Entstehung von Lautstärke, Lärmauswirkung und Schalldruck bei Geräten

Ihr altes Elektrogerät war laut wie eine trötende Elefantenherde auf der Großbaustelle und wird nun entsorgt! Freudig nehmen Sie dem Paketdienst die Neubestellung entgegen, bei der sie nicht nur auf Preis und Aussehen, sondern auch auf eine geringere Dezibelangabe geachtet haben. Und tatsächlich, friedlich wie ein Kätzchen summt es vor sich hin. Sie fühlen sich gleich erleichtert und beruhigen sich im gleichen Maße wie der Wohnraum. Denn andauernd hoher Schalldruck führt zu Stressempfinden und kann neben irreparablen Gehörschäden sogar schwere Krankheiten auslösen. Wie entsteht Schall eigentlich und lassen sich Betriebsgeräusche verringern? In unserem Ratgeber klären wir Sie auf!

Inhalt:

Lärm im Alltag

Aufgrund der zunehmenden Lärmbelästigung in Städten, ständigem Handygeklingel und der Erfindung von tragbaren Musikgeräten ist unser Gehörsinn heutzutage überreizt und deutlicher gefährdet als zu vorindustriellen Zeiten. Die unregelmäßige Lärmentwicklung auf vielbefahrenen Straßen und Gleisen von Zug und Straßenbahn gehört zu den unangenehmsten Lärmquellen für den Menschen. Selbst durch idyllische Dörfer mit frei weidenden Kühen und Schafen rattern früh morgens die LKWs. Das Ergebnis: Mehr als die Hälfte der deutschen Einwohner fühlten sich laut Umweltbundesamt bereits 2013 durch Verkehrslärm regelrecht belästigt. Bis die äußerst geräuscharmen Elektroautos sich auch beim Durchschnittsbürger etabliert haben, sollte zumindest im eigenen Wohnraum eine friedliche Ruhe herrschen. Schlagzeugspielende Nachbarkinder und den fußballbesessenen Ehemann kann man evtl. noch mit gutem Zureden oder einigen Süßigkeiten auf ein hinnehmbares Niveau regulieren, doch laute Haushaltsmaschinen wirken, besonders bei dauerhaftem Einsatz wie bei Kühlschränken, recht zermürbend.

Das Ohr unterscheidet evolutionär bedingt nämlich nicht zwischen gefahrankündigenden Signalen und herkömmlichen Alltagsklängen - alle werden gleichermaßen aufgenommen, bewusstes "weghören" ist schier unmöglich. Eine unangenehm abwechslungsreiche Geräuschkulisse stört die Konzentration gewaltig!
 
Schnarchen im Ehebett
 
Selbst im Schlaf nehmen wir mit unseren empfindlichen Ohren kleinste Geräuschregungen wahr. Bei frisch gebackenen Müttern gibt es sogar das Phänomen des Ammenschlafes, bei dem sie vorbeifahrende Autos, den bellenden Hund oder den schnarchenden Liebsten im seelenruhigen Tiefschlaf aus der zugelassenen Information ausfiltern, aber beim leisesten Wimmern ihres Neugeborenen blitzartig erwachen!

Gesundheitliche Auswirkungen

Laute Autos
 
Ob wir im Tagesbewusstsein wissen, dass von dem Haushaltsgerät keine Gefahr ausgeht oder nicht, spielt für unseren Körper keine Rolle: Das Stresshormon Cortisol wird ausgeschüttet, um uns für eine schnelle Flucht oder Angriffstaktik zu motivieren. Damit die Extremitäten dafür ausreichend durchblutet sind, schlägt das Herz schneller und die Anspannung in den Muskeln steigt an. Tritt das Geräusch nur kurzzeitig auf (Staubsauger) sind die gesundheitlichen Auswirkungen nicht gravierend. Bei tageandauernder Belästigung, ohne dass der Körper das Hormon in Aktivität abreagieren kann, machen sich jedoch deutlich messbare Stressreaktionen bemerkbar.

In einer Studie des Bundesumweltamtes führt bereits der relativ niedrige Geräuschpegel von 40 dB(A) bei Dauerbeschallung, vor allem nachts wenn der Körper sich in der Regenerierungsphase befinden sollte, zu einem erhöhten Risiko von Herz- und Kreislaufkrankheiten. Auch psychische Verschlechterungen bei ansonsten gesunden Menschen steigen messbar an, ab nur einem (!) Tag Schlafentzug können laut internationaler Forschergruppe um die Universität Bonn bereits Symptome ausgelöst werden, die mit einer Schizophrenie oder Psychose vergleichbar sind. Dazu gehören Sinnestäuschungen wie Halluzinationen, beeinträchtige Zeiteinschätzung und Denk- wie Konzentrationsstörungen. Diese Ergebnisse wurden sogar von den erfahrenen Forschern als überraschend bewertet. Lärm wird zwar von jeder Person individuell beurteilt, aber ab einer Grenze von durchschnittlich 60 dB(A) fühlen sich Menschen zunehmend davon gestört. Der akut gehörgefährdende Bereich beginnt laut Arbeitsstättenverordnung und Lärm- und Vibrations-Arbeitsschutzverordnung ab 85 dB(A) und verpflichtet zum Tragen von Gehörschutz.

Lautstärke im Vergleich

gesundheitlich ungefährlich:
10 dB(A) Mückensummen, PC-Betrieb
20 dB(A) Uhrticken, Laubrascheln
30 dB(A) Flüstern, Atemgeräusch
35 dB(A) Zimmerventilator
ab 40 dB(A) Schwelle zur Konzentrationsstörung
40 dB(A) doppelt abgedämmter Straßenlärm
50 dB(A) Kühlschrank in 1 m Entfernung, leichter Regen
55 - 80 dB(A) erhöhtes Risiko für Erkrankungen
60 dB(A) Gespräche, Froschquaken
70 dB(A) normaler Verkehr
80 dB(A) Motorradantrieb
Ab 85 dB(A) gefährlich bei Einwirkung über 40h/Woche
90 dB(A) Bahn, Unwetter, Rasenmäher
100 dB(A) Presslufthammer in 1 m Entfernung
110 dB(A) Disco, Rockkonzert
120 dB(A) sehr gefährlich, Schmerzerscheinung, bereits bei kurzer Einwirkung Hörschaden

Negative Folgen von Lärm

  • vorzeitiges Erwachen aus dem Schlaf bzw. mangelhafte Schlafqualität
  • herzschädigender Stress und andere nervöse Köpererscheinungen
  • Gereiztheit oder Isolationswunsch
  • Beeinträchtigung des allgemeinen Wohlgefühls im Wohnraum
  • Abnahme der mentalen Konzentration und Lernfähigkeit, Unfallgefahr
  • Vernachlässigen der Lüftungspflicht bei Straßenlärm
  • Wertminderung von Wohngebieten
  • schleichende Hörverschlechterung bis zur Taubheit (bei Dauerbelastung)
  • Kosten für medizinische Eingriffe, Medikamente und Therapien
 
kleiner Trompeter
 
Vorsicht ist also geboten bei Konzert- und Discobesuchen, besonders Rockmusik und Techno (sorry!) und dem Hören von Musik über Kopfhörer. Doch damit aus der Schallfrequenz Lärm wird, bedarf es mehr als der wahrnehmbaren Lautstärke. Natürlich vorkommende, organische Geräusche wie Wind, Regen, ein plätschernder Wasserfall und Vogelgezwitscher sind besser verdaulich als gleichlaute mechanische. Handelt es sich bei der Geräuschquelle um stimmungsverbessernde Lieblingsmusik, fühlen wir uns interessanterweise auch bei höherer Lautstärke nicht belästigt (das Gehör nimmt dennoch Schaden!). Töne haben nämlich auch eine beruhigende bzw. anregende Wirkung, besonders, wenn sie der Herzfrequenz ähneln. Aus der Elektroszene stammt beispielsweise das geflügelte Wort der massierenden Bässe. In der Klang- und Musiktherapie werden bestimmte Frequenzen z.B. bei der Begleitung von Demenzkranken gezielt eingesetzt. Auch (gemeinsames) singen und musizieren gehören zu den befreienden, öffnenden menschlichen Aktivitäten und sind als Initiator von Kultur und gesellschaftlichem Zusammenhalt bekannt.

Wissenschaftliches: Wie entsteht Schalldruck und was bedeutet Lautstärke physikalisch?

Wer war Blaise Pascal?

Blaise Pascal (1623-1662), geboren in Frankreich und aufgewachsen während den Wirren des dreißigjährigen Krieges, verlor schon sehr früh seine Mutter. Er war zu Lebzeiten von schwächlicher Gesundheit und entschloss sich dennoch und trotz seiner adeligen Abstammung und dem Vermögen seiner Familie zu einem Leben als frommer Einsiedler. Seine Forschungen zur Bemessung von Luftdruck und die Entdeckung geometrischer Gesetze machten ihn zu einem vielbeachteten Mathematiker und Physiker und prägen bis zum heutigen Tag das naturwissenschaftliche und technische Verständnis. Ihm zu Ehre wurde die international gebräuchliche Einheit des Drucks und der mechanischen Spannung Pascal genannt (Pa abgekürzt).

Druck = einwirkende Kraft pro Fläche

Abbildung Schallwellen
 
Die Erdatmosphäre hat eine gewaltige gasförmige Masse und ein errechnetes Eigengewicht von etwa 10.000 kg pro 1 m2 Erdoberfläche. Sie kennen evtl. den Effekt des Bergsteigens, dass je höher Sie vorankommen, der Luftdruck bzw. die Luftdichte mit der Erdanziehungskraft nachlässt. Beim Tauchen, also der Annäherung an den Erdmittelpunkt, steigt der Druck an.

Als Schall wird ein Laut (Ton oder Tonabfolge) definiert, den Mensch und Tier durch den Gehörsinn empfängt. Je nach Luftdruck und Temperatur breitet sich der Klang auf eine berechenbare Art wellenartig (daher Schallwellen) aus. Die von der Ohrmuschel aufgefangenen Schwingungen werden im Gehörgang weitergeleitet und verdichtet. Das empfundene Geräusch wird vom Gehirn im Fall von Übermittlung wichtiger Information aus Gesprächen, Gesang und Musik entweder als nützlich kategorisiert, oder im Falle von Lärm, Bau- und Verkehrsbetrieb als störend. Die Höhenschwankungen der "Wellen" pro Sekunde, die Frequenz (als Einheit Hertz), sind nur im Bereich von 16 Hz bis 20 kHz als Töne für den Menschen hörbar. Viele Tiere verfügen über ein wesentlich weiteres Hörspektrum oder verständigen sich sogar über hochfrequenten Schall.
 
Erhöht sich der Schalldruckpegel um nur 10 dB empfindet der Mensch ihn als doppelt so laut. Ein Gerät, dass im Bereich von 52 dB läuft, ist subjektiv wahrgenommen also deutlich leiser als eines mit 58 dB. Bei Entfernung von der Schallquelle nimmt auch der hörbare Schalldruckpegel ab.

Schall breitet sich nicht nur über die Luft als Trägermedium, sondern auch im Wasser und über feste Körper aus. Stoßen Haushaltsgeräte, die an Boden oder Decke angebracht sind oder auf anderen festen Flächen stehen, ihre Schwingung in das Material, so entstehen unerfreuliche Resonanzgeräusche wie beim Hohlkörper einer Gitarre.

Lautstärke bei Axial- und Radialventilatoren

Ein möglichst hoch verstärkter Luftdruck ist wichtig für das einwandfreie Funktionieren von Lüftungsgeräten und -anlagen. Besonders bei der Entlüftung durch lange Schächte oder in großen, sehr weitläufigen Industriehallen benötigt der eingesetzte Ventilator viel Power, damit der Luftstrom nicht auf halbem Wege an Antrieb verliert. Diese Motorleistung erzeugt zusammen mit der schnellen Bewegung der Flügel unvermeidbare Betriebsgeräusche. Die Lautstärke von Ventilatoren für den Privatgebrauch liegt je nach Modell (Stand-, Boden-, Decken- oder industriegeeignetem Ventilator zwischen 30 und 70 dB(A). Großventilatoren für Lüftungsanlagen werden daher in abgelegenen, ungenutzten Räumen installiert. Verbesserungen im Geräuschniveau entstehen u.a. durch eine hochwertige Bauweise der Geräte. Markenhersteller verhindern durch ausgefeilte Konstruktion ein Knattern, Ruckeln und Brummen Ihrer angebotenen Modelle. Zudem entscheidet die grundlegende Bauweise axial oder radial der Ventilatoren darüber, wie hoch die technisch bedingte Geräuschentwicklung ist.

Die sehr häufig im Privatgebrauch vertretenen Axialventilatoren erzeugen Unterdruck durch die schnelle Umdrehung der Flügel. Die Luft des Zimmers wird zum Ventilator hin angesaugt und über die Flügelrotation in einer graden (axialen) Laufbahn weiterbefördert. Dadurch entsteht eine Beschleunigung der Luft mit leichter Druckerhöhung, die für die übliche Belüftung in den Sommermonaten und zur Wärmerückführung im Winter vollkommen ausreicht. Zum Überwinden von starker Luftreibung oder Formwiderstand ist der Druck aber eher ungenügend. Die Lautstärke der Axialventilatoren hängt stark mit der Umdrehungsgeschwindigkeit zusammen und ist im Vergleich zur radialen Bauweise oftmals lauter.

Die Flügel von Radialventilatoren sind zu einem Schaufelrad geformt, über das angezogene Luft erfasst, stark zentrifugiert und in um 90 Grad veränderten Winkel wieder ausgestoßen wird, üblicherweise direkt in einen anmontierten Lüftungsschacht. Die so bearbeitete Luft ist stärker zusammengepresst und hat eine höhere physikalische Dichte. So unter Druck stehend, legt sie auch lange Strecken und dämpfende Hindernisse wie Filterboxen im Lüftungskanal zurück. Im direkten Vergleich zu Axialventilatoren schaffen radial betriebene Modelle eine gleichwertige Luftvolumenbewegung bei niedriger Betriebsstufe und sind somit leiser.

Mehr über Vor- und Nachteile und die Einsatzgebiete von Axial- und Radialventilatoren hier!

Da die Geräuschentwicklung sich nicht ausschließlich nach der Bauweise der Ventilatoren bestimmen lässt, sondern je nach Hersteller und Modell variiert, lesen Sie sich bitte die verlässliche Lautstärkenabgabe in unserer Artikelbeschreibung. Sie finden diese im Bereich der technischen Daten. Oftmals haben wir auch eine Bedienungsanleitung mit wichtigen Informationen zu den einzelnen Produkten für Sie zur Artikelbeschreibung zugefügt oder können sie auf Wunsch von unseren Zulieferern anfordern.

Tipps für ruhigere Ventilatoren und ventilatorbetriebene Geräte

Makkura Deckenventilator
 
Die Flügelenden von Deckenventilatoren mit großem Durchmesser können enorme Geschwindigkeiten erreichen! Sind die Schwingen minderwertig produziert und eingestellt, wippen ihre Spitzen auf und ab und erzeugen zusätzlich zum Geräusch des Luftstroms unregelmäßig flatternde Töne. Leicht eingedrehte (profilierte) Flügel hingegen flattern weniger. Je mehr Fläche im gesamten zur Verfügung steht, z.B. durch schrägen Einbau wie hier beim Makkura, desto mehr Luft wird mit einer Umdrehung bewegt. Solche Ventilatoren verbrauchen auch weniger Energie, um dem natürlichen Luftwiederstand zu brechen. Bei Flügelsätzen mit optional drei bis fünf Komponenten muss zwischen Lüftungsvolumen und Lautstärke abgewogen werden, denn auch das Gewicht des Geräts hat Einfluss auf Geräuschentwicklung und Motorleistung.

All diese Komponenten werde von Markenherstellern genauestens berechnet, fein aufeinander eingestellt und in umfangreichen Produktes bewertet. Günstige Ventilatoren aus dem Discounter können da oft nicht mithalten. Der Antriebsmotor aller Geräte erzeugt beispielsweise Schwingungen, die bei sparsamer Konstruktion oft deutlich wahrnehmbar sind. Unser Hersteller CasaFan hingegen, setzt auf außerordentliche Qualität der eingebauten Motoren mit selbstschmierenden Kugellagern aus Edelstahl und bürgt dafür mit bis zu 25 Jahren Garantie!
 
Alle Tipps auf einen Blick bevorzugen Sie Geräte von erstklassigen Herstellern beachten Sie unbedingt die Herstellerangaben zur Laustärke bei geringer und hoher Laufgeschwindigkeit vergleichen Sie ggf. Testberichte und Kundenrezensionen, da die individuell wahrgenommene Lautstärke von der tatsächlichen abweichen kann achten Sie auf profilierte Flügel im optimalen Anstellwinkel hochwertig verarbeite Motoren mit reibungsfreien Kugellagern sind deutlich leiser bei Deckenventilatoren Schwingungen des Motors abdämpfen, wenig Resonanzfläche bieten kleine tragbare Ventilatoren sind oftmals leiser als ihre feststehenden Verwandten altersschwache Geräte mit überholter Technik oder Motorschäden auswechseln Bei anderen Haushaltsgeräten gilt ähnliches, denn auch Heizlüfter, Luftverbesserer, Kühlgeräte und Trockner, ja zum Teil sogar Insektenschutzgeräte arbeiten über einen integrierte Ventilatoreinheit.

Treten bei Ihnen, trotz hochwertigem Produkt, unangenehme Resonanzgeräusche beim Deckenventilator auf? Dann ist der Ventilator wahrscheinlich nicht optimal an der Decke montiert. Die Schwingungen des Motors gehen in dem Fall direkt in die Decke (wie bei einem Resonanzkörper) oder ein anderes festes Material, sie können aber gut abgedämpft werden. Mit diesen Tricks gelingt Ihnen der geräuscharme Betrieb!

Quellen:
http://www.lfu.bayern.de/umweltwissen/doc/uw_34_laerm_messen_bewerten.pdf
http://www.testberichte.de/haushaltsgeraete/2620/geschirrspueler/artikel/laermbelaestigung-durch-haushaltsgeraete.html
http://www.umweltbundesamt.de/presse/presseinformationen/ueber-haelfte-aller-deutschen-durch-laerm
https://www.uni-bonn.de/Pressemitteilungen/153-2014
http://www.dguv.de/ifa/Fachinfos/L%C3%A4rm/Rechtliche-Vorgaben-zu-Arbeitsplatzl%C3%A4rm/index.jsp
http://www.hug-technik.com/inhalt/ta/schallpegel_laermpegel.html

Bildquellen:
Produktabbildungen © creoven.de
Trompeter © chalabala, www.fotolia.com
Schnarchen © Andrey Popov, www.fotolia.com
Verkehr © diego cervo, www.fotolia.com
Schallwellen © psdesign1, www.fotolia.com
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