dBC) dämpft tiefe Frequenzen wesentlich weniger stark als die A-Bewertung. Sie kann deshalb bei stark tieffrequentem Schall, hohen Schallpegeln oder bestimmten Spitzenpegelmessungen hilfreich sein.
Die Z-Bewertung (dBZ) besitzt innerhalb des spezifizierten Frequenzbereichs des Messgeräts eine weitgehend lineare Frequenzcharakteristik.
Bei Geräuschen mit ausgeprägtem Tieffrequenzanteil reicht ein einzelner dBA-Wert daher unter Umständen nicht aus, um das gesamte spektrale Verhalten zu beurteilen. Die Auswahl der Bewertung sollte sich nach Messziel und Prüfverfahren richten.
Lässt sich anhand eines einzelnen dB-Werts erkennen, ob ein Geräusch tief- oder hochfrequent ist?
In der Regel nicht.
Ein Messwert von beispielsweise 75 dBA beschreibt den gesamten A-bewerteten Pegel, zeigt jedoch nicht, ob die Schallenergie überwiegend bei 100 Hz, 1 kHz oder 8 kHz liegt.
Zwei Geräusche mit sehr unterschiedlichen Frequenzspektren können nahezu denselben Gesamtpegel aufweisen.
Für einfache Vergleichsmessungen kann ein Gesamtpegel ausreichend sein. Für die Ursachenanalyse, Maschinendiagnose oder die Planung von Lärmminderungsmaßnahmen ist jedoch meist eine Frequenzanalyse erforderlich.
Wie lässt sich die Frequenzzusammensetzung analysieren?
In der professionellen Akustik werden häufig Oktavband- oder Terzbandanalysen eingesetzt. Dabei wird der Frequenzbereich in einzelne Bänder unterteilt und der Schalldruckpegel jedes Frequenzbands separat bestimmt.
Typische Oktavband-Mittenfrequenzen sind:
● 63 Hz;
● 125 Hz;
● 250 Hz;
● 500 Hz;
● 1 kHz;
● 2 kHz;
● 4 kHz;
● 8 kHz.
Sind beispielsweise die Pegel bei 63 Hz und 125 Hz deutlich erhöht, deutet dies auf einen ausgeprägten Tieffrequenzanteil hin.
Dominieren dagegen 4 kHz oder 8 kHz, kann ein deutlicher hochfrequenter Anteil vorhanden sein.
Eine Terzbandanalyse bietet eine feinere Frequenzauflösung und wird häufig für Maschinendiagnose, Bauakustik und professionelle Umweltlärmanalysen eingesetzt.
Welchen Einfluss hat die Frequenz auf die Messposition?
Die Messposition ist bei unterschiedlichen Frequenzbereichen besonders wichtig.
Tieffrequenter Schall besitzt große Wellenlängen und kann in Innenräumen stark durch Raumabmessungen, Reflexionen und stehende Wellen beeinflusst werden. Schon eine Veränderung der Messposition kann deshalb zu deutlich anderen Messergebnissen führen.
Hochfrequenter Schall besitzt eine stärkere Richtwirkung und lässt sich leichter durch Personen, Maschinen oder andere Hindernisse abschatten. Wird das Mikrofon durch den Bediener oder ein Gehäuse verdeckt, können insbesondere hohe Frequenzanteile verfälscht werden.
Bei der Messung sollte daher darauf geachtet werden:
● Das Mikrofon nicht durch den Körper abzuschirmen;
● Vorgeschriebene Messposition und Messhöhe einzuhalten;
● Unnötige Nähe zu Wänden und großen reflektierenden Flächen zu vermeiden, sofern das Prüfverfahren nichts anderes vorgibt;
● Bei tieffrequentem Schall in Innenräumen gegebenenfalls mehrere Messpunkte zu berücksichtigen;
● Bei stark gerichteten hochfrequenten Quellen Messrichtung und Position konstant zu halten.
Ist tieffrequenter oder hochfrequenter Lärm gefährlicher?
Allein anhand der Frequenz lässt sich keine allgemeingültige Aussage treffen.
Die Wirkung von Lärm hängt unter anderem ab von:
● Schalldruckpegel;
● Expositionsdauer;
● Frequenzzusammensetzung;
● Impuls- oder Spitzenanteilen;
● Zeitlichem Verlauf;
● Arbeits- oder Wohnumgebung;
● Individueller Empfindlichkeit.
Hohe Schallpegel im mittleren und hohen Frequenzbereich können das Gehör erheblich belasten. Dauerhafter tieffrequenter Lärm kann dagegen als stark störend empfunden werden und mit Dröhnen oder Vibrationen verbunden sein.
Eine fachgerechte Bewertung sollte daher Pegel, Frequenzspektrum und Expositionsbedingungen gemeinsam betrachten.
Wie unterscheiden sich Maßnahmen zur Lärmminderung?
Eine wirksame Lärmminderung beginnt normalerweise mit der Ermittlung der dominierenden Frequenzen.
Bei überwiegend hochfrequentem Lärm kommen häufig folgende Maßnahmen infrage:
● Schallabsorbierende Materialien;
● Schallschutzwände;
● Akustische Kapselungen;
● Abdichtung von Druckluft- oder Strömungsleckagen;
● Optimierung von Gehäusen und Absorptionsmaterialien.
Bei überwiegend tieffrequentem Lärm sind dagegen häufig folgende Aspekte entscheidend:
● Schwingungsquellen;
● Schwingungsisolierung;
● Mechanische Unwucht und Resonanzen;
● Körperschallübertragung;
● Erhöhung der Strukturmasse;
● Veränderung von Resonanzeigenschaften oder Reduzierung der Anregung.
Werden Lärmschutzmaterialien ohne Kenntnis des dominanten Frequenzbereichs eingesetzt, kann zwar der hochfrequente Anteil sinken, während das tieffrequente Dröhnen nahezu unverändert bleibt.
Deshalb ist die Vorgehensweise „messen – Frequenzspektrum analysieren – gezielte Maßnahme auswählen“ in der Regel wesentlich effizienter.
Die wichtigsten Unterschiede im Überblick
● Frequenz: Tieffrequenter Lärm besitzt niedrigere, hochfrequenter Lärm höhere Frequenzen.
● Wellenlänge: Tiefe Frequenzen haben große, hohe Frequenzen kleine Wellenlängen.
● Ausbreitung: Tiefe Frequenzen können stärker beugen und über größere Entfernungen erhalten bleiben; hohe Frequenzen werden stärker durch Luftabsorption und Hindernisse beeinflusst.
● Richtwirkung: Tieffrequenter Schall ist häufig weniger gerichtet, hochfrequenter Schall stärker gerichtet.
● Schalldämmung: Tiefe Frequenzen sind mit leichten Konstruktionen meist schwieriger zu reduzieren.
● Schallabsorption: Poröse Absorber sind überwiegend im mittleren und hohen Frequenzbereich wirksam und benötigen für tiefe Frequenzen häufig spezielle Auslegung.
● Wahrnehmung: Tiefe Frequenzen werden häufig als Brummen oder Dröhnen wahrgenommen, hohe Frequenzen als Zischen, Pfeifen oder Schrillheit.
● Messung: Ein Gesamtpegel reicht zur Frequenzbestimmung nicht aus; bei Bedarf ist eine Oktav- oder Terzbandanalyse erforderlich.
FAQ
● Welcher Frequenzbereich gilt als tieffrequenter Lärm?
Es existiert keine universelle Grenze. Für allgemeine akustische Betrachtungen wird häufig ungefähr der Bereich von 20 bis 250 Hz verwendet.
● Welcher Frequenzbereich gilt als hochfrequent?
Auch hier gibt es keine einheitliche Grenze. Frequenzen ab einigen Kilohertz, beispielsweise oberhalb von etwa 2 kHz, können innerhalb des Hörbereichs als relativ hochfrequent betrachtet werden.
● Gehört Schall unterhalb von 20 Hz noch zu tieffrequentem Lärm?
Unterhalb von etwa 20 Hz wird üblicherweise von Infraschall gesprochen. Dieser liegt im sehr tiefen Frequenzbereich, wird fachlich jedoch meist getrennt betrachtet.
● Kann ein normaler Schallpegelmesser die Frequenz messen?
Ein einfaches Gerät misst in erster Linie den Schalldruckpegel. Für die Analyse einzelner Frequenzbereiche sind Oktav-, Terzband- oder andere Spektralanalysefunktionen erforderlich.
● Warum ist tiefes Dröhnen trotz geschlossener Fenster und Türen noch hörbar?
Große Wellenlängen und eine begrenzte Tieffrequenzdämmung leichter Bauteile können dazu führen, dass tieffrequenter Schall weiterhin übertragen wird. Zusätzlich kann Körperschall über Wände, Decken oder Böden übertragen werden.
● Erfasst dBA tieffrequenten Lärm vollständig?
Nein. Die A-Bewertung dämpft tiefe Frequenzen deutlich. Sie eignet sich für viele wahrnehmungsbezogene Geräuschbewertungen, beschreibt jedoch nicht das vollständige Frequenzspektrum.
Fazit
Tieffrequenter und hochfrequenter Lärm unterscheiden sich im Kern durch ihre Frequenz. Daraus ergeben sich unterschiedliche Wellenlängen und damit unterschiedliche Eigenschaften hinsichtlich Ausbreitung, Beugung, Absorption, Schalldämmung und Wahrnehmung.
Tieffrequenter Schall besitzt große Wellenlängen, beugt sich stärker um Hindernisse und kann über komplexe strukturelle Übertragungswege verbreitet werden. Hochfrequenter Schall besitzt kürzere Wellenlängen, eine stärkere Richtwirkung und wird stärker durch Luftabsorption, Hindernisse und konventionelle Schallabsorber beeinflusst.
Ein einzelner dB-Wert beschreibt daher nur einen Teil der akustischen Situation. Für die Ursachenanalyse von Maschinengeräuschen, tieffrequentem Dröhnen oder hochfrequentem Pfeifen sowie für gezielte Lärmminderungsmaßnahmen sind Frequenzbewertung und Oktav- beziehungsweise Terzbandanalyse wichtige zusätzliche Werkzeuge.
