IFA-LSA 01-234 - Geräuschminderung in Fertigungshallen Grundlagen und Auswahlkriterien zur Schallabsorption Lärmschutz-Arbeitsblatt LSA 01-234

4.2.1
Anordnung von Messpfad und Testschallquelle

Die Bestimmung der Schallpegelabnahme pro Abstandsverdopplung DL₂ auf einem Messpfad ist z. B. in der VDI-Richtlinie 3760 [5] und in der DIN EN ISO 14257 [12] beschrieben. Dabei werden drei Entfernungsbereiche (Nah-, Mittel-, Fernbereich) unterschieden und jeweilige Regressionsgeraden zur Beschreibung der Pegelabnahme betrachtet. In der betrieblichen Praxis ist es allerdings aufgrund von Maschinen und anderen Einrichtungsgegenständen bzw. aufgrund der begrenzten Abmessungen oft nicht möglich, Messpfade zu realisieren, die über den Nahbereich hinausgehen.

In den Technischen Regeln zur Lärm- und Vibrations-Arbeitsschutzverordnung (TRLV Lärm) [4] werden Anforderungen an die Pegelabnahme für den Abstandsbereich von 0,75 m bis 6 m festgelegt, was näherungsweise dem Nahbereich nach DIN EN ISO 14257 entspricht. Deshalb beschränkt sich das im vorliegenden Lärmschutz-Arbeitsblatt beschriebene Messverfahren auf diesen nach TRLV Lärm festgelegten Bereich. Erfahrungsgemäß ergeben sich aber für den in der VDI 3760 [5] und in DIN EN ISO 14257 [12] festgelegten Nahbereich zwischen 1 m und 6 m vergleichbare Werte [13]. Zur Unterscheidung von dem allgemeinen Kennwert für die Pegelabnahme DL₂ wird die nach diesem Lärmschutz-Arbeitsblatt zu bestimmende Schallpegelabnahme pro Abstandsverdopplung für den Abstandsbereich zwischen 0,75 m und 6 m als DL_2,TRLV bezeichnet.

Als Schallquelle (hier: Testschallquelle) ist eine Vergleichsschallquelle nach DIN EN ISO 6926 [14] oder eine Schallquelle zu verwenden, welche die Anforderungen von DIN EN ISO 14257, Anhang A [12] erfüllt. Die Testschallquelle sollte danach eine möglichst ungerichtete Schallabstrahlung aufweisen und in den Oktavbändern mit den Mittenfrequenzen von 500 Hz bis 4000 Hz ein breitbandiges Rauschen erzeugen.

Bei der Festlegung der Messpfade zur Ermittlung der Schallpegelabnahme je Abstandsverdopplung sind nach diesem Lärmschutz-Arbeitsblatt folgende Vorgaben zu beachten:

• Der Messpfad beginnt im akustischen Zentrum der Testschallquelle (meist die geometrische Mitte) und umfasst vier Mikrofonpositionen in 0,75 m, 1,5 m, 3 m und 6 m Abstand. Das Mikrofon ist jeweils auf die Schallquelle auszurichten.

• Die bevorzugte Pfadhöhe liegt 1,5 m über dem Boden. Bei Verwendung einer anderen Pfadhöhe ist diese im Messbericht zu vermerken.

• Der Pfad verläuft geradlinig entlang einer freien Sichtlinie parallel zum Boden, d. h. alle Mikrofonpositionen und das akustische Zentrum der Testschallquelle sollten sich in der gleichen Höhe befinden.

• Der Pfad sollte zu allen Wänden einen Abstand von mindestens 4 m einhalten, sofern der Raum die entsprechende Größe aufweist. Kann dieser Wandabstand nicht eingehalten werden, z. B. in kleineren Räumen, so sind die Wandabstände im Messbericht aufzuführen.

• Große reflektierende Strukturen (Streukörper) sollten einen Mindestabstand zum Messpfad von 3 m einhalten. Für Streukörper bis zu einer Höhe von 1 m ist ein Mindestabstand von 1,5 m zum Pfad zu beachten. Ggf. unvermeidbare Abweichungen von diesen Vorgaben sind im Messbericht zu vermerken.

• Entlang des Pfades sollten sich möglichst keine Streukörper auf dem Fußboden befinden. Streukörper bis zu 0,5 m Höhe sind in Ausnahmefällen zulässig, falls sich das nicht vermeiden lässt. Dann muss jedoch die Lage und Größe der Streukörper im Messbericht angegeben werden.

In großen Halle von mehr als 60 m Länge sind in dieser Richtung zwei Messpfade möglichst gleichmäßig zu verteilen. Bei einer Hallenlänge von mehr als 90 m sind in dieser Richtung nach dem gleichen Prinzip drei Messpfade anzuordnen. In Hallen von mehr als 20 m Breite sollte ein zusätzlicher Messpfad in Hallenquerrichtung festgelegt werden.

Abbildung 4.1 zeigt zwei Beispiele für Messpfade in unterschiedlich großen Hallen. In Abbildung 4.1 ist unter (a) die kleinste Halle skizziert, in der ein Pfad den o.g. Abstand zu den Wänden von 4 m einhält. Abbildung 4.1 zeigt unter (b) die Lage von drei Messpfaden in einer größeren Halle. Aufgrund der Länge der Halle von mehr als 60 m sind in dieser Richtung zwei Messpfade gleichmäßig über die Länge zu verteilen. Die Breite beträgt mehr als 20 m, so dass in dieser Richtung ein weiterer Messpfad mittig angelegt ist.

Abb. 4.1
Beispiele optimaler Messpfade in Hallen, die gleichmäßig mit Arbeitsplätzen belegt sind.

(a) Mittiger Pfad in der kleinsten Halle, die einen Wandabstand von 4 m ermöglicht,

(b) Pfade in einer Halle mit einer Länge von mehr als 60 m und einer Breite von mehr als 20 m.

Mit Blick auf die oben genannten Vorgaben zur Festlegung von Messpfaden bieten sich vor allem zentrale Transportwege von ausreichender Breite als Messpfade an, wie es die Beispiele in Abbildung 4.2 zeigen. Unter Umständen müssen jedoch Messpfade verwendet werden, die nicht vollständig den obigen Bedingungen entsprechen. Das erfordert dann entsprechende Angaben im Messbericht und führt in jedem Fall zu einer geringeren Aussagekraft der Messergebnisse.

Sind in großen Hallen nur Teilbereiche mit Arbeitsplätzen belegt oder sollen nur Teilbereiche raumakustisch nachgebessert werden, so sind die Messpfade ggf. nur in dem entsprechenden Bereich in einer möglichst zentralen Lage anzuordnen. Ein entsprechendes Beispiel ist in der Abbildung 4.2 unter (a) gezeigt. Abbildung 4.2 zeigt unter (b) die Anordnung des Messpfades in Wandnähe, falls die Arbeitsplätze nur entlang einer Hallenwand gelegen sind. Dabei ist allerdings der notwendige Wandabstand von mindestens 4 m zu beachten. Falls innerhalb einer Halle Bereiche mit offensichtlich großen Unterschieden in der raumakustischen Situation bestehen, z. B. aufgrund einer unterschiedlichen Deckenhöhe oder einer nur bereichsweise schallabsorbierend gestalteten Decke, empfiehlt sich die separate Betrachtung der verschiedenen Bereiche und die Festlegung von getrennten Messpfaden, um die jeweilige Situation für diese Bereiche zu erfassen.

Abb. 4.2 Beispiele optimaler Messpfade in Hallen, in denen nur Teilbereiche mit Arbeitsplätzen belegt sind.

4.2.2
Durchführung der Schallausbreitungsmessungen

Für die Ermittlung der Schallpegelabnahme pro Abstandsverdopplung DL_2,TRLV sind Schallpegelmesser einzusetzen, die den Anforderungen an Geräte der Klasse 1 oder Klasse 2 nach DIN EN 61672-1 [15] entsprechen und über die Möglichkeit der Frequenzanalyse in Oktavbandbreite verfügen.

Die Schallpegelabnahme pro Abstandsverdopplung DL_2,TRLV ist für jeden Messpfad gesondert zu bestimmen. Während der Messungen sollten, soweit möglich, alle im Raum vorhandenen Schallquellen (Maschinen, Lüftungssysteme, Druckluftleitungen, etc.) ausgeschaltet sein, um das Geräusch der Testschallquelle mit einem möglichst hohen Störgeräuschabstand zu erfassen.

Pro Pfad sind an allen vier Messpunkten jeweils die äquivalenten Dauerschallpegel der Testschallquelle L_p' für die Oktavbänder mit den Mittenfrequenzen von 500 Hz, 1000 Hz, 2000 Hz und 4000 Hz über eine Zeitdauer von mindestens 10 s aufzunehmen.

Um einen möglichen Fremdgeräuscheinfluss zu erfassen, sind an allen vier Messpunkten eines Messpfades auch jeweils die Fremdgeräuschpegel L_P'' in den Oktavbändern von 500 Hz bis 4000 Hz zu ermitteln. Sofern das Fremdgeräusch größere Pegelschwankungen aufweist, sind allerdings längere Messdauern erforderlich. Die Messdauer muss dabei jeweils ausreichen, um den mittleren Pegel des Geräusches repräsentativ zu erfassen. Das gilt dann sowohl für die Erfassung des Fremdgeräuschpegels L_P'' als auch für die Erfassung des Schalldruckpegels L_P' der Testschallquelle, d. h. beide Messungen sind über dieselbe Messdauer durchzuführen. Liegen Fremdgeräusche mit periodischen Pegelschwankungen vor, sollte die Mittelungszeit bei der Messung von L_P'' und von L_P' möglichst mehrere vollständige Perioden umfassen. Alle ermittelten Schalldruckpegel sind mit einer Stelle nach dem Komma aufzunehmen, um bei der Berechnung der Schallausbreitungsminderung nicht schon bei der Eingabe mit gerundeten Werten zu arbeiten.

Falls die Differenz zwischen dem Schalldruckpegel der Testschallquelle L_P' und dem Fremdgeräuschpegel L_P'' mehr als 15 dB beträgt, ist keine Fremdgeräuschkorrektur anzuwenden. Bei einen Fremdgeräuschabstand von ΔL= L_P' - L_P'' zwischen 6 und 15 dB ist der Fremdgeräuscheinfluss zu korrigieren. Bei einem Fremdgeräuschabstand ΔL von weniger als 6 dB ist keine Korrektur mehr zulässig. In diesem Fall muss man versuchen, das Fremdgeräusch durch geeignete Maßnahmen zu reduzieren. Gegebenenfalls muss die Messung zu einem anderen Zeitpunkt, z. B. während der Betriebsruhe, durchgeführt werden.

Um den Fremdgeräuscheinfluss zu korrigieren, kann man den Fremdgeräuschpegel L_P'' nach den Rechenregeln der Akustik vom ermittelten Schalldruckpegel der Testschallquelle L_P' entsprechend der Gleichung (4.2) subtrahieren und erhält so den korrigierten äquivalenten Dauerschalldruckpegel L_p der Testschallquelle:

Alternativ kann der äquivalente Dauerschallpegel der Testschallquelle L_P auch mittels der in Tabelle 4.3 aufgeführten Fremdgeräuschkorrektur K in Abhängigkeit vom Fremdgeräuschabstand ΔL= L_P' - L_P'' nach Gleichung (4.3) ermittelt werden:

Tab. 4.3
Tabelle zur Bestimmung der Fremdgeräuschkorrektur K.

Diese Fremdgeräuschkorrektur nach Gleichung (4.2) oder (4.3) ist für jedes Einzelmessergebnis, d. h. für jeden Messpunkt und die dort aufgenommenen Oktavbandpegel durchzuführen, sofern sich ein Fremdgeräuschabstand zwischen 6 dB und 15 dB ergibt. In der Regel sollte die Fremdgeräuschkorrektur nur an den Messpunkten in größerem Abstand zu der Testschallquelle, z. B. in 6 m Abstand, und in Arbeitsräumen mit einem hohen Grundgeräuschpegel notwendig sein. An den Messpunkten in geringerem Abstand zur Testschallquelle sollte das Geräusch dieser Quelle dominieren, so dass der Fremdgeräuscheinfluss zu vernachlässigen ist.

Nach Durchführung der Messungen und eventueller Fremdgeräuschkorrektur erhält man pro Messpfad einen Satz von Schalldruckpegeln L_pi für die Messpunkte i = 1 bis 4, der sich am besten tabellarisch darstellen lässt. Als Beispiel sei hier die Tabelle 4.4 gezeigt, in der die Ergebnisse einer entsprechenden Schallausbreitungsmessung eingetragen sind.

Tab. 4.4
Beispielwerte L_pi an den Messpunkten i für die Oktaven von 500 Hz bis 4000 Hz. Die Abstände r_i sind jeweils die Abstände von der Testschallquelle.

4.2.3
Berechnung der Schallpegelabnahme pro AbstandsverdopplungDL_2,TRLV

Die Schallpegelabnahme pro Abstandsverdopplung DL_2,TRLV lässt sich entweder durch eine Regressionsrechnung unter Einbeziehung der Schalldruckpegel L_pi aller vier Messpunkte oder nach einem vereinfachten Verfahren berechnen, das allerdings nur die Schalldruckpegel für die Messpunkte 1 und 4 berücksichtigt. Nach der DIN EN ISO 14257 [12] ist die Schallpegelabnahme als Regressionsgerade zu berechnen. In diesem Lärmschutz-Arbeitsblatt wird nachfolgend zusätzlich ein vereinfachtes Verfahren zur Bestimmung der Schalldruckpegelabnahme dargestellt. Da beide Verfahren bei sorgfältiger Festlegung der Messpfade unter Berücksichtigung der entsprechenden Vorgaben nach Abschnitt 4.2.1 in der Regel zu etwa gleichen Ergebnissen führen, können beide Verfahren als Alternativen akzeptiert werden.

A) Verfahren mit Regressionsrechnung:

Die DIN EN ISO 14257 [12] beschreibt eine Regressionsrechnung zur Bestimmung der mittleren Schallpegelabnahme pro Abstandsverdopplung DL₂ unter Berücksichtigung aller Messwerte eines Pfades. Für die Berechnung von DL_2,TRLV aus allen vier nach TRLV Lärm festgelegten Messpunkten lässt sich diese Rechnung auf folgende Formel vereinfachen:

dabei ist:

Beispiel:

Als Beispiel sei hier die Schallpegelabnahme pro Abstandsverdopplung DL_2,TRLV für die in der Tabelle 4.4 für die 500 Hz-Oktave angegebenen Werte unter Anwendung der Gleichung (4.4) berechnet:

B) Vereinfachtes Verfahren:

Beim vereinfachten Verfahren basiert die Berechnung der Schallpegelabnahme pro Abstandsverdopplung DL_2,TRLV auf den Messwerten an dem ersten und letzten Punkt des jeweiligen Pfades und ist daher besonders anfällig für Messfehler oder für besondere raumakustische Bedingungen am ersten bzw. letzten Messpunkt (z. B. Reflexionen an nahegelegenen Streukörpern).

Deshalb empfiehlt es sich, bei Anwendung des vereinfachten Verfahrens auch jeweils die einzelnen Schallpegelabnahmen L_pi - L_pj zwischen benachbarten Messpunkten bzw. den Verlauf der Kurve für die Schallausbreitung zu betrachten. In der Regel sollte die Pegelabnahme mit zunehmender Entfernung von der Testschallquelle kleiner werden, d. h. die entsprechende Kurve sollte abflachen. Ist dies der Fall, so sind bei Anwendung des vereinfachten Verfahrens nur geringe Abweichungen im Vergleich zum Verfahren mittels Regressionsrechnung zu erwarten.

Zur Berechnung der Schallpegelabnahme pro Abstandsverdopplung DL_2,TRLV ist je Frequenzband jeweils die Differenz der Messwerte in 0,75 m und in 6 m Abstand zu bilden (L_p1 - L_p4) und entsprechend Gleichung (4.5) durch 3 (3-fache Verdopplung des Abstandes) zu dividieren:

mit:

Beispiel:

Zur Veranschaulichung des vereinfachten Verfahrens seien die in der Tabelle 4.4 beispielhaft aufgelisteten Messergebnisse entsprechend ausgewertet und in die Tabelle 4.5 übertragen. Dabei sind jeweils die Differenzen L_pi - L_pj zwischen benachbarten Messpunkten gelistet. Hier zeigt sich ganz deutlich, dass sich in der Nähe der Testschallquelle jeweils größere Differenzen als zwischen den von der Quelle weiter entfernten Messpunkten ergeben. Tatsächlich errechnen sich nach beiden hier beschriebenen Verfahren (A) und (B) dieselben Werte für die Schallpegelabnahme pro Abstandsverdopplung DL_2,TRLV. Die entsprechenden Werte sind in den unteren beiden Zeilen der Tabelle 4.4 angegeben.

Tab. 4.5
Ergebnisse der Auswertung der in Tabelle 4.4 beispielhaft zusammengestellten Messwerte. Schallpegelabnahmen L_pi - L_pj zwischen benachbarten Messpunkten sowie berechnete Kennwerte DL_2,TRLV unter Anwendung des Regressionsverfahrens (Verfahren A) und unter Anwendung des vereinfachten Verfahrens (Verfahren B).