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Umstrukturierung der Systematik (01.05.2014): nicht mehr im DGUV-Regelwerk enthalten

1 Vorbemerkung, Anwendungsbereich

Der Schallpegel an den einzelnen Arbeitsplätzen eines Fertigungsraumes wird von der Schallabsorptionsfähigkeit der Raumbegrenzungsflächen mitbestimmt. In reflexionsarmer Umgebung vermindert sich der Schallpegel einer Schallquelle mit größer werdendem Abstand rascher und in der Nähe der Schallquelle tritt eine geringere reflexionsbedingte Schallpegelerhöhung auf. Diese Wirkung ist um so größer, je näher benachbart ein Arbeitsplatz zu einer Raumbegrenzungsfläche ist.

Für die meisten Fertigungsräume ist die aus der Nachhallzeit berechnete äquivalente Schallabsorptionsfläche in der Regel nicht zur Beurteilung raumakustischer Verhältnisse geeignet. Dies gilt insbesondere, wenn größte und kleinste Raumabmessung das Verhältnis 3:1 nicht mehr einhalten. Quantitativ sichere Aussagen darüber, wie viel Absorptionsmaterial grundsätzlich in einen raumakustisch ungünstigen Raum eingebracht werden sollte, um eine optimale Schallabsorption zu erhalten, können dann aus der Größe der Nachhallzeit nicht mehr abgeleitet werden.

Daneben ist die Nachhallzeit auch dann nicht mehr als Ausgangsgröße für verlässliche Berechnungen brauchbar, wenn die Schallabsorption im Raum sehr ungleichmäßig verteilt ist oder wenn bereits ein hoher mittlerer Schallabsorptionsgrad vorliegt.

Beurteilungsgrößen, die auch in den genannten Fällen nicht versagen, sind die Schallpegelabnahme bei Entfernung von einer Punktschallquelle - die zugehörige Beurteilungsgröße ist die mittlere Schallausbreitungsminderung je Abstandsverdoppelung - und die reflexionsbedingte Schallpegelerhöhung am Arbeitsplatz, auch als Raumrückwirkung bezeichnet [ 1].

Das vorliegende LSA- Blatt beschreibt Messverfahren für die Schallausbreitungsminderung je Abstandsverdoppelung (vgl. Abbildung 1) und die reflexionsbedingte Schallpegelerhöhung am Arbeitsplatz anhand von Beispielen aus der betrieblichen Praxis.

Abbildung 1: Schallausbreitungsminderung je Abstandsverdoppelung von einer Punktschallquelle (schematisch)

2 Schallausbreitungsminderung je Abstandsverdoppelung

2.1 Begriffsbestimmung

Die mittlere Schallausbreitungsminderung je Abstandsverdoppelung ist ein Beurteilungsmaßstab für die akustischen Eigenschaften von Arbeitsräumen, der als Schallpegelabnahme mit zunehmender, jeweils verdoppelter Entfernung von einer Punktschallquelle bestimmt wird. Mit dieser Kenngröße ist eine unmittelbare Beurteilung der raumakustischen Verhältnisse möglich. Mit ihr kann die Ausdehnung des Einflussbereichs lauter Schallquellen im Raum abgeschätzt werden. Sie beantwortet die Frage, ob bzw. in welchem Maße ein ruhiger Arbeitsplatz in vorgegebener Entfernung von einer lauten Maschine durch Geräuschüberstrahlung in Mitleidenschaft gezogen wird, ohne das für diese Aussage zusätzliche raumakustische Parameter ermittelt werden müssen.

2.2 Testschallquelle und Messpfad

Die mittlere Schallausbreitungsminderung je Abstandsverdoppelung wird auf einem geradlinigen Messpfad bestimmt, der von einer geeigneten Schallquelle mit punktförmiger Abstrahlcharakteristik ausgeht. An diese Testschallquelle sind die gleichen Anforderungen zu stellen, wie an die in DIN EN ISO 3744, DIN EN ISO 3746 bzw. DIN EN ISO 3747 [ 3] zur Bestimmung der Raumkorrektur vorgesehenen Vergleichsschallquellen: Unter anderem muss die Schallabstrahlung für jedes Terzband die in [ 2] geforderten Toleranzen einhalten. Die Schallquelle sollte Kurzzeitschwankungen der Energieversorgung möglichst nicht in Schwankungen der Schallabstrahlung umsetzen. Die mit einer sprungartigen Änderung in der Energieversorgung von 1 % verbundene Änderung der Schallabstrahlung darf höchstens 0,3 dB betragen. Jeder folgende Messpunkt hat die doppelte Entfernung von der Schallquelle wie der vorherige Messpunkt. Von allen Messpunkten muss zur Schallquelle direkter Sichtkontakt bestehen. Schallquellen und Messpunkte befinden sich in Anlehnung an DIN EN ISO 11200 [ 4] in 1,5 m Höhe über dem Hallenboden.

Das Mikrofon ist horizontal auf die Schallquelle auszurichten. Zwischen Schallquelle und Mikrofon sollten grundsätzlich keine Streukörper auf dem Fußboden lagern. Ist dies in Ausnahmefällen nicht zu vermeiden, so dürfen die Streukörper nicht höher als 0,5 m sein. Seitliche Einengungen des Messpfades (z.B. Werkstücke, Container o.ä.), die höher als 0,5 m, aber niedriger als 1 m sind, sollten höchstens bis auf 1,5 m Abstand an den Messpfad heranrücken. Der Messpfad hat von Streukörpern, die höher als 1 m sind, eine seitliche Mindestentfernung von 2 m einzuhalten.

Zu den Messpfadenden sollten Einzel-Streukörper, die höher als 0,5 m, aber niedriger als 1 m sind, mindestens 2 m Abstand haben. Einzelstreukörper, die höher als 1 m sind, sollten von den Messpfadenden mindestens 3 m entfernt sein.

Zu den Wänden sollte der Messpfad rundum mindestens 4 m Distanz haben, es sei denn, die Schallausbreitungsminderung ist in einem schmaleren Raum zu bestimmen.

Um die genannten Bedingungen für die weitgehend ungehinderte Schallausbreitung entlang des Messpfades einzuhalten, empfiehlt es sich, z.B. zentral angelegte Transportwege zu wählen.

2.3 Beispiele für die Messpfadanordnung in Arbeitsräumen

2.3.1 Gleichmäßig mit Arbeitsplätzen belegte Arbeitsräume

Für gleichmäßig mit Arbeitsplätzen belegte Räume ist der Messpfad so anzuordnen, das seine Mitte möglichst mit der Raummitte zusammenfällt. Es sind fünf Messpunkte bei 0,75 m, 1,5 m, 3 m, 6 m und 12 m Entfernung von der Testschallquelle festzulegen, wenn der Abstand zwischen 1 m Höhe überschreitenden Einzel-Streukörpern in Messpfadrichtung mindestens 18 m oder die Raumabmessung in Messpfadrichtung mindestens 20 m beträgt (Abbildung 2a). Bei kürzeren zur Verfügung stehenden streukörperfreien Strecken oder kürzeren Räumen ist der Messpfad auf 6 m (im Einzelfall auf 3 m) zu kürzen, so das Testschallquelle und von ihr entferntester Messpunkt jeweils die oben genannten Mindestabstände zu Einzel-Streukörpern oder zu den entsprechenden Raumbegrenzungsflächen einhalten.

Im Sinne einer möglichst sicheren Beurteilung der Raumakustik durch die Schallausbreitungsminderung ist der Messpfad in den Fällen, in denen eine Länge von 12 m nicht erreichbar ist, möglichst nur auf eine Länge von 6 m zu kürzen (Abbildung 2b).

Ab bildung 2: Lage des Messpfades und Messpfadlänge bei unterschiedlich langen flachen Rechteckräumen

(a) übliche Messpfadlänge
(b) Kürzung der Messpfadlänge auf das maximal mögliche Maß
TSQ = Testschallquelle

Ist der Raum länger als 60 m, sind zwei Messpfade von jeweils 12 m Länge gleichmäßig auf die Raumlänge zu verteilen. Bei Hallenlängen über 90 m sind entsprechend drei 12 m lange Messpfade in Hallenlängsrichtung gleichmäßig entfernt hintereinander anzuordnen. Übersteigt die Hallenbreite 30 m, ist zusätzlich in Hallenquerrichtung mittig ein Messpfad von 12 m Länge festzulegen.

Beispiele für mögliche Messpfadanordnungen in Fertigungsräumen unterschiedlicher Grundrissformen zeigt Abbildung 3. Nicht in jedem Fall wird es möglich sein, alle empfohlenen Messpfade mit dem erforderlichen Streukörperabstand anzulegen.

Sollen in großen Fertigungsräumen nur Teilbereiche raumakustisch verbessert werden, so sind die Messpfade nur dort in möglichst zentraler Lage anzuordnen (siehe auch Abschnitt 2.3.2).

Abbildung 3: Anordnung mehrerer Messpfade bei langen (a) und langen und breiten (b) Flachräumen

TSQ = Testschallquelle

2.3.2 Ungleichmäßig mit Arbeitsplätzen belegte Räume

Die folgenden Hinweise zur Lage der Messpfade beziehen sich auf Fertigungsräume, in denen Arbeitsplätze in bestimmten Raumteilbereichen konzentriert sind. Beispiele sind ausschließlich in einer Raumhälfte gelegene Arbeitsplätze, Arbeitsplätze nur entlang der Längswände oder Arbeitsplätze nur entlang einer Wand. Fertigungsräume sollen dabei erst dann als ungleichmäßig belegt gelten, wenn es sich nicht nur um einen vorübergehenden Zwischenzustand handelt, etwa nach Ersteinrichtung mit Belegung eines Raumteilbereichs, aber schrittweiser Auffüllung des gesamten Raumes mit (Maschinen und) Arbeitsplätzen im Laufe der ersten Jahre.

Bei ungleichmäßig mit Arbeitsplätzen belegten Fertigungsräumen sollten die Messpfade unter den im Abschnitt 2.2 festgelegten Bedingungen bevorzugt in Transportwegabschnitten verlaufen, welche die mit Arbeitsplätzen belegten Raumzonen durchqueren oder ggf. diesen unmittelbar benachbart sind (Beispiele siehe Abbildung 4).

Abbildung 4: Messpfad bei ungleichmäßig belegten Fertigungsräumen

TSQ = Testschallquelle

2.4 Messtechnische Ermittlung der Schallausbreitungsminderung je Abstandsverdoppelung

2.4.1 Betriebsmessungen

An den einzelnen Messpunkten entlang des Messpfades sind die Schalleinstrahlung der Schallquelle und das Fremdgeräusch in den Oktavbändern mit den Mittenfrequenzen 500 Hz, 1000 Hz, 2000 Hz und 4000 Hz zu messen. Außerdem sollte der A- bewertete Gesamtschallpegel bei jedem Messpunkt zur Kontrolle registriert werden.

Als Messgerät kommen integrierende Schallpegelmesser mit Oktavfilter, die mindestens die Genauigkeitsklasse 2 erfüllen [ 5], oder entsprechende Echtzeit-Terz/Oktav-Analysatoren in Frage. Für die Messung sind die Zeitbewertungen "S" oder "F" und eine Mittelungszeit von mindestens 10 Sekunden je Messpunkt zu wählen.

Ohne Korrektur ist ein Messergebnis dann aussagefähig, wenn bei jeder Oktave von 500 Hz bis 4000 Hz der am Messpunkt bei Betrieb der Testschallquelle erfasste Schalldruckpegel L_p" das vorhandene Fremdgeräusch L_p"" nach Abschalten der Testschallquelle um mindestens 10 dB (Fremdgeräuschabstand) überschreitet. Bei einem Fremdgeräuschabstand

ΔL = L_p" - L_p""

zwischen 6 dB und 10 dB ist eine Fremdgeräuschkorrektur noch möglich [ 3]:

L_{p nutz} = 10 lg (10 ^Lp"^/10 - 10 ^Lp""^/10)

Diese Rechnung ist für jedes Einzelmessergebnis (Oktavschallpegel, A- bewerteter Gesamtschallpegel) durchzuführen.

Für die Messergebnisse:

L_p" = 90 dB

L_p"' = 82 dB

ergibt die Rechnung:

L_{p nutz} = 89,3 dB.

Bei einem Fremdgeräuschabstand von weniger als 6 dB ist keine Korrektur mehr möglich. In diesem Fall muss das Fremdgeräusch durch Abschalten von Hilfsversorgungen vermindert werden. Gegebenenfalls kann die Messung nur während der Betriebsruhe durchgeführt werden.

Die Schallausbreitungsminderung ist für jeden Messpfad gesondert zu bestimmen. Dazu werden die Messergebnisse zweckmäßigerweise in einer der Tabelle 1 ähnlichen Anordnung unter Auf- und Abrundung auf 0,5 dB-Werte notiert. Die Einzelwerte der Schallausbreitungsminderung ergeben sich aus der Differenz zwischen den Schallpegeln an zwei benachbarten Messpunkten des gleichen Messpfades. Im Beispiel nach Tabelle 1 ergibt sich die Schallausbreitungsminderung für die Oktavmittenfrequenz 500 Hz zwischen 0,75 m und 1,5 m, d.h. für die erste Abstandsverdoppelung, zu

79 dB - 74,5 dB = 4,5 dB.

Diese Werte können zur Verdeutlichung in der Ergebnismatrix nach Tabelle 2 in Zwischenzeilen zwischen den Messabständen eingetragen werden. Die abschließende arithmetische Mittelwertbildung über jede Oktavspalte der Ergebnismatrix führt zum gesuchten Kennwert: mittlere Schallausbreitungsminderung je Abstandsverdoppelung (Mittelungsergebnisse ebenfalls auf 0,5 dB-Werte runden).

Tabelle 1: Frequenzabhängige Schallpegelregistrierung mit zunehmender Entfernung von der Testschallquelle

Tabelle 2: Frequenzabhängige Werte der Schallausbreitungsminderung je Abstandsverdoppelung

2.4.2 Orientierungsmessung

Neben der Betriebsmessung zur möglichst genauen Erfassung der Schallausbreitungsminderung je Abstandsverdoppelung kann im Einzelfall eine orientierende Abschätzung des Kennwertes erwünscht sein. Hierfür werden an die Schallquelle und die Messung geringere Anforderungen gestellt. Als Schallquelle sollte dann ein Gerät dienen, das im Frequenzbereich von 500 Hz bis 4000 Hz eine möglichst breitbändige und nicht schwankende Geräuschabstrahlung besitzt. Geeignet ist z.B. eine im Leerlauf betriebene (Winkel-) Schleifmaschine oder eine Bohrmaschine mit einer das Fremdgeräusch übersteigenden Schallabstrahlung (Korrekturen: siehe Abschnitt 2.4.1, jedoch gemäß [ 3] Mindestfremdgeräuschabstand 3 dB), die von einem Beschäftigten etwa in 1,5 m Höhe gehalten wird. Messpfadlage und -länge und Messpunktfolge sind entsprechend Abschnitt 2.3.1 und 2.3.2 zu wählen

Für eine Orientierungsmessung reicht als Messgerät ein Schallpegelmesser der Genauigkeitsklasse 3 mit Oktavfilter aus. Ist kein Oktavfilter vorhanden, so können nur orientierende Werte für den Gesamtschallpegel abgelesen werden. Als orientierende Kennwerte sind für jeden Messpfad die Mittelwerte des A-bewerteten oder des linearen Gesamtschallpegels und/oder, falls ein Oktavfilter zur Verfügung steht, die Mittelwerte der Pegel der einzelnen Oktavbänder zu bestimmen.

2.5 Beurteilung der Schallausbreitungsminderung je Abstandsverdoppelung

Bei der Festlegung der Messpunkte wurde zugunsten eines für alle Anwendungsfälle einheitlichen Messverfahrens das Direktschallfeld (teilweise) mit einbezogen. Je nach Schallabsorptionsvermögen des Raumes endet das Direktschallfeld in der Mehrzahl der hier interessierenden Arbeitsräume mit Flachraumcharakteristik bei etwa 2 m (in Einzelfällen bis zu 4 m) Abstand von der Schallquelle (vgl. auch [ 6]).

Außerhalb des Direktschallfeldes wird für Entfernungen bis mindestens 12 m, d.h. für den Entfernungsbereich, der für die Auswirkung lauter Schallquellen in entsprechend großen Arbeitsräumen entscheidend ist, ein charakteristischer Wert der Schallausbreitungsminderung ermittelt. Er beträgt für die Oktaven 500 Hz bis 4000 Hz bei raumakustisch ungünstigen verbesserungswürdigen Fertigungsräumen ca. 2 bis 2,5 dB [ 1], [ 7].

In Arbeitsräumen, in denen die Schallreflexion entsprechend dem Stand der Lärmminderungstechnik durch wirtschaftlichen, akustisch optimal gestalteten Einsatz vergrößerter schallabsorbierender Flächen (siehe LSA-Blätter 01-234 und 02-234 [ 1]) vermindert wurde, liegen die charakteristischen Werte der Schallausbreitungsminderung je Abstandsverdoppelung im Bereich von 4,0 bis 4,5 dB.

Die Einzelmessergebnisse außerhalb des Direktschallfeldes streuen in belegten Fertigungsräumen um diesen charakteristischen Pegelbereich. Eine typische Messwertfolge ist in Abbildung 5 für die Oktavmittenfrequenzen 500 Hz, 1000 Hz, 2000 Hz, 4000 Hz eingetragen.

Abbildung 5: Schallpegelabnahme mit zunehmendem Abstand von der Schallquelle

In diesem LSA- Blatt werden die Einzelmesspunkte innerhalb des Direktschallfeldes hinzugenommen, um auch bei kleineren Messpfadlängen eine ausreichende Messpunktanzahl für die Mittelwertbildung zur Verfügung zu haben. Dabei steigt in der Mehrzahl der Fälle der für den Messpfad berechnete Mittelwert der Schallausbreitungsminderung gegenüber dem Mittelwert, der nur die Einzelmesspunkte außerhalb des Direktschallfeldes berücksichtigt, an.

Eine Auswertung der vom BIA gesammelten Messwerte hat gezeigt, das für die festgelegten Messabstände 0,75 m, 1,5 m, 3 m, 6 m und 12 m diese Erhöhung gegenüber anderen Messpunktfestlegungen am geringsten ist. Sie lag, gemittelt über 165 ausgewertete Messpfade für die Messabstände 0,75 m, 1,5 m, 3 m, 6 m und 12 m deutlich unter 0,5 dB, die selten vorkommende maximale Abweichung betrug 1 dB.

Die diesen Aussagen zugrunde liegenden Messdaten entstammen der raumakustischen Beratungstätigkeit des Fachbereichs "Lärm - Vibration" des BIA und wurden über einen Zeitraum von drei Jahren an vielfältigen praktischen Objekten gewonnen.

3 Reflexionsbedingte Schallpegelerhöhung am Arbeitsplatz

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