umwelt-online: BGI 797 - Geräuschminderung in Fertigungshallen - Schallausbreitungsminderung - Reflexionsbedingte Schallpegelerhöhung - Meßverfahren - Lärmschutz-Arbeitsblatt LSA 03-234 (2)

zurück

3.1 Begriffsbestimmungen

Die reflexionsbedingte Schallpegelerhöhung charakterisiert die Schallreflexionseigenschaften der unmittelbaren Umgebung einzelner Arbeitsplätze. Ihre Ermittlung ist besonders dort hilfreich, wo eine Beschreibung durch die mittlere Schallausbreitungsminderung je Abstandsverdoppelung nicht oder nur unzulänglich möglich ist. Beispiele sind Arbeitsplätze unmittelbar neben schallreflektierenden Flächen (Wände, Decke, Schallschirme) oder in Kabinen, wie Schleif- und Schweißkabinen. In diesen Fällen kann die Größe der reflexionsbedingten Schallpegelerhöhung Entscheidungshilfe in der Frage einer eventuellen raumakustischen Nachbesserung der den Arbeitsplatz umgebenden Flächen sein.

Die reflexionsbedingte Schallpegelerhöhung wird für das am Arbeitsplatz vorhandene Geräuschspektrum bestimmt. Man bedient sich dazu beispielsweise einer Vergleichsschallquelle, deren Geräuschspektrum ausreichende Leistungsanteile in allen fertigungsgeräuschrelevanten Frequenzbändern besitzt. Ihre Schallabstrahlung wird im reflexionsarmen Raum terzbandweise ermittelt. Damit ist die frequenzabhängige Geräuschabstrahlung für verschiedene Mikrofonabstände bei definierten Randbedingungen (Versorgungsspannung, Temperatur, Luftdruck) bekannt.

Bei der Messung im Betrieb ist ein hinreichend niedriges Fremdgeräusch unabdingbar, weil die Genauigkeitsanforderung wegen der vergleichsweise kleinen Reflexionsschall-Pegeldifferenz hoch ist. Besonders günstig liegen die Verhältnisse, wenn der Fremdgeräuschabstand für die Terzen von 400 Hz bis 5000 Hz jeweils mindestens 10 dB beträgt. Für einen Fremdgeräuschabstand zwischen 6 dB und 10 dB ist eine Korrektur noch möglich (vgl. Abschnitt 2.4.1). Messergebnisse, bei denen der Fremdgeräuschabstand kleiner ist als 6 dB, sind nicht verwertbar.

3.2 Aufstellung der Vergleichsschallquelle, Mikrofonposition

Im Betrieb wird die Vergleichsschallquelle, die den im Abschnitt 2.2 genannten Bedingungen genügen muss, im Idealfall anstelle der tatsächlichen Geräuschquelle betrieben. Meist ist die tatsächliche Geräuschquelle nicht demontierbar. Die Vergleichsschallquelle sollte dann möglichst dicht neben der tatsächlichen Schallquelle oder an einem Ort mit ähnlicher Schallfeldausbildung aufgestellt werden. Sowohl für stehende als auch für sitzende Körperhaltung am untersuchten Arbeitsplatz ist der Schallquellenmittelpunkt zweckmäßigerweise in 1 m Höhe über Flur anzuordnen.

Die Mehrzahl der Arbeitsplätze lässt sich je nach Abstand zwischen Geräuschquelle und Ohr des Beschäftigten zwei Gruppen zuordnen:

Schallquellennahe Arbeitshaltung wird bei aufmerksamem Beobachten eines von Hand beeinflussten Arbeitsablaufs eingenommen. Typische Tätigkeiten sind etwa Spitzendrehen, Freihandschleifen, Schweißen, Feilen, Bedienen von Pressen und Stanzen in sitzender Körperhaltung, wobei das Material ggf. von Hand eingelegt wird. Im allgemeinen ergibt sich für schallquellennahe Arbeitshaltung zwischen Ohr und Schallquelle ein vertikaler und horizontaler Abstand von jeweils ca. 50 cm (Abbildung 6).

Abbildung 6: Charakteristische Zuordnung zwischen Testschallquelle und Mikrofon (Messpunkt MP) zur Bestimmung der reflexionsbedingten Schallpegelerhöhung für
"schallquellennahe" Arbeitshaltung: a = b = 50 cm
"schallquellenferne" Arbeitshaltung: a = 50 cm, b= 100 cm
(seltener auch b = 75 cm)

Schallquellenferne Arbeitshaltung nimmt der Beschäftigte im allgemeinen bei Bedien-, Kontroll- und Beobachtungsaufgaben während selbsttätig ablaufender Fertigungsprozesse ein. Ein typisches Beispiel ist der Arbeitsplatz an einem Steuerpult in Anlagennähe. Schallquellenferne Arbeitshaltung ergibt sich auch, wenn mit größeren Maschinen gearbeitet wird, deren dominante Schallentstehungsstelle einigen Abstand zu Stell- oder Halteelementen besitzt (z.B. Bodenverdichter, Presslufthammer). Auch hier lässt sich wieder ein charakteristischer Abstand zwischen Schallquelle und Ohr angeben, der eine große Anzahl der in der betrieblichen Praxis unzutreffenden Gegebenheiten beschreibt. Der typische schallquellenferne Abstand beträgt vertikal 50 cm und horizontal 100 cm (beim Bodenverdichten und bei Pressluftarbeiten vertikal 100 cm und horizontal 50 cm).

3.3 Messtechnische Ermittlung und Beurteilung der reflexionsbedingten Schallpegelerhöhung am Arbeitsplatz

Die messtechnische Bestimmung der Schallpegelerhöhung und die rechnerische Ermittlung der reflexionsbedingten Schallpegelerhöhung erfolgt wegen der zahlenmäßig vergleichsweise kleinen Reflexionsschallanteile mit Dezimalstelle, die Genauigkeit des Rechenergebnisses muss natürlich unter der aus der praktischen Messwerterhebung bestenfalls erzielbaren Genauigkeit von 0,5 dB gesehen werden. Der Rechengang ist im Anhang an Hand eines Beispieles ausführlich beschrieben.

In raumakustisch ungünstiger Umgebung ist bei schallquellennaher Arbeitshaltung häufig eine reflexionsbedingte Schallpegelerhöhung von etwa 2 bis 3 dB(A) anzutreffen, es kommen aber auch doppelt so hohe Werte vor. In raumakustisch optimaler Umgebung kann dieser Kennwert mehrheitlich in den Bereich um 1 dB(A) abgesenkt werden [6].

In raumakustisch ungünstiger Umgebung sind bei schallquellenferner Arbeitshaltung in der Nähe mehrerer arbeitsplatznaher Reflexionsflächen Schallpegelerhöhungen von 6 dB(A) möglich, in Einzelfällen wird dieser Wert noch übertroffen. In engen Kabinen mit schallharten Begrenzungsflächen, z.B. Schweißkabinen, können sich Werte um 9 dB(A) ergeben. Ist die Umgebung raumakustisch optimiert, beträgt die reflexionsbedingte Schallpegelerhöhung für schallquellenferne Arbeitshaltung meist weniger als 2 dB(A)

4 Zusammenfassung

Eine Größe, die die akustischen Eigenschaften eines Fertigungsraumes beschreiben kann, ist die mittlere Schallausbreitungsminderung je Abstandsverdoppelung. Sie ist auch bei Lang- und Flachräumen aussagefähig, bei denen die aus der Nachhallzeitmessung berechnete äquivalente Schallabsorptionsfläche keine sicheren Rückschlüsse mehr zulässt. Die mittlere Schallausbreitungsminderung erlaubt eine globale Aussage für die gewählte Ausbreitungsrichtung, sie wird daher sinnvollerweise nicht auf das Geräuschspektrum einer Einzelschallquelle des Betriebes bezogen, sondern allgemein für Oktavbandmittenfrequenzen angegeben. Sie sollte für die Oktavbandmittenfrequenzen 500 Hz, 1000 Hz, 2000 Hz, 4000 Hz jeweils als Mittelwert 4 dB(A) betragen. Alternativ sollte für kleinere Räume ein mittlerer Schallabsorptionsgrad von mindestensα = 0,3 erreicht werden. Die mittlere Schallausbreitungsminderung wird zweckmäßigerweise mit einer Testschallquelle bestimmt, die in allen interessierenden Frequenzbändern ausreichende und etwa gleiche Leistungsanteile abstrahlt.

In sehr kleinen Räumen und an Arbeitsplätzen in der Nähe von Reflexionsflächen erlaubt die reflexionsbedingte Schallpegelerhöhung am Arbeitsplatz die Beurteilung der raumakustischen Eigenschaften des Arbeitsumfeldes. Die reflexionsbedingte Schallpegelerhöhung erfasst die spezielle Arbeitsplatzsituation, d.h. den Abstand des Gehörs von der Schallquelle und die spektrale Verteilung des am Arbeitsplatz einwirkenden Geräusches. Die Ermittlung stellt wegen der kleineren Zahlenwerte höhere Anforderungen an Messung und Auswertung als die Ermittlung der mittleren Schallausbreitungsminderung je Abstandsverdoppelung.

5 Schrifttum

Bearbeiter: Dr.-Ing. S. Fischer, Berufsgenossenschaftliches Institut für Arbeitsschutz,

Fachbereich: Arbeitsgestaltung - Physikalische Einwirkungen.

6 Anhang- Beispiele für die Bestimmung der reflexionsbedingten Schallpegelerhöhung

Die Bestimmung der reflexionsbedingten Schallpegelerhöhung mit Hilfe einer Vergleichsschallquelle ist dem Grundsatz nach in [3] angegeben. Sie soll für den an den Einzelschritten des Ermittlungsverfahrens Interessierten im folgenden am Beispiel eines Automatenarbeitsplatzes beschrieben werden.

Der betrachtete Arbeitsplatz liegt zwischen aufeinanderfolgenden Maschinenzeilen. Zur Einsicht transparente Schutzschirme (gegen Ölnebelaustritt) der beobachteten Maschine und nichttransparente (Blech-) Schutzschirme der nächsten Maschinenzeile bilden die Schallreflexionsflächen. Bild 7 zeigt einen Ausschnitt aus dem Fertigungsbereich. Ziel der Messung der reflexionsbedingten Schallpegelerhöhung war eine Entscheidung über die Notwendigkeit einer schallabsorbierenden Belegung zumindest der nichttransparenten Schutzschirme (1) auf der arbeitsplatzzugewandten Seite.

Abbildung 7: Automatenarbeitsplatz zwischen Reflexionsflächen (schematischer Ausschnitt aus dem Fertigungsfeld)

Die Vergleichsschallquelle wurde im Bereich der dominierenden Schallabstrahlung der Teilanlage aufgestellt, die zu beobachten war.

Wegen der Forderung nach einem Mindestabstand zwischen Testschallquellengeräusch und Fremdgeräusch von 6 dB erfolgte die Messung während der üblichen Arbeitspause. Um in allen Frequenzbereichen den erforderlichen Fremdgeräuschabstand zu erreichen, mussten Zusätzlich die Druckluftversorgung geschlossen und entlüftet sowie die Raumbelüftung und Hilfsantriebe abgeschaltet werden.

Die Netzspannung im Betrieb entsprach dem Nennwert der Testschallquelle. Bei größeren Spannungsabweichungen hatten die entsprechenden Schallpegelwerte mit dem vorgefundenen Spannungswert im reflexionsarmen Raum nachgemessen werden müssen (die im vorliegenden Fall benutzte Testschallquelle beantwortet Spannungsabweichungen von ±10 V mit Schalleistungspegelabweichungen von weniger als 0,5 dB bei Ausnutzung der genannten Spanne von 20 V (die Drehzahlabweichung ist kleiner als 2 %). Eine Höhen-, Temperatur- und Luftdruckkorrektur der Schallpegelmessung, wie in [3] beschrieben, war nicht durchzuführen - Temperatur und Luftdruckeinfluss sind meist von untergeordneter Bedeutung. Im hier beschriebenen Beispiel konnte somit von der Schallabstrahlung der Vergleichsschallquellen, gemessen im reflexionsarmen Raum unter "Normalbedingungen", ausgegangen werden; diese Werte der Schallabstrahlung in den einzelnen Terzbändern sind in Spalte 1 der Tabelle 3 aufgenommen.

Tabelle 3: Rechnerische Bestimmung der reflexionsbedingten Schallpegelerhöhung an einem Automatenarbeitsplatz (zur Genauigkeit siehe Text)

Abbildung 8 zeigt das Ablaufdiagramm des Ermittlungsgangs, der nachfolgend an Hand eines Beispiels ausführlicher beschrieben wird. In die Blöcke der Ermittlungsschritte ist die zugehörige Spaltennummer der Tabelle 3 eingetragen.

Abbildung 8: Ablaufdiagramm zur Ermittlung der reflexionsbedingten Schallpegelerhöhung am Arbeitsplatz
L_P -Luftdruckschallpegel
L_PA -Luftdruckschallpegel, A-bewertet
*) in Terzfrequenzbändern

Wegen der zahlenmäßig vergleichsweise kleinen Reflexionsschallanteile ist bei der Berechnung die Berücksichtigung der Dezimalstellen notwendig, obwohl natürlich das spätere Rechenergebnis unter der aus der praktischen Messwerterhebung bestenfalls erzielbaren Genauigkeit von 0,5 dB gesehen werden muss. Hierzu sind sehr sorgfältige Messungen über eine entsprechende Messzeit erforderlich. die einen Beharrungszustand sicher erkennen lässt (im vorliegenden Fall waren eine Messzeit von 10 bis 20 Sekunden für das Erfassen des Testschallquellengeräuschs, mehrere Minuten für das Erfassen des quasistationären Arbeitsgeräuschs notwendig).

Das am Messort ermittelte Testschallquellengeräusch ist terzbandweise in Tabelle 3 in Spalte 2 für die Frequenz 400 Hz bis 5 kHz aufgenommen. Es wird zunächst um das bei stillstehender Testschallquelle ermittelte Fremdgeräusch (Spalte 3) korrigiert (zur Fremdgeräuschkorrektur s. [3], [4]). Das Ergebnis zeigt Spalte 4.

Besitzt das Arbeitsgeräusch im Einzelfall auch oberhalb von 5 kHz noch wesentliche, den A-Schallpegel bestimmende Anteile, dann ist die obere Frequenzgrenze entsprechend zu verschieben.

Das Maschinengeräusch hat A-schallpegelbestimmende Anteile im gesamten ausgewiesenen Frequenzbereich von 400 Hz bis 5 kHz. Ab 400 Hz ist die genannte Empfehlung eines gegenüber dem Testschallquellengeräusch um mindestens 6 dB niedrigeren Fremdgeräuschs eingehalten. Die Differenzbildung zwischen den Spalten (4) und (1) liefert den Reflexionsschallanteil in den einzelnen Frequenzbändern (Spalte (5)). Für 1000 Hz beträgt er beispielsweise rechnerisch 3,9 dB. Vom am Messort bestimmten Maschinengeräusch am Arbeitsplatz (Spalte (6)) wird terzbandweise der Reflexionsschallanteil abgezogen (Spalte (7)).

Mit den korrigierten Werten des Maschinengeräuschs lässt sich der zugehörige A-Schallpegelwert für den Maschinenlärm ohne Schallreflexion berechnen. Weil er nur aus Werten des Frequenzbereichs von 400 Hz bis 5 kHz ermittelt worden ist, darf er auch nur mit A-Schallpegeln verglichen werden, die ebenfalls nur aus Werten dieses Frequenzbereiches berechnet worden sind (Spalten 1,2,3,6). Das gleiche gilt für die linearen Gesamtschallpegel. Deshalb sind in der Tabelle als Gesamtschallpegel stets nur Werte einzutragen, die aus dem genannten Frequenzbereich berechnet worden sind. Diese Rechenwerte sind im Einzelfall kleiner als die am Messgerät abgelesenen Gesamtschallpegel.

Die hier getroffene Begrenzung ist jedoch sinnvoll, weil in der Regel einerseits die für den Arbeitsplatz entscheidenden Schallpegelbeträge diesem begrenzten Frequenzbereich angehören, andererseits aber auch zumindest im Frequenzbereich unterhalb von 400 Hz meist kein ausreichender Fremdgeräuschabstand vorhanden ist.

Für den Maschinenlärm ohne Schallreflexion ergibt sich auf 0,5 dB gerundet ein Wert von 84,0 dB(A), der zugehörige Ergebniswert des Gesamtschallpegels aus den Messwerten in den betrachteten Terzbändern beträgt 89,5 dB(A).

Aus der Differenz der beiden A-Schallpegel von Spalte 6 und 7 ergibt sich die reflexionsbedingte Schallpegelerhöhung des Arbeitsgeräuschs am Arbeitsplatz von rechnerisch linear 5 dB bzw. A -bewertet 5,5 dB. Unter Bezug auf die tatsächlich erreichbare Genauigkeit kann man von einer reflexionsbedingten Schallpegelerhöhung zwischen 5 und 6 dB(A) ausgehen. Im hier betrachteten betrieblichen Beispiel war aufgrund der Zahlenwerthöhe eine schallabsorbierende Belegung zumindest der nichttransparenten Schutzschirmflächen hinter dem Arbeitsplatz uneingeschränkt zu befürworten.

Man erkennt übrigens beim Betrachten des Spaltenergebnisses (5) für die Testschallquelle und des Ergebnisses für das Maschinengeräusch, das im vorliegenden Fall die Beurteilung der Testschallquelle allein bereits eine gute Aussage für die tatsächlichen Verhältnisse ergeben hätte. Dies ist jedoch auf das zufällig vergleichsweise breitspektrale Arbeitsgeräusch (Stanzvorgänge und Luftauswurf der Teile) zurückzuführen und keineswegs verallgemeinerungsfähig. Weil die reflexionsbedingte Schallpegelerhöhung auf einen ganz bestimmten Ort, nämlich den Arbeitsplatz, und nicht wie die Schallausbreitungsminderung über einen größeren Bereich bezogen wird, ist für eine Ermittlung im allgemeinen das spezielle Arbeitsgeräusch zugrundezulegen. Die spektrale Zusammensetzung eines anderen Arbeitsgeräusches führt mitunter zu gegenüber den linearen und A-bewerteten Testschallquellenergebnissen deutlichen Verschiebungen für die Zahlenwerte der tatsächlich auf den Arbeitsplatz einwirkenden reflexionsbedingten Schallpegelerhöhung und könnte gegebenenfalls die Auswahl eines anderen Schallabsorptionsmaterials zur Folge haben.

ENDE