EUHA Foerderpreis 2012 Merz

Förderpreis 2012
Studie der akustischen Eigenschaften
von MusikerInnen-Gehörschutz
Diplomarbeit
zur Erlangung des akademischen Grades
Magistra artium (Mag. Art.)
Verfasser: Betreuer:
Datum der Abgabe:
Esther Merz
Ao. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn.
Wilfried Kausel
19. März 2012
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Förderpreis 2012 - Esther Merz
Herausgeber: Europäische Union der Hörgeräteakustiker e. V.
Neubrunnenstraße 3, 55116 Mainz, Deutschland
Tel. +49 (0)6131 28 30-0
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Verwertung über den eigenen privaten Bereich hinaus ist grundsätzlich genehmigungspflichtig.
© EUHA 2012
Impressum
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Förderpreis 2012 - Esther Merz
Kurzfassung
Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz
Für eine MusikerInnen-Karriere ist es relevant, das eigene Gehör zu schützen. Ein dazu verwendbares Produkt ist der maßgefertigte Gehörschutz ER-15TM der amerikanischen Firma
Etymotic. Er soll über den gesamten Hörbereich die Musik gleichmäßig leiser machen und
auf diese Weise die Klangqualität während der Schutzwirkung erhalten.
Im ersten Teil der Arbeit werden verschiedene Prüfverfahren von Gehörschutz vorgestellt
und auf die beschreibenden Normen verwiesen. Jedes Verfahren hat seine Vor- und Nachteile. Für den zweiten, praktischen Teil der Arbeit wird ein Verfahren gewählt, das einige
dieser Nachteile ausmerzen soll. Mittels eines Miniaturmikrofons im Gehörgang der ProbandInnen wird an acht Ohren die Dämmung des Gehörschutzes gemessen.
Das Ergebnis sind Aspekte in Bezug auf das Wirken des Gehörschutzes insbesondere auf
Musik, welche durch die Aufnahme mit dem Mikrofon im Gehörgang hörbar gemacht
wurden. Das letzte Kapitel weist auf Weiterentwicklungsmöglichkeiten in der Gehörprävention für Musizierende hin.
Abstract
Study of the acoustical properties of hearing protector devices for musicians
For a musician’s career it is important to protect own hearing. A product therefore is the
custom-made hearing protector device ER-15TM of the company Etymotic, USA. It shall
damp the whole frequency range in a regular way so that sound quality can be preserved
while hearing is protected.
In the first part of the thesis, several validating tests for hearing protector devices will
be presented and referenced to the corresponding standards. Every validation test has
its pros and cons. For the second part, a procedure will be chosen by which some of the
disadvantages will be eliminated. For the validating test, which was built up for this thesis,
the damping of so-called musician’s earplugs will be measured in the ear canal of eight
individual ears by means of a miniature microphone.
The results are some aspects of the impact of damping with regard to music which can be
rendered audible by way of the microphone positioned in the ear canal. The final chapter
is about further developments in the prevention of hearing loss for musicians.
Kurzfassung/Abstract
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Inhaltsverzeichnis
Impressumi
Kurzfassung/Abstractii
Inhaltsverzeichnisiii
1.Vorwort
1
2.Einleitung
3
3.Grundlagen
3.1 Anatomie des äußeren Gehörganges
3.1.1Luftleitung
3.1.2Knochenleitung
3.2 MusikerInnen-Gehörschutz „Musician’s Earplug“ ER-15TM 7
7
7
8
9
4. Messmöglichkeiten der Gehörschutzdämmung – Stand der Technik
4.1 Subjektive Messmethode
4.1.1Oktavpegel-Verfahren
4.2 Objektive Messmethoden
4.2.1 Messung mit Sondenschlauch
4.2.2MIRE-Verfahren
4.2.3Field-MIRE-Verfahren
4.3 Nicht-akustische Messung: Dichtigkeitsprüfung
4.4 Weitere kritische Parameter
4.4.1 Akustische Masse
4.4.2Okklusionseffekt
4.4.3 Problematische Messwerte bei 4 und 8 Kilohertz
4.4.4 Akustische Impedanz
4.4.5 Anteil Knochenleitung
12
12
15
18
18
20
24
25
26
26
27
30
30
32
5.Untersuchung
5.1Hypothese
5.2Versuchsaufbau
5.3Experimente
5.3.1 Probandensuche 1
5.3.2 Versuch 1: Probanden mit optisch unterschiedlichen Gehörgängen
5.3.3 ProbandInnensuche 2
5.3.4 Versuch 2: ProbandInnen mit Resonanzen von 2–3,5 kHz
34
34
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45
45
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47
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Inhaltsverzeichnisiii
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6. Ergebnisse und Diskussion
6.1 Messungen mit Rauschen
6.1.1 Auswertung Proband 2
6.1.2 Auswertung Proband 3 6.1.3 Auswertung Probandin 4
6.1.4 Anmerkungen zu den Messungen mit Rauschen
6.2 Messungen mit Musik
6.2.1Klangverhalten
6.2.2Impulstreue
6.3Produktionsfehler
6.4 Fehler im Versuchsaufbau
51
51
51
52
52
53
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54
59
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7.Erkenntnisse
63
8.Ausblick
63
9.Verzeichnisse
9.1Literaturverzeichnis
9.2Abbildungsverzeichnis
9.3Normenverzeichnis
65
65
67
69
10.Anhang
10.1 Impedanzsimulation mit VIAS
10.2 Akustische Masse – Überprüfung
10.3 Gehörgangsresonanzen Versuch 1
10.4 Ergebnisse Versuch 2
10.5CD-Verzeichnis
10.6 Datenblatt Mikrofon TO-30043-000
10.7 E-Mail von Patty Niquette
10.8 E-Mail von Marshall Chasin
10.9Danksagung
70
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74
88
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91
92
Inhaltsverzeichnisiv
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1. Vorwort
Durch meinen Beruf als Hörgeräteakustikmeisterin habe ich einen vermehrt medizinisch
und akustisch orientierten Bezug zur Tonmeisterei gewonnen. Es ist mir ein persönliches
Anliegen, die KollegInnen darauf aufmerksam zu machen, dass das Ohr ein sehr wertvolles
Instrument in einem Musikberuf darstellt (vielleicht sogar das wertvollste?!). Man muss,
wie ich finde, über seine Funktionsweise und (vor allem) über seinen Schutz informiert
sein.
TonmeisterInnen haben durch ihre Ausbildung ein extrem gut geschultes Gehör. Musi­
kerInnen-Gehörschutz findet jedoch in dieser Berufsgruppe eher selten Verwendung. TonmeisterInnen haben wie MusikerInnen gelernt, mit ihrem ungeschützten Ohr zu arbeiten.
Jeglicher Fremdkörper im Ohr zerstört das geschulte und daher intuitiv funktionierende
Hörsystem. Es fällt schwer, diese neue Akustik zu akzeptieren und sich an die neue Situation mit Gehörschutz zu gewöhnen. Gleichzeitig sind viele TonmeisterInnen nicht wirklich
sensibel dafür, dass sie die Finger am Lautstärkeregler haben und ihr Publikum dadurch
einerseits durch zu hohe Lautstärken gefährden oder aber andererseits auch vor Lärm
schützen können. Die Schalldruckpegel sind in den letzten Jahren immer höher geworden. Um dem Einwand zu gewähren, gab es in der Kulturhauptstadt Linz09 eine Initiative
zum Thema „Beschallungsfrei“, die viel Zivilcourage erforderte: Es wurden öffentliche Plätze vor „Zwangsbeschallung“ bewahrt und jegliche „Musik-Berieselung“ dort abgedreht.1
Bei einer audiometrischen Untersuchung im Rahmen der AES2 Student Section habe ich
im Januar 2011 in unserem Institut für Komposition und Elektroakustik 15 StudentInnen
getestet. Gemessen wurden (u. a.) die Luftleitungshörschwellen3 der insgesamt 30 Ohren
über 125-16’000 Hz: Den arithmetischen Mittelwert der Hörschwellen (siehe Abbildung 1)
kann man durchaus als „Golden Ears“ bezeichnen (in Anlehnung an das technische
Abbildung 1: Gemittelte
Audiogramme der Tonmeisterklasse Wien vom Januar 2011
(x-Achse in Hertz, y-Achse in
dB) – OpenOfficeCalc-Grafik
15.1.2011
TonmeisterstudentInnen Wien
125 250 500 10002000400060008000900010000112001250014000
16000
-10
0
10
Mittelwert
Höchster Wert
Tiefster Wert
20
30
40
50
www.hoerstadt.at/beschallungsfrei/gegen_zwangsbeschallung.html am 23.9.2011
AES = Audio Engineering Society www.aes.org
3
Messung über Kopfhörer, siehe 3.1.1
1
2
Vorwort
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Gehörbildungsprogramm von Dave Moulton4), jedoch gab es bereits erhebliche Auswüchse von leichter bis hin zu bereits mittlerer [!] Innenohrschwerhörigkeit.
Ich denke, dass es uns allen ein Anliegen sein sollte, die Entwicklung von Gehörschutz,
explizit für Musizierende, voranzutreiben. Denn wir müssen unser Gehör schützen – wenn
es nicht durch eine Begrenzung der Lärmemissionen5 möglich ist, so müssen wir es eben
selber in die Hand nehmen. Ich möchte mit dieser Arbeit einen Denkanstoß zur weiteren
Entwicklung von spezifischem MusikerInnen-Gehörschutz liefern.
www.moultonlabs.com/full/product01/ am 23.9.2011
Emission = Schallabstrahlung einer Schallquelle an die Umwelt
4
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2. Einleitung
Der beste zurzeit erhältliche MusikerInnen-Gehörschutz ERTM verspricht eine gleichmäßige Dämmung6 über alle Frequenzen, sodass beim Tragen die Musik zwar leiser wahrgenommen, aber in ihrem Klangbild nicht verändert wird. Da jedes Ohr dank der natürlichen
Formenvielfalt anatomisch eine leicht andere Geometrie aufweist, soll in dieser Arbeit untersucht werden, ob der MusikerInnen-Gehörschutz ERTM am Trommelfell des/der TrägerIn
tatsächlich auch eine gleichmäßige Dämmung über alle Frequenzen aufweist.
MusikerInnen befinden sich in einer Zwickmühle: Den Schall, den sie erzeugen und der für
sie selbst schädlich sein kann, müssen sie hören können. Sie sind darauf angewiesen, feinste Nuancen über alle Frequenzen hin wahrzunehmen, um musikalisch kommunizieren zu
können. Gleichzeitig müssen sie ihr Gehör schützen, da es ein Teil ihres Instrumentes ist:
Ohne zu hören, kann man nur begrenzt (z. B. rhythmisch über Vibrationen) musizieren.
Aus diesen Gründen sind die Anforderungen an MusikerInnen-Gehörschutz spezifischer
als für Menschen in nicht-musikalischen Berufen, und die gleichmäßige Dämpfung über
alle Frequenzen macht das Produkt für die Zielgruppe sehr attraktiv.
Laut Untersuchungen an Mitgliedern des Chicago Symphony Orchestra7 sind z. B. OrchestermusikerInnen Lärmspitzen von bis zu 116 dB SPL8 ausgesetzt. Da diese oft nur am Ende
eines fulminanten Stückes und nur für wenige Sekunden auftreten, sind sie nicht wirklich
als gehörschädigend zu betrachten. Jedoch können einzelne Musizierende an ihrem Ohr
durch ihr Instrument durchaus höhere Schalldruckpegel erleben. Außerdem erfährt der/
die MusikerIn diese Lautstärken nicht nur im Konzert, sondern ebenso bei Proben wie
auch beim individuellen Üben. Dieses findet zum Teil in sehr kleinen Räumen statt, was
die Schallexposition9 durch starke Reflexionen noch verstärkt.
Konventionelle Schallschutzmaßnahmen, wie das Begrenzen der Emissionen, sind beim
Musizieren oft nicht möglich, denn das würde heißen, dass man generell leiser spielen
müsste. Das kann beim Üben zwischendurch durchaus eine sinnvolle Maßnahme sein,
aber im Konzertfall ist es aus musikalischen Gründen nicht angebracht.
Ein erfolgreicher Ansatz zur Begrenzung der Exposition für Musizierende findet sich in der
Raumakustik, die bereits umsetzbare Konzepte entwickelt hat.10 Allerdings ist es finanziell
aufwändig, einen Raum akustisch zu modifizieren. Hinzu kommt, dass viele Konzertsäle
denkmalgeschützt sind, was bauliche Maßnahmen erschwert.
Das Tragen von Gehörschutz bei der Arbeit ist ab einem jeweils von den einzelnen Staaten
definierten Maß an Lärmexposition obligatorisch. Die A-bewertete Lärmeinwirkung pro
8
9
Dämmung = durch den Gehörschutz verursachter Verlust an Lautstärke
Siehe KILLION, 2009, S. 22
Dezibel Sound Pressure Level: Schalldruckpegel bezogen auf die Hörschwelle bei 20 Mikropascal; Lautstärkenangabe:
0 dB = Hörschwelle, 140 dB = Schmerzgrenze
Schallexposition = Verweildauer im Lärm
10
Siehe BOENNINGHAUS / LENARZ, 2005, S. 7
6
7
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Woche,11 die gerade noch als unschädlich gilt, ist z. B. bei der Schweizerischen ArbeitnehmerInnenversicherung SUVA bei 85 dB(A) festgelegt, sofern eine normale 40-StundenArbeitswoche vorliegt.12
Um ein Innenohr mittels Schalleinwirkung dauerhaft zu schädigen, sind die Lautstärke
und deren Einwirkungszeit, der sogenannte Expositionspegel, relevant.13 Dieser wird bei
älteren Personen natürlicherweise höher, da man mit zunehmendem Alter länger dem
Umgebungslärm ausgesetzt sein wird als in jungen Lebensjahren. Die Art des auf das
Gehör einwirkenden Schalls oder eben auch der Musikstil spielen dabei keine Rolle.
Um einem permanenten Gehörschaden vorzubeugen, ist es wichtig, dass dem Gehör
nach einer Lärmexposition eine entsprechende Ruhezeit gewährt wird. So regeneriert
sich die Cochlea14 z. T. wieder von selbst.15
Es wird dabei von einer Erholungszeit von mindestens 10–16 Stunden nach einer hohen
Schallbelastung ausgegangen.16 Ansonsten kann eine sensorineurale17 Hörschädigung,
eine permanente Lärmschwerhörigkeit, entstehen.
Die physiologischen Prozesse, die einer Lärmschwerhörigkeit zugrunde liegen, sind noch
nicht eindeutig erforscht. Deshalb wird das oben beschriebene und vom Gesetzgeber
etablierte Modell (Equal-Energy-Hypothese18) angezweifelt, unter anderen von Gerald
Fleischer19, der die schädliche Wirkung von Schallimpulsen (sehr kurze Schallereignisse
über alle Frequenzen, z. B. Pistolenschuss) untersuchte und zum Schluss kam, dass nicht
nur die Einwirkungsdauer, sondern auch Lautstärken und Tonhöhe eines Schallereignisses
je ihren Teil zur Lärmschwerhörigkeit beitragen.
Vielleicht noch bedeutender als die Schwerhörigkeit sind für ein MusikerInnenleben Folgekrankheiten wie Tinnitus (Geräusche wie Rauschen oder Pfeifen im Kopf ), Diplakusis
(das Wahrnehmen von unterschiedlichen Tonhöhen links und rechts) und Hyperakusis
(Überempfindlichkeit gegenüber Schall).20 Diese Krankheiten sind leider bis heute nicht
heilbar, sondern nur therapierbar. Ab welchem Expositionspegel sie auftreten, ist ebenfalls bis heute unklar.
A-Bewertung = im Unterschied zu rein physikalischen Messwerten dem menschlichen Frequenzgang für leise
Lautstärken angepasster Pegel
12
Siehe Musik und Hörschäden, 2008, S. 11
13
Siehe Safe und Sound, 2008, S. 18
14
Cochlea = lateinischer Begriff für Innenohr
15
Siehe FLEISCHER u. a., 2000, S. 78
16
Siehe Safe und Sound, 2008
17
Sensorineurale Schwerhörigkeit: Schwerhörigkeit, der als Ursache eine Schädigung der Haarsinneszellen im Innenohr
zugrunde liegt (im Gegensatz zur Schallleitungsschwerhörigkeit, wo der Schaden im Mittelohr auftaucht, oder zu einer zentralen Störung, die im Hirn auftaucht)
18
Siehe HELLBRÜCK / ELLERMEIER, 2004, S. 190–191
19
Siehe FLEISCHER u. a., 2000, S. 47
20
Siehe NIQUETTE, 2006
11
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Obwohl MusikerInnen ihr Gehör also schützen sollten, um es möglichst lange im Optimalzustand zu erhalten, gibt es viele Gründe, wieso dies oft unterlassen wird:21
n Das Tragen
von Gehörschutz behindert beim Spielen, weil die Klangqualität des
eigenen Spiels verfärbt wird (die Frequenzen werden bei den gängigen Produkten
nicht gleichmäßig gedämpft)
n Es
ist schwieriger, andere spielen zu hören (zu hohe Dämmung, d. h. zu starker Verlust an Lautstärke durch den Gehörschutz)
n Das Tragen ist unbequem (Gefühl eines Fremdkörpers im Ohr)
n Es ist mühsam, den Gehörschutz überhaupt ins Ohr einzuführen
n Man kann während der Proben schlechter kommunizieren
n Wenn
bereits eine Schwerhörigkeit vorliegt, dämmt der Gehörschutz das restliche
Hörvermögen zu stark
n Man glaubt, dass es nicht notwendig sei, sein Gehör zu schützen
n Die Kosten für einen maßgefertigten MusikerInnen-Gehörschutz sind hoch (derzeit
ca. 200 €, muss bei Überschreiten der ungefährlichen Pegel aber von ArbeitgeberIn
bezahlt werden)
n Ästhetik (der Gehörschutz ist nur unter langem und offen getragenem Haar unsicht-
bar)
n Schamgefühle (als MusikerIn hat man schließlich ein gutes Gehör zu haben …)
Die Probleme sind vielfältig, und vielversprechende Produkte am Markt wie der ERTMGehörschutz sowie jahrzehntelange Forschung konnten diesen Anwendungsfall bisher
nicht zufriedenstellend lösen. Der Aspekt der gleichmäßigen Dämmung über alle Frequenzen ist für MusikerInnen besonders wichtig, weil sie nicht nur Sprache verstehen
(wie z. B. andere AnwenderInnen, die im Lärm arbeiten), sondern auch die Klangfarbe (das
Frequenzspektrum) ihres eigenen Instrumentes mit all seinen Obertönen sowie dasjenige
allfälliger Mitmusizierender genau wahrnehmen möchten.
Konventionelle Ohrstöpsel erfüllen diese hohen Ansprüche von vornherein nicht, weil sie
durch das Verschließen des Gehörganges die hohen Frequenzen übermäßig dämmen,
sodass in jedem Fall auf teure Maßanfertigungen zurückgegriffen werden muss.
Es wird in dieser Arbeit untersucht, ob der MusikerInnen-Gehörschutz sein Versprechen
am individuellen Ohr halten kann. Dazu wird ein Mikrofon in verschiedenen Gehörgängen
platziert und die Dämmung spektral, also pro Frequenz, gemessen.
Siehe Musicians’ Hearing Protection
21
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Vielleicht sind die geometrischen Bedingungen der individuellen Gehörgänge ein Grund,
weshalb die Dämmung nicht so gleichmäßig ausfällt wie vom Hersteller geplant, und das
wiederum könnte mit ein Grund sein für die seltene Verwendung von Gehörschutz bei
MusikerInnen.22
Siehe RICHTER / ZANDER / SPAHN, 2007, S. 53: Obwohl der MusikerInnen-Gehörschutz bei einem Vergleich mit
industriellen Gehörschutzen am besten abgeschnitten hat, tragen ihn 76 % der OrchestermusikerInnen beim Üben
nie, 53 % bei Orchesterproben nie und 58 % bei Aufführungen nie.
22
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3. Grundlagen
3.1 Anatomie des äußeren Gehörganges
Um die akustische Funktionsweise von MusikerInnen-Gehörschutz zu verstehen, muss
man mindestens den Aufbau des Gehörganges bis zum Trommelfell kennen. Im Folgenden wird erklärt, auf welche zwei Arten der Schall aufgrund der anatomischen Gegebenheiten gehört und gemessen werden kann.
3.1.1 Luftleitung
Der vom Menschen gehörte Luftschall tritt durch die Concha23 der Pinna24 auf den Meatus25 und wird durch diesen zur Membrana tympani26 weitergeleitet. Die Membran überträgt die Schallwellen mechanisch auf die Ossicula auditus27, welche ihrerseits durch die
Basis stapedis28 mit dem ovalen Fenster der Cochlea verbunden ist. Die verschiedenen
Größen der zwei Membranen (Trommelfell ca. 60 mm2, ovales Fenster ca. 3 mm2 29) verursachen durch ihre Kraft pro Fläche eine Verstärkung des Luftschalls, welche notwendig ist,
um die lymphatische30 Flüssigkeit im Innenohr zum Mitschwingen bewegen zu können.
Der gesamte Vorgang wird Luftleitung genannt (im Gegensatz zur Knochenleitung, siehe
unten).
Das menschliche Außenohr besteht aus der Pinna und dem Meatus (das Trommelfell gehört anatomisch gesehen bereits zum Mittelohr). Der äußere Gehörgang ist oval. Er hat
einen Durchmesser von durchschnittlich 8 Millimetern (kann aber auch deutlich größer
sein) und eine Länge von 3–3,5 Zentimetern.31 Er wird der Länge nach durch den Isthmus32
in zwei ungefähr gleich lange Teile geteilt: den äußeren, knorpeligen Teil, wo die Schmalzdrüsen angesiedelt sind, und den inneren, knöchernen Teil, wo eine dünne Hautschicht
direkt auf dem Knochen des Mastoïden33 zu liegen kommt. Der zweite Teil des Gehörganges ist mehr oder weniger stark nach hinten oben gebogen (siehe Abbildung 2).
Isthmus
Concha
Abbildung 2: Querschnitt eines rechten, äußeren Gehörganges
von vorne (Luftleitung = pink, knorpeliger Teil = hellbraun, knöcherner Teil = grün, Trommelfell = dunkelrot, Skizze)
Concha = lateinischer Begriff für die anatomische Senke, die zum Gehörgang führt
Pinna = lateinischer Begriff für Ohrmuschel
25
Meatus = lateinischer Begriff für äußeren Gehörgang
26
Membranae tympani = lateinischer Begriff für Trommelfell
27
Ossicula auditus = lateinischer Begriff für die Gehörknöchelchenkette (Hammer, Amboss, Steigbügel) im Mittelohr
28
Steigbügelplatte
29
Siehe PAWLATA, o. J., Kapitel 3, S. 5
30
Lymphe = gelbliche Körperflüssigkeit, bestehend aus Zellen und Lymphplasma
31
Siehe BOENNINGHAUS / LENARZ, 2005, S. 7
32
Isthmus = einmalige Verengung des Gehörgangsdurchmessers
33
Mastoïd: mit Hohlräumen durchsetzter Teil des Schläfenbeins (Schädelknochen), auch Warzenfortsatz genannt
23
24
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3.1.2 Knochenleitung
Obwohl die Anatomie des Gehörganges einfach zu beschreiben ist, kann sie doch von
Mensch zu Mensch stark abweichen, ganz zu schweigen von bereits operierten Ohren, deren Geometrie durch den Eingriff verstärkt individuelle Züge aufweist. Für die akustische
Beschallung hat das Auswirkungen, da die Raumgeometrie sehr klein ist und jede kleine
Änderung in Durchmesser, Länge und Beschaffenheit die akustischen Eigenschaften wie
Reflexionen34, stehende Wellen35 und Absorption36 beeinflusst.
Der Mastoïdknochen des Schädels, in den der Gehörgang und auch das Innenohr, die
Cochlea, eingebettet sind, kann durch Vibrationen zum Schwingen gebracht werden.
Auf diese Weise wird der Schall auf zusätzlichem, mechanischem Wege – anstatt über die
Pinna in den Gehörgang, über Trommelfell und Mittelohrknöchelchen zum ovalen Fenster der Cochlea – direkt via Knochenleitung zum Innenohr gebracht. Die Knochenleitung
kann auch über den Kiefer erfolgen (siehe Abbildung 3).
In der Cochlea erfolgt der eigentliche Hörvorgang mit Reizweiterleitung an den Auditorischen Kortex37.
Abbildung 3: Hörvorgang über Knochenleitung (Schädel = türkis, Pinna = violett, Gehörknöchelchenkette = blau, Cochlea = hellgrün,
Skizze)
Reflexion = Zurückwerfen von Wellen an einem harten Gegenstand
Stehende Wellen = Spezialfall der Reflexion: in sich selbst reflektierende Welle, die dadurch zu mehr Energie kommt
36
Absorption = Umwandelung des Schalls in Wärme durch einen geeigneten Gegenstand, auch Schallschluckung
genannt
37
Auditorischer Kortex = Hörzentrum in der Großhirnrinde, Endpunkt der Hörbahn
34
35
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3.2 MusikerInnen-Gehörschutz „Musician’s Earplug“ ER-15TM
Auf Abbildung 4 ist ein linkes Ohr einer Trägerin mit eingesetztem Gehörschutz dargestellt.
Abbildung 4: MusikerInnen-Gehörschutz im linken Ohr einer Trägerin –
www.etymotic.com/hp/erme.html am 20.10.2011
© Copyright Etymotic Research Inc. Used with permission.
Das äußere Ohr bildet akustisch gesehen ein halboffenes Rohr, welches mit der Länge
von ca. drei Zentimetern seine Resonanzfrequenz38 bei einer Frequenz von ungefähr
3’000 Hertz39 hat und dort den Schall um ca. 15–20 Dezibel40 verstärkt (das entspricht
einem Faktor von ungefähr 25). Diese „Konstruktion“ kommt vor allem der Sprachverständlichkeit zugute, weil sich im Frequenzbereich um 3 kHz Konsonanten befinden, die
leiser als Vokale klingen. Man spricht auch von Gehörgangsresonanz (siehe Abbildung
5: blaue Linie „UNPROTECTED EAR“). Das ER-15TM-Filter, das von Elmer Carlson41 in den
späten 1970er-Jahren42 bei der amerikanischen Firma Etymotic43 entwickelt wurde, ist ein
akustisches Filter44, welches diese durchschnittliche Resonanzüberhöhung bei 2,7 kHz
mit 15 dB passiver Verstärkung45 nachbildet. Dadurch soll der natürliche Frequenzgang
des äußeren Ohres bei der Dämmung durch den Gehörschutz trotzdem erhalten bleiben
(siehe Abbildung 5: rote Linie „WITH ER-15 EARPLUG“).
Damit das ERTM-Filter seine Wirkung optimal entfalten kann, darf kein Schall auf Nebenwegen in den Gehörgang gelangen. Der Gehörschutz muss das Ohr vollkommen abdichten.
Es muss also eine Maßanfertigung produziert werden. Dazu wird von einem Fachmann
Resonanzfrequenz = Eigenfrequenz eines schwingungsfähigen Systems / Frequenz, bei dem das System am besten
schwingt
39
1 Hertz = 1 Schwingung pro Sekunde
40
Dezibel, abgekürzt dB = logarithmisches Maß für die Lautstärke, bezogen auf die Ruhehörschwelle bei 1 kHz von 20
Mikropascal Schalldruck. Die Dynamik des menschlichen Ohres umfasst ca. 0-140 dB.
41
Siehe KILLION / DE VILBISS / STEWART, 1988
42
www.infield-safety.de/Gehoerschutz/produkte_spezial1.html am 30.9.2011
43
www.etymotic.com
44
Akustisches Filter = im Vergleich zum elektronischen Filter durch mechanische Komponenten erzeugte Auswahl von
Frequenzen
45
Passive Verstärkung: im Vergleich zur aktiven, elektronischen Verstärkung eben ohne Elektronik erlangte Verstärkung
38
Grundlagen
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Real-Ear Attenuation in dB
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Abbildung 5: REAR mit und ohne
ER-15TM – ER Fitting Guide
© Copyright Etymotic Research Inc.
Used with permission.
30
20
10
UNPROTECTED EAR
0
15 dB
-10
WITH ER-15 EARPLUG
-20
-30
125 250 500 1000200040008000
Frequency (Hz)
oder einer Fachfrau mit Silikon ein Ohrabdruck gemacht. Mittels eines aufwändigen Positiv-Negativ-Positiv-Verfahrens46 wird in einem sogenannten Otoplastik47-Labor der individuelle Gehörgang aus Kunststoff nachgebaut. Meistverwendete Materialien sind Silikon
und Acryl, da diese leicht formbar sind und meistens von der Haut gut vertragen werden.
In die Otoplastik wird nun ein von Etymotic vorgefertigter Filtereinsatz (siehe Abbildung
6) eingelassen, dessen Membran im Helmholtzresonator48 als Feder wirkt. Dann wird nach
individueller Geometrie eine als Masse wirkende Bohrung angebracht. So schwingt der
Resonator bei der definierten Frequenz und dämmt den einfallenden Schall bei der Resonanzfrequenz 2,7 kHz am wenigsten.
Abbildung 6: Filtereinsatz ERTM –
www.etymotic.com/hp/erme.html am 20.10.2011
© Copyright Etymotic Research Inc. Used with permission.
Das Produkt ERTM ist mit den Filtereinsätzen (Dämmwerten) 9, 15 und 25 dB erhältlich,
wobei die Filter von dem/der BenutzerIn eigenständig austauschbar sind. ERTM eignet sich
daher für MusikerInnen und BeschallerInnen, die auf ein lineares49 Spektrum im gesamten
Hörbereich angewiesen sind (bei anderen Gehörschutzen sind die hohen Frequenzen
immer übermäßig stark bedämpft). Das „linearste“ Filter wird ER-15TM genannt und ist von
den dreien derjenige mit 15 dB Dämmung.
48
49
46
47
Siehe VOOGDT, 2005, S. 169
Otoplastik = für das Ohr (Griechisch „oto“) angefertigte Form
Ein Helmholtzresonator ist ein Masse-Feder-System, welches gezielt bei einer Frequenz schwingt.
Linear = ebener Frequenzgang
Grundlagen
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Abbildung 7 zeigt den ER-15TM mit den vom Hersteller zertifizierten Dämmwerten50 mit
der Standardabweichung51:
Mittelwert der Schalldämmung
APV Vorausgesetzte Schutzwirkung
Standardabweichung max
30
25
20
15
10
5
0
125 250 500 1000200040008000
Abbildung 7: Dämmwerttabelle ER-15TM (x-Achse in Hertz, y-Achse in dB) – www.neuroth.at/upload/
file/110125_Elacin_de.pdf am 27.1.2012
50www.infield-safety.de/Gehoerschutz/produkte3.html am 20.10.2011
51ÖNORM EN 13819-2 2003
Grundlagen
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4. Messmöglichkeiten der Gehörschutzdämmung –
Stand der Technik
Im folgenden Abschnitt werden normierte Messungen zur Verifikation einer Gehörschutzdämmung erklärt und deren Vor- und Nachteile beschrieben. Man muss dabei zwischen
subjektiven und objektiven Messmethoden unterscheiden.
4.1 Subjektive Messmethode
Bei einer subjektiven Messmethode ist der/die PrüferIn auf die Mitarbeit des/der Pro­
bandIn angewiesen. Eine objektive Testmethode würde unabhängig von dem/der ProbandIn erfolgen. Die meisten Audiometrieverfahren52 basieren auf subjektiven Testmethoden. Wird die Dämmung von Gehörschutzen mit einer subjektiven Methode gemessen,
so wird de facto ein Hörtest mit und ohne Gehörschutze durchgeführt. Auf Englisch wird
dieses Verfahren „Real Ear Attenuation at Threshold53 genannt und mit den Initialen REAT
abgekürzt (siehe Abbildung 8).
Bei einem Hörtest wird das Hörvermögen an der Hörschwelle gemessen. Als Prüfsignal
kommen pulsierende Sinustöne (pip-pip-pip), Wharbletöne53 oder Schmalbandrauschen
infrage. Für jede zu untersuchende Frequenz wird die jeweils notwendige Lautstärke notiert, bei welcher der/die ProbandIn gerade zu hören beginnt. Alle leiseren Testwerte werden von dem/der ProbandIn nicht mehr wahrgenommen.
Als Schalldämmung gilt beim REAT-Verfahren die
„Differenz in dB zwischen den Hörschwellen beim Tragen des Gehörschützers und ohne
Gehörschützer“.54
Abbildung 8: REAT = Hörschwelle ungeschütztes Ohr
„minus“ Hörschwelle geschütztes Ohr – GAUDREAU u. a.,
2008, S. 72
REAT =
Seuil d’audition
(oreille non-protégée)
-
Seuil d’audition
(oreille protégée)
Audiometrieverfahren = Hörprüfverfahren
Wharbleton = frequenzmodulierter Sinuston mit einer Mittenfrequenz
54
ÖNORM EN 24869-1
52
53
Messmöglichkeiten der Gehörschutzdämmung – Stand der Technik
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Es kann zunächst befremdend wirken, dass die Wirkung von Gehörschutzen mit dem
REAT-Verfahren bei leisen Pegeln gemessen wird, obwohl Gehörschutze ja erst bei lauteren Pegeln55 zum Einsatz kommen. Wegen der Unvorhersehbarkeit und fehlenden Reproduzierbarkeit der Störgeräusche in Lärm erfülltem Umfeld ist die Messung in Ruhe aber
viel einfacher zu realisieren. Obwohl die Schalldämmung an der Hörschwelle gemessen
wird, soll sie laut Norm auch für die Schalldämmung bei größeren Lautstärken gelten.56
Diese Übereinstimmung der Messwerte an der Ruhehörschwelle und bei größeren Lautstärken ist wichtig, weil ein Gehörschutz prinzipiell für eine lärmige Umgebung konzipiert
ist. Die REAT-Messung ist einzig für die Dämmungsmessung von aktivem, pegelabhängigem Gehörschutz nicht geeignet.
Für das diffuse Schallfeld57, in dem gemessen wird, gilt die Bedingung, dass die Nachhallzeit58 (ohne die Versuchsperson) nicht länger als 1,6 Sekunden dauern darf.
Geprüft wird mit Pink Noise59, welches in Terzbänder60 mit den Mittenfrequenzen 63, 125,
250, 500 Hz, 1, 2, 4 und 8 kHz gefiltert ist.61
Ebendiese Norm merkt folgende Messunsicherheit an:
„Bei niedrigen Frequenzen (unterhalb von 500 Hz) kann die Schalldämmung als Folge von
Verdeckungseffekten durch physiologische Geräusche bei der Messung der Hörschwelle
bei aufgesetzten Gehörschützern um wenige Dezibel überschätzt werden.“62
Es bestehen die Messunsicherheiten jedweder subjektiven Audiometrie: PatientIn und
PrüferIn müssen zusammenarbeiten und stellen so (bewusst und unbewusst) menschliche Fehlerquellen dar.63
Die REAT-Messung wird auch „Goldener Standard“ genannt und wurde 1957 in Amerika
entwickelt. Sie war die erste Gehörschutzüberprüfung, die in einer Norm standardisiert
wurde.64 Erstmals wurde hier darauf geachtet, dass nur ProbandInnen in die Messungen
miteinbezogen wurden, die das Tragen von Gehörschutz gewohnt waren und ihn auch
richtig aufsetzen oder in den Gehörgang einführen konnten.65 Die REAT-Messung ist die
57
58
59
60
61
62
63
64
65
55
56
Pegel = Lautstärke, Englisch Level mit L abgekürzt, in Dezibel angegeben
ÖNORM EN 24869-1
Diffuses Schallfeld: durch Reflexionen gleichmäßig im Raum verteilter Schall, wobei der Schalldruck überall gleich
groß ist.
Nachhallzeit: Zeit, die verstreicht, bis ein abgeschaltetes Signal um 60 dB Pegel verliert. Raumabhängig.
Pink Noise = Rosa Rauschen: Weißes Rauschen (gleiche Energie über alle Frequenzen) mit -3 dB Intensität pro Oktave,
dem frequenzmäßig logarithmisch funktionierenden menschlichen Innenohr angepasst (gleiche Energie pro Oktave)
oder: spektrale Leistungsdichte umgekehrt proportional zur Frequenz, d. h. unbewertete Oktavband-Schalldruckpegel
in allen Oktavbändern gleich.
Eine (musikalisch große) Terz entspricht einem Drittel einer Oktave, einem Frequenzverhältnis von 5:4.
Verweis in ÖNORM 248769-1 auf die IEC 225. Die verwendeten Terzbandfilter müssen der ÖVE/ÖNORM EN 61260+A1
Filterklasse1 (von 0-2) entsprechen. Die zulässigen Dämmwerte der Bandeckfrequenzen sind in der DIN 266 festgelegt.
ÖNORM 248769-1
Siehe MROWINSKI / SCHOLZ u. a., 2006, S. 22
Siehe BERGER, 2005
Siehe BERGER, 1985
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einzige, welche auch die Schallübertragung via Knochenleitung ins Innenohr automatisch
berücksichtigt (siehe auch 3.1.2).
Im deutschen Sprachraum wird die REAT-Methode bei der Baumusterprüfung für Gehörschutzstöpsel66 verwendet. Es werden 16 ProbandInnen benötigt, die keinen Hörverlust
von mehr als 15 dB unterhalb von 2 kHz und mehr als 25 dB oberhalb von 2 kHz aufweisen
dürfen.67 Es wird dann die Hörschwellenmessung mit und ohne Gehörschutz68 durchgeführt und die durchschnittliche Dämmung mit einer Standardabweichung69 abgeglichen.
Die so ermittelten Werte stellen den APV-Wert (Assumed Protection Value)70 dar, der die
Grundlage für alle weiteren Vergleichsberechnungen bildet. Die Mindestschalldämmung
für eine Produktzulassung nach dem Medizinproduktegesetz ist in Abbildung 9 dargestellt.
Frequenz (Hz)
APVf (dB)
125
250
500
1000
2000
4000
5
8
10
12
12
12
Vorgeschriebene Werte des APV für die CE-Kennung
8000
12
Abbildung 9: Mindestschalldämmung nach Baumusterprüfung – www.infield-safety.de/gehoerschutz/
bilddaten/downloads/infield_basiswissen.pdf am 27.1.2012
REAL-EAR ATTENUATION (dB)
Abbildung 10 zeigt REAT-Ergebnisse mit dem Produkt ER-15TM im Vergleich zu anderen,
nicht gleichmäßig dämmenden Gehörschutzen. Nach dieser Testmethode scheint die
Gleichmäßigkeit der Dämmung erwiesen.
0
ER-15 Flat-Attenuation
Custom Earplug
10
20
30
40
Abbildung 10: Vergleich von REAT-Messungen
mit ER-15TM und anderen Gehörschutzen –
KILLION, 1993, S. 428
© Copyright Etymotic Research Inc. Used with
permission.
Fiberglass
Premolded
Foam
50
.125.250.500 1.0 2.0
3.15
4.0
6.5
8.0
FREQUENCY (kHz)
ÖNORM EN 352-2:2002
ÖVE/ÖNORM EN 61260+A1 weist darauf hin, dass „die anatomischen Gegebenheiten der an der Messung nach
ISO 4869-1 beteiligten Testpersonen den Gegebenheiten der tatsächlichen Benutzer entsprechen“ müssen. Das
bedeutet, dass bei den Testpersonen durchschnittliche Anatomien bevorzugt werden müssen, um ein glaubwürdiges
Messresultat zu erreichen. Wie diese „Durchschnittlichkeit“ auszusehen hat, ist nicht beschrieben.
68
ÖNORM EN 24869-1
69
EN 13819-2
70
APVf -Wert: Assumed Protection Value. Verlangt wird für die CE-Zulassung in Medizintechnik ein Mindestwert in dB pro
Oktavband mit Mittenfrequenz f, mit welchem der Gehörschutz dämmen muss. Der APV bildet sich aus dem gemessenen
Mittelwert pro Oktavband Mf minus der Standardabweichung sf : APV = Mf – sf (siehe ÖNORM EN 352-2:2002)
66
67
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4.1.1 Oktavpegel-Verfahren
Die Dämmwirkung APV des Gehörschutzes wurde also nach der REAT-Methode (siehe 4.1)
ermittelt. Für das Oktavpegel-Verfahren wird jetzt zusätzlich das Geräusch gemessen, in
dem sich der/die GehörschutzträgerIn aufhält, wenn er/sie den Gehörschutz tragen will.
Daraus wird der A-bewertete Schalldruckpegel71 L’A, der auf den/die Gehörschutzträgerin
einwirkt, folgendermaßen berechnet:72
f
Mittenfrequenz des Oktavbandes
Lf
Oktavband-Schalldruckpegel des Geräusches
Af
Frequenzbewertung A
APVf Wert der angenommenen Schutzwirkung des Gehörschutzes73
Der APV-Wert aus 4.1 muss für dieses Verfahren bekannt sein. Das Oktavpegel-Verfahren
nimmt Bezug auf das Geräusch, in dem sich der/die GehörschutzträgerIn aufhält, und
muss daher für jede neue Geräuschsituation auch neu gemessen und berechnet werden.
4.1.1.1 HML-Berechnung (High-Middle-Low-Berechnung)74
Das in 4.1.1 vorgestellte Vorgehen stellt einen Idealfall dar. Meistens kann man nämlich
den Geräuschpegel nicht messen, da es sehr aufwändig ist, an den speziellen Örtlichkeiten mit dem Messequipment zu erscheinen und für jedeN LärmarbeiterIn persönliche
Messwerte zu sammeln. Deswegen hat man vereinfachte Verfahren gefunden, um die
Dämmwirkung ohne Kenntnis des Lautstärkepegels, in dem der Gehörschutz später getragen wird, zu errechnen. In einer Norm sind zu diesem Zweck acht Referenzgeräusche
mit Pegeln in Oktavbändern aufgeführt.75
Der Hersteller muss hierbei die Dämmwerte seines Produktes für drei Frequenzbereiche
angeben:
H-Wert (high)
Dämmungswert für den hochfrequenten Bereich von 2–8 kHz
M-Wert (middle)
Dämmungswert für den mittelfrequenten Bereich von 0,5–2 kHz
L-Wert (low) Dämmungswert für den tieffrequenten Bereich von 125–500 Hz
A-bewerteter Schalldruckpegel: Das Frequenzspektrum des menschlichen Ohres erfolgt laut Fletcher und Munson
(siehe VEIT, 2005, S. 125) nicht linear. Die A-Bewertung bildet mit einem elektronischen Filter den Frequenzverlauf für
leise Pegel nach. Festgelegt in DIN EN 60651.
72
ÖNORM EN ISO 4869-1:1994
73
Siehe Benutzung von Gehörschutz, S. 42 und 4.1
74
ÖNORM EN ISO 4869-1:1990
75
ÖNORM EN ISO 4869-2:1994
71
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Mit diesen drei Werten wird eine Minderung des Geräuschpegels pro Frequenzband angegeben. Dazu muss man das Umgebungsgeräusch mit seinem A- und C-bewerteten76
Schallpegel einschätzen können (dB-Werte in der Normtabelle als Laf(k)i ablesbar). Es wird
ein APVfx-Pegel pro Oktavband77 berechnet, wobei das fx die Mittenfrequenz des jeweiligen Oktavbandes bezeichnet. Dann wird mit einem Faktor α multipliziert, der die Zuverlässigkeit der Schalldämmung angibt. Bei der HML-Messung ist α = 0,84.78 Die Schutzwirkung des HML-bewerteten Gehörschutzes ist also ca. 80 %. Das Ergebnis wird in der Folge
APVf80 genannt.
mf
Mittenfrequenz des Oktavbandes
sf Standardabweichung in dB
Mit den APVf80-Werten und den A-bewerteten Oktavband-Schalldruckpegeln des Geräusches Laf(k)i aus der Normtabelle werden jetzt die HML-Werte berechnet:
Die High-Middle-Low-Berechnung dient der weiteren Vereinfachung bei der Wahl von
vorgefertigten Gehörschutzen, von denen es mittlerweile unzählige am Markt gibt. Weicht
der HML-Wert in einem Frequenzband um mehr als 3 dB von den benachbarten Frequenzbändern ab, wird der Gehörschutz mit einer anderen Dämmwirkung eingestuft.
4.1.1.2 SNR – Single Number Rating79
Wie die HML-Werte wird auch der SNR-Wert aus dem Oktavpegel-Verfahren gewonnen.
Der SNR-Wert (Single Number Rating) ist eine auf einen Wert in dB reduzierte Geräuschpegelminderung, der die durchschnittliche Dämmung über den Frequenzbereich von
63–8’000 Hertz in einer einzigen Zahl angibt. Das Bezugsgeräuschspektrum ist hierbei ein
gewichtetes Rosa Rauschen.80
78
79
80
76
77
C-Bewertung: im Vergleich zur A-Bewertung bei leisen eine Bewertung bei höheren Pegeln (ca. 80-90 Phon)
Siehe 4.1 APV = Assumed Protection Value
ACHTUNG: Bei der Prüfung von Gehörschutzen nach ÖNORM EN 352-2:2003 muss der Parameter α = 1 sein!
SNR = Single Number Rating, auf einen einzigen Wert in dB reduzierte Geräuschpegelminderung
Aus Tabelle in ÖNORM EN ISO 4869-2:1994 ablesbar: Pro Frequenz ist ein dB-Wert angegeben, in Summe ergeben sich
genau 100 dB.
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Die SNR-Methode ist, nach dem HML-Verfahren, eine weitere Methode zur Vereinfachung
bei der Auswahl von konventionellen Gehörschutzen. Der SNR-Wert liegt durchschnittlich
3-4 dB über dem im HML-Verfahren ermittelten M-Wert.81
4.1.1.3 NRR – Noise Reduction Rating82 und Real World Comparison83
Der NRR (Noise Reduction Rating = Lärmunterdrückung) muss in den USA angegeben
werden und wird, im Vergleich zu den vorher vorgestellten Methoden HML und SNR, nicht
an der Hörschwelle, sondern überschwellig84 ermittelt. Es wird also ein Hörtest im Störlärm
durchgeführt und die Dämmung wie beim SNR in einer einzigen Zahl zusammengefasst.
Der Vollständigkeit halber sei hier die Berechnung aus der Norm angeführt:85
Interessant ist die genannte „Real World Comparison“: Sie vergleicht die im Labor ermittelten NRR-Dämmwerte mit denjenigen Dämmwerten, die eine GehörschutzträgerIn
tatsächlich im Alltag erlebt. Die im Labor festgestellten NRR-Werte (siehe Abbildung 11:
graue Balken) weichen erheblich von den Werten, die unter realen Arbeitsbedingungen
(siehe Abbildung 11: schwarze Balken) gemessen wurden, ab.
Noise Reduction Rating (dB)
Figure 1 - Comparison of NRRs published in North America (labeled values based
upon laboratory tests), to real-world “field” attenuation results derived from 20 sep­
arate studies.
Laboratory
30
Abbildung 11: NRR-Labor­
werte im Vergleich zu Feldwerten – BERGER, 1993,
© Elliott Berger, 3M, India­
napolis, IN
25
20
15
Field
10
5
C
D
ow
n
u
So st
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dB
U an
ltr
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PO 51
P/ R
So
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r
1
Bi H7 3
so P3
m E
U
F1
0
83
84
85
81
82
Siehe Benutzung von Gehörschutz, S. 19
NRR = Noise Reduction Rating, Lärmunterdrückung
Real World Comparison = Vergleich mit der Realität, Siehe BERGER, 1993
Bei Pegeln, die lauter sind als die Hörschwelle bei 20 Mikropascal
Siehe www2.cdc.gov/hp-devices/pdfs/calculation.pdf am 27.1.2012
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Die meisten Gehörschutze dämpfen zu stark, sodass auch wichtige Geräusche (z. B. Kommunikation, Alarmsignale) nicht mehr gehört werden können. Außerdem werden bei konventionellem Gehörschutz die hohen Frequenzen stärker gedämpft als die tiefen, was das
Verstehen von Sprache erschwert, vor allem, wenn z. B. bereits eine Lärmschwerhörigkeit
besteht. Zur Abhilfe werden diese von den BenutzerInnen z. T. nicht so tief eingeführt wie
empfohlen oder es wird sogar ein Loch hineingebohrt et cetera.86 Benötigt werden also
meistens keine 20–30 dB Schalldämmung, sondern nur einige bis ca. 10 dB.87 Eine wirklich
hohe Dämmung ist nur im Militär (z. B. bei Schusslärm) oder bestimmten Bauarbeiten (z. B.
Presslufthammer, Metallbau) erwünscht.
Auch der NRR ist nicht das alles aussagende Mittel, was die Wirksamkeit von Gehörschutzen betrifft. Außerdem wird auch hier nichts über die spektrale Verteilung der Dämmung
ersichtlich.
4.2 Objektive Messmethoden
Im Gegensatz zu den subjektiven Messmethoden, wie sie in 4.1 beschrieben wurden, ist
bei den objektiven Messmethoden keine Mitarbeit des/der ProbandIn erforderlich.
4.2.1 Messung mit Sondenschlauch
Zur Überprüfung der Dämmwirkung eines Gehörschutzes (oder auch eines Hörgerätes)
kann eine sogenannte Sondenmessung gemacht werden. Dabei wird ein sehr dünner
Schlauch von wenigen Zentimetern Länge auf ein Mikrofon gesetzt und dann in den Gehörgang eingeführt.
Der dünne Sondenschlauch stellt ein akustisches Tiefpassfilter88 dar. Dieses muss vor der
eigentlichen Messung aus dem Frequenzgang des Mikrofons herausgerechnet werden.
Dieser Vorgang wird Kalibrierung89 genannt.
Das Gerät RM50090 wurde von der Firma Etymotic zur Überprüfung der Wirksamkeit der
Gehörschutze entwickelt. Der Sondenschlauch wird 0,64 cm (= ¼ Zoll91) vor dem Trommelfell und das Referenzmikrofon beim Ohrläppchen angebracht. Dann wird ein Frequenzgang von 250–6’000 Hz in Terzen oder Halbtönen gemessen.
In einem ersten Durchgang wird der Schallpegel vor dem Trommelfell ohne Gehörschutz
gemessen. Danach wird der Gehörschutz eingesetzt und noch einmal gemessen. Die Autoren geben als Bild-Beispiel (siehe Abbildung 12) leider nur eine Messung mit einem
Standard-Schaumstöpsel an. Dabei wird der Gehörgang im Gegensatz zum ERTM-Filter
88
89
90
91
86
87
Siehe BERGER, 1980
Siehe KILLION, 1993
Filter, welches nur tiefe Frequenzen unterhalb einer zu bestimmenden Grenzfrequenz passieren lässt.
Messung, Dokumentation und Berücksichtigung von Abweichungen eines Systems von der Norm
Siehe CHASIN, 1998
www.jerstedt.com/zoll__zentimeter.htm am 26.9.2011
Messmöglichkeiten der Gehörschutzdämmung – Stand der Technik
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komplett verschlossen und die natürliche Gehörgangresonanz zerstört, weshalb eine
schalldämmende Senke um bis zu 40 dB bei ungefähr 3 kHz zu beobachten ist.
Abbildung 12: Frequenzspektrum einer Dämmung mit
Sondenmessung –
CHASIN, 1998
Problematisch ist bei der Sondenmessung, dass die Dichtigkeit des Gehörschutzes unter
dem Schlauch leidet. Auch kann der Sondenschlauch durch den Gehörschutz zerdrückt
werden und fehlerhafte Messergebnisse liefern. Bei maßgefertigtem Gehörschutz, der
dicht an der Haut aufliegt, ist diese Messmethode daher nicht unbedingt zu empfehlen.
Laut Marshall Chasin, amerikanischer Audiologe und Direktor der Forschungsabteilung
der MusikerInnen-Klinik in Toronto, Kanada, ist sie aber nach wie vor Standard bei Messungen der Gehörschutzwirkung.92
Das Sondenschlauchmessverfahren zeigt auch deswegen Grenzen auf, weil jedes Mikrofon ein Eigenrauschen aufweist und die verwendbare Dynamik in den hohen Frequenzen
nach der Schlauchkalibrierung deutlich kleiner wird (zur Erinnerung: Herausrechnen der
Tiefpasscharakteristik, also Höhenanhebung). Heikel ist es demnach, leise und hohe Töne
zu messen.
Eine weitere Fehlerquelle bildet die Platzierung der Sonde im Gehörgang. Das Einsetzen
der Sonde ist gefährlich, weil man das Trommelfell des/der ProbandIn berühren könnte,
was für diesen sehr schmerzhaft ist. Eine ernsthafte Durchstechungsgefahr besteht hingegen nicht, da der Schlauch meistens sehr weich gestaltet und am Ende zugespitzt ist.
Oft verrutscht die Sonde aber nach der ersten Messung beim Einsetzen des Gehörschutzes und liefert dann verfälschende Resultate. Präzises Arbeiten mit dem Otoskop93 wird
empfohlen, und eine Einarbeitungszeit ist zwingend notwendig.
E-Mail vom 8.9.2011, siehe Anhang 10.8
Lampe mit Vergrößerungsglas, welche mit einem Trichter in den Gehörgang eingeführt werden kann
92
93
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4.2.2 MIRE-Verfahren
Das MIRE-Verfahren soll hier genauer erläutert werden, weil eine ähnliche Messanordnung
bei der durchgeführten Untersuchung (siehe 5.2) zur Anwendung kommt.
4.2.2.1 Beschreibung MIRE-Verfahren
Der Einfachheit halber und vor allem um der Reproduzierbarkeit willen sind Messungen
an Messpuppen94 Standard geworden. Sie haben jedoch den Nachteil, dass die Steifigkeit
und die Form der artifiziellen Ohrmuschel die Genauigkeit der Messungen beeinflussen.
Der benutzbare Messbereich ist zusätzlich beschränkt auf 20–10’000 Hz.
Um diese Nachteile auszugleichen, wurde ein Messverfahren am echten menschlichen
Ohr entwickelt: das MIRE-Verfahren95. Dabei wird ein Miniaturmikrofon (Querschnitt an
jedem Ort im Gehörgang inklusive Kabel ≤ 5 mm2) vor dem Trommelfell platziert, wobei
die Fehleranfälligkeit in der Messung bei der Größe des Mikrofons (Reflexion von kleinen
Schallwellenlängen) und dessen Platzierung liegt (siehe 4.4.3). Außerdem muss das Mikrofon die realen Bedingungen, also den Kontakt mit Schweiß und Ohrenschmalz, aushalten, was wiederum Kosten verursacht (da man das Mikrofon nur wenige Male mit voller
Funktionstüchtigkeit benutzen kann). Die anatomische Geometrie eines Gehörganges ist
von Mensch zu Mensch verschieden (und nicht standardisiert wie bei einer Messpuppe),
deswegen muss – um der Reproduzierbarkeit willen – die Messung an mehreren Versuchspersonen stattfinden. Die Messung ist aber dann theoretisch (je nach Mikrofon und Versuchsaufbau) in einem Frequenzbereich von 20–16’000 Hz anwendbar. Das Ergebnis wird
als freifeldbezogener bzw. A-bewerteter, äquivalenter Dauerschalldruckpegel angegeben.
Im Folgenden wird auf die Messaufstellung im Diffusfeld (siehe 4.1) Bezug genommen.
Diverse Sicherheitsbestimmungen müssen beim Einbringen der elektrischen Zuleitung in
das Außenohr natürlich eingehalten werden.96
4.2.2.2 Begriffsbestimmung
„Gehörgangsmesspunkt
Bezeichnet diejenige Stelle im Gehörgang, an welcher der
Schalldruck gemessen wird
Lear
Äquivalenter Dauerschalldruckpegel, gemessen am Gehörgangsmesspunkt ohne Gehörschutz
Lear,exp
Äquivalenter Dauerschalldruckpegel, gemessen am Gehörgangsmesspunkt mit Gehörschutz
Künstlicher Torso mit Mikrofonen in den Ohren
MIRE = Microphone in Real Ear, siehe ÖNORM EN ISO 11904-1:2003
96
IEC 60065 und IEC 60601-1
94
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Lear,exp, f
Lear, exp in Terzbändern mit folgenden Mittenfrequenzen
f in Hertz:
100 125160200250 315 400 500
630 800 100012501600 2000 2500 3150
4000500063008000100001250016000
LDF, H
Diffusfeldbezogener Schalldruckpegel; Schalldruckpegel
eines diffusen Schallfeldes, das den gemessenen Schalldruckpegel Lear,exp im Gehörgang erzeugt, wenn die Versuchsperson einem Diffusfeld ausgesetzt ist
∆LDF, H,f
Differenz in Terzbändern f zwischen
a) dem Schalldruckpegel am Gehörgangsmesspunkt, der
gemessen wird, während die Versuchsperson einem Diffusschallfeld ausgesetzt ist, und
b) dem Schalldruckpegel desselben Schallfeldes, der in Abwesenheit der Versuchsperson gemessen wird
Offener Gehörgang
Gehörgang, in dem mögliche Fremdkörper (wie Mikrofon,
Halterungselemente und elektrische Zuleitungen) an jedem Punkt entlang des Gehörganges weniger als 5 mm2
der Querschnittsfläche einnehmen.
Geschlossener Gehörgang
Gehörgang, in dem ein Fremdkörper (z. B. Ohrstöpsel) an
einer beliebigen Stelle im Gehörgang die gesamte Querschnittsfläche einnimmt.“97
4.2.2.3 Messung und Auswertung
Der Schall muss frontal auf die Versuchsperson treffen, wobei der Bezugspunkt der Mittelpunkt der Verbindungslinie zwischen den beiden Gehörgangsöffnungen der Versuchsperson ist. Die Schalldruckpegel benachbarter Terzbänder dürfen sich um nicht mehr als 3 dB
unterscheiden, und „ein Signal-Rausch-Verhältnis von wenigstens 10 dB muss in jedem
Terzband sichergestellt sein.“98
Nach ÖNORM EN ISO 11904-1:2003 zitiert aus Abschnitt 3, S. 6 f.
ÖNORM EN ISO 11904-1:2003 Abschnitt 10.7, S. 15
97
98
Messmöglichkeiten der Gehörschutzdämmung – Stand der Technik
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Die Korrekturen oder auch die Kalibrierung des Messmikrofons sind laut ebendieser Norm
nicht sehr problematisch:
„Wenn dasselbe Miniatur- oder Sondenmikrofon für Messungen des zu untersuchenden
Geräuschs und Messungen im Bezugsschallfeld verwendet wird, kann auf die Korrekturen
mit dem Druckfrequenzgang des Miniatur- oder Sondenmikrofons […] verzichtet werden,
da diese sich im Endergebnis aufheben. Außerdem ist aus demselben Grund die exakte
Kalibrierung des Miniatur- oder Sondenmikrofons in diesen Fällen weniger kritisch.“99
Die Messdauer ist je nach Frequenz des Terzbandrauschens, wie in 4.2.2.3 beschrieben,
verschieden einzustellen:
und
Die Dämmung des Gehörschutzes wird mit dem so eingestellten Terzbandrauschen
gemessen und danach mit der Diffusfeldkorrektur ∆LDF,H,f korrigiert. So erhält man den
diffusfeldbezogenen Terzband-Schalldruckpegel. Dieser wird wiederum mit dem A-Bewertungsfilter Af korrigiert, sodass man jetzt den diffusfeldbezogenen, A-bewerteten
äquivalenten Dauerschalldruckpegel ∆LDF,H,Aeq erhält:
Ebenda Abschnitt 10.9, S. 15
99
Messmöglichkeiten der Gehörschutzdämmung – Stand der Technik
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Abbildung 13: Mögliche MIRE-Messpunkte – VOIX / LAVILLE, 2004, Folie 21
VOIX und LAVILLE100 beschreiben die Messung anschaulich, bezeichnen die Parameter
jedoch etwas anders als die deutsche Norm (siehe Abbildung 13):
Wird eine Messung mit und ohne Material im Ohrkanal durchgeführt, so nennt man die
Differenz der beiden Messungen „Insertion Loss IL“ (siehe Abbildung 14). Dieser Begriff
ist auch in der Hörgeräteakustik üblich geworden. Bei der Messung im ungeschützten
Gehörgang wird bei VOIX und LAVILLE ein Korrekturwert NR0 implementiert, wobei das
„Schallfeld ohne störenden Kopf“ gemessen und davon der Schalldruck vor dem Trommelfell ohne Gehörschutz subtrahiert wird (nach ÖNORM „Diffusfeldkorrektur“ genannt).
Abbildung 14: Insertion Loss =
Schalldruck vor Trommelfell im
ungeschützten Ohr – Schalldruck
am Trommelfell im geschützten Ohr
– GAUDREAU u. a., 2008, S. 71
Siehe VOIX / LAVILLE, 2004
100
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Die Differenz zwischen IL und NR0 ergibt die Transfer Function of the Outer Ear (TFOE)101:
102
Die TFOE ist nun ein für jedes menschliche Ohr individueller Wert ähnlich der vielleicht
bekannteren Head Related Transfer Function (HRTF)103.
Auch das Ergebnis dieser Messung sagt – im Vergleich zur REAT-Messung – leider nichts
über den Anteil des Schalls aus, der durch die Knochenleitung auf das Innenohr übertragen wird (siehe 3.1).
4.2.3 Field-MIRE-Verfahren
Beim Field104-MIRE-Verfahren, auch F-MIRE-Verfahren genannt, handelt es sich um ein
reduziertes MIRE-Verfahren, da das innere Mikrofon nicht vor dem Trommelfell platziert,
sondern mit einer Bohrung in den Gehörschutz gesteckt wird. Die Differenz vom Schalldruckpegel am Trommelfell und im Gehörschutz wurde mit Messpuppen (hier HATS105
genannt) und menschlichen Versuchspersonen ausgemessen und wird Finite-Difference
Time-Domain (FTDT)106 genannt. Diese Korrektur muss nun in die Messung eingebracht
werden.
Eine Untersuchung über die Differenzen der FDTD an HATS und derjenigen an menschlichen Subjekten kam zum Schluss, dass
„further research should clarify the relation between this individual transfer function on
the first hand and the specific characteristics of the hearing protector and ear canal on
the other“107,
also dass noch weitere Forschungen notwendig sind, um die Beziehung zwischen der
individuellen Übertragungsfunktion des Außenohres und der Übertragungsfunktion des
Außenohres mit Gehörschutz beschreiben zu können.108
TFOE = Transfer Function of the Outer Ear, Übertragungsfunktion des Außenohres
Siehe GAUDREAU u. a., 2008
103
HRTF = Head Related Transfer Function, von Mensch zu Mensch verschiedene Außenohr-Übertragungsfunktion,
beschreibt die Filterwirkung von Rumpf, Kopfform, Haar und Ohrmuschel
104
„Field“ bezeichnet, dass die Messung nicht im Labor, sondern am Arbeitsort des/der Gehörschutz-TrägerIn
durchgeführt wird.
105
HATS = Head And Torso Simulator; Büste mit Rumpf und Kopf, die der Nachahmung der Beugungseffekte durch den
menschlichen Körper bei akustischen Messungen dient. Messpuppe
106
FDTD = Finite-Difference Time-Domain, siehe BOCKSTAEL / VINCK / BOTTELDOOREN, 2010
107
Siehe BOCKSTAEL / VINCK / BOTTELDOOREN, 2008
108
Frei übersetzt von der Autorin
101
102
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4.3 Nicht-akustische Messung: Dichtigkeitsprüfung
Ein Gehörschutz, der zum medizinischen Schutz eines/r ArbeitnehmerIn angefertigt wird,
muss vor seiner Verwendung auf tatsächliche Dichtigkeit109 im Ohr des/der zukünftigen
TrägerIn überprüft werden. Diese Dichtigkeit wird monaural110, also pro Ohr einzeln, gemessen.
Abbildung 15: Dichtigkeitsprüfung –
www.infield-safety.de/Gehoerschutz/produkte_spezial1.html
am 27.1.2012
Bei der Prüfung wird ein Sondenmikrofon (ähnlich 4.2.1) vor dem Gehörschutz in den
Ohrkanal bis vors Trommelfell eingeführt (siehe Abbildung 15). Damit wird dort der Geräuschpegel gemessen, währenddem ein zweites Mikrofon den Geräuschpegel an der
Außenseite misst. Die Differenz zwischen den beiden Lautstärkepegeln definiert dann die
Dichtigkeit des Gehörschutzes.111
Liegt der Gehörschutz passgenau auf der knorpeligen Haut der Pinna und ragt er eventuell sogar bis in den knöchernen Gehörgangsteil hinein, wird eine optimale Dämmwirkung
erzielt.
Das für diese Messung zu verwendende Gerät heißt Seal- & Occlusion-Meter ER-33 und
wird ebenfalls von der Firma Etymotic hergestellt.112 Laut Angabe von Patty Niquette113,
Audiologin in der Forschungsabteilung der Firma Etymotic, wiesen 44 % ihrer 2009 zu
Qualitätszwecken untersuchten Gehörschutze eine Dichtigkeit von mehr als 25 dB auf,
66 % hatten immerhin eine Dichtigkeit von mehr als 20 dB. Ist die Dichtigkeit des Gehörschutzes nicht gegeben, kann auch die Dämmung nicht gewährleistet werden.
Dichtigkeit: im Folgenden auch engl. „Seal“ genannt
Zusammensetzung vom Griechischen „mono“ = eins und dem Lateinischen „aural“ = das Ohr betreffend
111
www.infield-safety.de/Gehoerschutz/produkte_spezial1.html am 27.9.2011
112
Siehe ER33 Bedienungsanleitung
113
www.healthyhearing.com/content/interviews/Research/Hearing/31789-Topicmusicians-ear-plugs am 27.9.2011
109
110
Messmöglichkeiten der Gehörschutzdämmung – Stand der Technik
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4.4 Weitere kritische Parameter
Einige akustische Parameter werden in keinem der oben beschriebenen Testverfahren
verifiziert. Sie werden entweder vom Hersteller verlangt (und nicht von einer Norm) oder
sind technisch zum heutigen Zeitpunkt nur mit immensem Zeitaufwand messbar.
4.4.1 Akustische Masse
Die Membran des einsetzbaren Filterteils von ERTM stellt im Schwingkreis die akustische
Feder dar (im Englischen „compliance“ genannt mit 0,21 akustischen Mikrofarad). Dieser
Schwingkreis kann als elektronische Analogie dargestellt werden (siehe Abbildung 16).
Die Luft im Schallkanal ist die akustische Masse (mit 0,02 akustischen Henry).114 Diese
muss in die jeweilige Maßotoplastik eingefräst werden und somit auf die Gehörgangsgeometrie Rücksicht nehmen (beinhaltet mindestens einen Knick). Überprüft wird das
eingefräste Volumen mit dem akustischen Maßmeter. Damit wird das Volumen mit einem
Referenzvolumen abgeglichen. Diese Überprüfung ist für die Zertifizierung von EtymoticMusikerInnen-Gehörschutz ERTM zwingend.115
Abbildung 16: Konstruktion
ER-Filter und Ersatzschaltbild – KILLION / DE VILBISS /
STEWART, 1988, S. 16
© Copyright Etymotic Research Inc. Used with permission.
Laut Dr. Martin Kinkel von der Firma Kind zeigt das Messinstrument nicht die akustische
Impedanz („Acoustical Henries“) direkt an, sondern es handelt sich um ein Voltmeter (man
kann ein kleines „V“ am rechten Rand des Displays erkennen). Es wird eine Mikrofonspannung gemessen, die im richtigen Bereich liegen muss. Auf Abbildung 17 sieht man links
das kleine weiße Kalibriervolumen, auf dessen Label der Volt-Wert zu erkennen ist.
www.healthyhearing.com/content/interviews/Research/Hearing/31789-Topicmusicians-ear-plugs am 27.9.2011
Siehe ER Bedienungsanleitung
114
115
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Abbildung 17: Maßmeter mit Kalibriervolumen –
Laborfotografie KIND
Gerade bei jungen Menschen kann die verhältnismäßig kleine Geometrie des Gehörganges zum Problem werden. Dieser wird mit dem Alter bekanntlich größer. Der Gehörschutz
muss daher bei jungen Gehörgängen sehr tief einführend gefertigt sein. Die dadurch
erforderliche tiefe Einführung ins Ohr bis in den knöchernen Gehörgangsteil (siehe 3.1)
kann zu großen Unbequemlichkeiten beim Tragen führen.
Laut Patty Niquette116 wiesen 79 % ihrer 2009 zu Qualitätszwecken untersuchten Gehörschutze eine korrekt eingefräste akustische Masse auf. Das bedeutet, dass bei 21 % Endfertigungsfehler in den Labors auftreten.
4.4.2 Okklusionseffekt
Die Stimme kann im Rachen des/der SprecherIn bis zu 140 dB SPL erzeugen.117 Der Kiefer (und der damit verbundene Gehörgang) wird durch das Sprechen und Kauen des/
der TrägerIn zum Schwingen gebracht, und so vibriert auch der Schädelknochen mit.
Jegliche in den Gehörgang eingeführte Otoplastik wird nun durch diese Übertragung
zum Mitschwingen angeregt. Dabei bringt sie auch den knorpeligen Teil des Ohres zum
Mitschwingen. Tiefe Frequenzen können auf diese Weise resonieren118 und Verstärkungen
bei typischerweise 250 Hz um bis zu 30 dB verursachen.119 VOOGDT spricht sogar von auftretenden Pegeln von bis zu 100 dB, was so weit führen kann, dass die Lärmexposition mit
Gehörschutz sogar größer ist als ohne, was die Anwendung des Gehör-Schutzes folglich
widersinnig macht.120
E-Mail Patty Niquette vom 11.7.2011, siehe 10.7
Siehe ER33 Bedienungsanleitung, S. 6
118
Resonieren = Mitschwingen bei der Eigenfrequenz des Schwingkörpers
119
Siehe KILLION / WILBER / GUDMUNDSEN, 1988
120
Siehe VOOGDT, 2005, S. 31
116
117
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Der Okklusionseffekt tritt nur bei tiefen Frequenzen unter 500 Hz auf und sorgt dafür, dass
die eigene Stimme hohl und verhallt klingt. Ein kleines Experiment hilft, dies nachzuvollziehen: Hält man sich mit den Fingern die Ohren zu, stützt dabei die Ellenbogen auf eine
Tischplatte und sagt laut ein tiefes „O“ - einmal mit den Fingern in den Ohren und einmal
ohne – so kann man den Lautstärkenunterschied, den die Okklusion verursacht, selber
deutlich erfahren (vgl. auch Abbildung 18 mit einem gesprochenen „Iii“).
Abbildung 18: Okklusionseffekt am
Beispiel eines gesprochenen „Iii“ – ER33
Bedienungsanleitung, S. 6 http://www.
etymotic.com/pdf/er33-oem-usermanual.
pdf am 10.3.2012
© Copyright Etymotic Research Inc. Used
with permission.
Vor allem für BläserInnen und SängerInnen kann der Okklusionseffekt ein ernsthaftes
Problem darstellen: Wenn sie Gehörschutz tragen und selber spielen, hören sie sich selber
unnatürlich viel lauter als ohne Gehörschutz, währenddem die Musik um sie herum durch
die Dämmung des Gehörschutzes weniger laut wahrgenommen wird.
Abbildung 19: Verringerung des Okklusionseffektes durch Venting – ER33 Bedienungsanleitung, S. 7
© Copyright Etymotic Research Inc. Used
with permission.
Es kommt zu einer Verzerrung des wahrgenommenen Klangbildes, wobei die hohen Frequenzen stark geschwächt sind gegenüber den durch die Knochenleitung verstärkten
Messmöglichkeiten der Gehörschutzdämmung – Stand der Technik
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Bassfrequenzen.121 In diesem Fall werden die Gehörschutze gerne mit einer Belüftung
versehen (Venting122 mit verschiedenen Durchmessern, siehe Abbildung 19) oder einer
Längenkürzung modifiziert [sic!],123 was aber deren spektral gleichmäßige Absicht wiederum zunichte macht.124
Abbildung 20: Akustischer Hochpass: Schall­
einfall von außen (türkis), Tieftonabfluss durch
Venting (violett), Weg zum Trommelfell (blau)
– Skizze nach: www.moultonworld.pwp.blueyonder.co.uk/Lecture9_page.htm am 20.10.2011
Abbildung 20 zeigt den schematischen Aufbau eines solchen Ventings, welches akustisch
ein Hochpassfilter darstellt.
Laut Angabe von Patty Niquette125 von Etymotic wiesen 50 % ihrer 2009 zu Qualitätszwecken untersuchten Gehörschutze eine Okklusion von 10 dB oder weniger auf und 72 %
hatten eine Okklusion von 12,5 dB oder weniger.
Dichtigkeit (siehe 4.3) und Okklusion hängen zusammen (siehe Abbildung 21): Je tiefer
und an die Haut anliegender (dichter) der Gehörschutz im Ohr platziert ist, desto kleiner
ist das Risiko von Okklusion.126
Abbildung 21: Länge des Ohrschutzes mit Auswirkung auf die Okklusion – ER33 Bedienungsanleitung, S. 7
© Copyright Etymotic Research Inc. Used with
permission.
Siehe Sound Advice, S. 36
Venting = Belüftung einer Otoplastik durch eine Zusatzbohrung
123
Siehe OBERDANNER / REINTGES / WELZL-MÜLLER o. J.
124
Vgl. dagegen: Killions (Gründer und Geschäftsführer von Etymotic) Vorschlag in KILLION / WILBER / GUDMUNDSEN,
1988, die Gehörschutze zur Vermeidung von Okklusion so tief wie möglich in den Gehörgang einzuführen und
absolute Dichtigkeit zu gewährleisten …
125
E-Mail Patty Niquette vom 11.7.2011, siehe 10.7
126
Siehe KILLION / WILBER / GUDMUNDSEN, 1988
121
122
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4.4.3 Problematische Messwerte bei 4 und 8 Kilohertz
Der verschlossene Gehörgang bildet ein sehr kleines Raumvolumen (<2 cm3). Hinzu
kommt, dass die Dimensionen dieses Raumes ständig durch die Kaubewegungen des
Kiefers und die Durchblutung in den Gefäßen der Gehörgangshaut leicht verändert werden. Dadurch verändert sich auch die Akustik dieses Volumens.
Für hohe Frequenzen (2-8 kHz) stellt bereits das Mikrofon oder die Sonde im Ohr ein akustisches Hindernis dar. VOIX / ZEIDAN, 2010, fanden auf statistischem Wege heraus, dass
der Messfehler beim Single-Number-Verfahren (SNR siehe 4.1.1.2 und NRR siehe 4.1.1.3)
dennoch nicht mehr als 2 dB beträgt. Sie empfehlen, bei F-MIRE-Messungen (siehe 4.2.3)
die Messpunkte für 4 und 8 kHz wegzulassen, um ein über alle Frequenzen glaubwürdigeres Resultat zu bekommen. Ebenso bezweifeln sie, dass die Messpunkte 4 und 8 kHz
beim REAT-Verfahren (siehe 4.1) sinnvoll sind.127
4.4.4 Akustische Impedanz
Was die schematische Darstellung des ER-15TM-Filters in Abbildung 16 nicht beinhaltet,
ist die Ankoppelung des Gehörschutzes an das restliche Volumen im Gehörgang bis zum
Trommelfell. Dieses sogenannte „Restvolumen“ bildet analog zur Elektrotechnik128 einen
in der Regel komplexen Abschlusswiderstand. Durch seine Dimensionen begründet werden entsprechende Schallwellen reflektiert, was wie in einem geschlossenen Rohr zu Interferenzen129 und im Extremfall zu stehenden Wellen, also Resonanz, führen kann.130
Abbildung 22: Impedanzveränderung bei unterschiedlichen Formen gleicher Volumina –
www.phys.unsw.edu.au/jw/z.html am 8.3.2012
Siehe VOIX / ZEIDAN, 2010
Vgl. Vierpoltheorie
129
Interferenz = Überlagerung von Wellen und dadurch Veränderung der Amplitude
130
Wobei das Trommelfell keinen endgültigen Abschluss bildet, sondern durch die Schallwellen ausgelöst schwingt und
diese auf die Gehörknöchelchenkette im Mittelohr auf das Innenohr überträgt.
127
128
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In der Akustik wird dieser Widerstand analog zur Elektrotechnik „akustische Impedanz“
genannt. Sie ist definiert durch den Quotienten „Schalldruck zu Schallfluss“131, wobei mit
Schallfluss die Menge an Schall gemeint ist, die pro Sekunde durch eine Querschnittsfläche „fließt“. Die akustische Impedanz ist frequenzabhängig, hat die Einheit [Pa s/m3] und
wird auch als „Akustisches Ohm132“ bezeichnet. Abbildung 22 zeigt, wie sich die Impedanz
v. a. in hohen Frequenzen ab 1,5 kHz verändert, wenn sich lediglich die Form gleicher
Volumina (Klarinette, Flöte, Zylinder) ändert.
Dezibel (dB)
Für den Bau von Holz- und Blechblasinstrumenten ist die akustische Impedanz von großer
Bedeutung. Die Lage ihrer Maxima gibt in der Regel Aufschluss darüber, bei welchen Frequenzen z. B. bei einer Trompete die zur Tonerzeugung notwendigen, stehenden Wellen
leicht anregbar sind. Stehende Wellen oder Resonanzphänomene sind für die Tonerzeugung bei Musikinstrumenten generell gewünscht und auch notwendig – beim Gehörschutz sind sie aber zumindest im Audiobereich von 20– ca. 20’000 Hz zu vermeiden,
sofern sein Dämpfungsmaß konstant wirken, also kein Frequenzbereich überdurchschnittlich betont werden soll. Die akustische Impedanz würde in diesem Fall eine rein reelle
Größe aufweisen.
Frequenz (Hz)
Abbildung 23: VIAS-Simulation von geschlossenen Rohren mit unterschiedlichen Längen und Durchmessern, aber gleichen Volumina
Schallfluss auf Englisch = „flow per unit area“
Ohm = Einheit des elektrischen Widerstandes
131
132
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Abbildung 23 zeigt eine VIAS133-Simulation von geschlossenen Rohren mit denselben
Volumina, aber unterschiedlichen Längen und Durchmessern. Es ist optisch leicht erkennbar, dass die Impedanz jeweils in einem anderen Frequenzbereich ihre Maximal- bzw.
Minimalwerte erreicht.
Die Dimensionen, welche für die Simulation gewählt wurden, entsprechen in etwa denen
des Restvolumens im Gehörgang hinter dem Gehörschutz. Jedoch wurde die Viskosität
der Haut und des Mastoïden in dieser Simulation nicht mit einbezogen, da das Programm
auf Blasinstrumente hin optimiert ist und in dieser einfachen Simulation mit harten Materialkonstanten arbeitet. Die Abbildung soll lediglich zeigen, dass sich die Frequenz der
ersten Impedanzspitze je nach Form des Restvolumens trotz gleicher Volumina [!] an verschiedenen Stellen in dem für den Gehörschutz relevanten Frequenzbereich von wenigen
Kilohertz befinden kann (Abbildung 23 ist im Anhang 10.1 im A4-Format abgedruckt).
4.4.5 Anteil Knochenleitung
Der Schall kann nicht nur über den Weg der Luftübertragung, sondern auch via Knochenleitung zum Innenohr gelangen (siehe 3.1). Nur die REAT-Messung (siehe 4.1) inkludiert
diesen Anteil von gehörtem Schall über die Knochenleitung in ihrem Verfahren, da eine
subjektive Messung der Hörschwelle vorgenommen wird. Bei allen anderen vorgestellten
Verfahren wird der Anteil der Knochenleitung nicht berücksichtigt, respektive kann er
durch die gewählte Messform nicht berücksichtigt werden. Ein Mikrofon oder eine Sonde im Gehörgang können nur den Luftleitungsanteil des auf die Cochlea eintreffenden
Schalls messen, nicht aber den Teil der Schallübertragung, der über die Knochenleitung
erfolgt. Eine Sondenplatzierung im Innenohr ist derzeit unmöglich.
Das Mitschwingen des Schädelknochens beschränkt die Dämmwirkung von allen Gehörschutzen. Ab einem bestimmten Lautstärkepegel beginnt die Schädeldecke naturgemäß
zu vibrieren, und somit ist die Dämmung im betroffenen Frequenzbereich nichtig (siehe
Abbildung 24 „ear plug motion limit“).134
Beim MIRE-Verfahren (siehe 4.2.2) kann dies, im Vergleich zum REAT-Verfahren, zu um
2–3 dB überhöhten Dämmwerten bei Messwerten von über 1 kHz führen, da dieser Frequenzbereich von der Knochenleitung besonders schnell angeregt wird.135 Die Standardabweichungen müssten also diesem Effekt angepasst werden.136 Ebenso kann auch die
Knochenleitung nur bis zu einem bestimmten Wert gemessen werden (siehe Abbildung
24: „bone conduction limit“).137
VIAS = Versatile Instrument Analysis System; von der Firma artim entwickelte Software zur Analyse der akustischen
Eigenschaften von Musikinstrumenten, www.bias.at am 2.3.2012
134
Siehe www.gras.dk/documents/00316.pdf, S. 64, am 27.1.2012
135
Siehe GAUGER, 2003
136
Siehe BERGER, 2005
137
Siehe www.gras.dk/documents/00316.pdf, S. 64, am 27.1.2012
133
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Abbildung 24: Theoretische
Grenzen der Messmöglichkeiten durch Vibration – www.
gras.dk/documents/00316.
pdf, S. 64, am 8.3.2012
Fazit: Bis jetzt gibt es kein Messinstrument, das die Vibrationen messen kann, die über die
Knochenleitung ans Innenohr übertragen werden. Es wurden bereits einige Vorschläge
gemacht, einen Kopfsimulator mit Übertragungseigenschaften für die Knochenleitung zu
bauen und zu standardisieren. Es wird derzeit aber weiterhin mit den vorgestellten Methoden und Standards gemessen. Jede Messung beinhaltet wie vorgestellt ihre Begrenzungen und Unsicherheiten, derer man sich bewusst sein und die man auch in Vergleiche
zwischen Resultaten, die mit unterschiedlichen Methoden gemessen wurden, einbinden
muss.
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5. Untersuchung
Um die Dämmung von MusikerInnen-Gehörschutz und deren Wirkung auf Musik besser
verstehen zu können, wurden im Rahmen dieser Arbeit Messungen am Institut für Wiener
Klangstil, in Anlehnung an das MIRE-Verfahren (siehe 4.2.2) mit einem Miniaturmikrofon
im Gehörgang, an mehreren ProbandInnen durchgeführt.
5.1 Hypothese
Es wird vermutet, dass eine gleichmäßige Schalldämmung über alle Frequenzen beim
ER-15TM-Filter nicht gewährleistet ist, wenn die Volumina der Ohren von der Standardresonanz abweichen und sich dadurch akustisch nicht optimal an das Volumen des Gehörschutzes ankoppeln. Bei der folgenden Auflistung von zehn Punkten sprechen sieben für
die Hypothese und rechtfertigen diese. Zwei Argumente werden nach Erklärung aus der
Untersuchung ausgeschlossen, und ein Grund spricht gegen die Hypothese.
1. Die nach der Baumusterprüfung anzugebenden Einzelwerte APV, HML- und SNRWerte (siehe 4.1.1) sagen nichts über die spektrale Verteilung der Dämmung aus.
2. Auch in der Hörgeräteakustik wird, zur genaueren Einstellung der Verstärkung unter
Beeinflussung der individuellen Otoplastik, mit einer Sondenschlauchmessung (siehe 4.2.1) gearbeitet, um die Differenzen zwischen dem menschlichen Ohrvolumen
und demjenigen eines standardisierten Kupplers138 auszugleichen, sprich, um die
Volumina aneinander anzupassen.
3. Es ist unklar, nach welchen Studien Etymotic die Gehörgangresonanz mit 15 dB bei
2,7 kHz erfasst hat. Die bei KILLION / DE VILBISS / STEWART, 1988, beschriebenen
Messungen wurden an einem KEMAR139 durchgeführt, einer menschenähnlichen
Puppe, die mit einer Gehörgangsnachahmung und einem Ohrsimulator140 ausgestattet ist. Dieser misst von 10–10000 Hz und simuliert einen verschlossenen Gehörgang (für den Fall einer eingesetzten Hörgeräteotoplastik):
„Der Simulator für den abgeschlossenen Gehörgang bildet die akustische Transferimpedanz für das abgeschlossene normale Ohr erwachsener Menschen nach. Er simuliert
jedoch nicht die Undichtigkeit zwischen einem Ohrpassstück und einem menschlichen
Gehörgang. Deshalb können die mit dem Simulator für den abgeschlossenen Gehörgang erhaltenen Messergebnisse vom Verhalten eines Einsteckhörers am menschlichen
Ohr abweichen, insbesondere bei tiefen Frequenzen. Darüber hinaus variiert das Verhalten stark von Ohr zu Ohr, was bei der Verwendung des Simulators beachtet werden sollte.
Oberhalb von 10 kHz bildet der Simulator nicht das menschliche Ohr nach, kann aber
Kuppler = Messbox oder -puppe für reproduzierbare Messungen
KEMAR = Knowles Electronics Manikin for Acoustic Research, siehe BURKHARD / SACHS, 1972
140
ÖVE/ÖNORM EN 60318-4:2011
138
139
Untersuchung
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als akustischer Kuppler bei zusätzlichen Frequenzen bis zu 16 kHz verwendet werden.
Unterhalb von 100 Hz gilt es nicht als nachgewiesen, dass der Ohrsimulator das menschliche Ohr nachbildet, er kann aber bei zusätzlichen Frequenzen bis zu 20 Hz herab als
akustischer Kuppler verwendet werden.“141
Der Ohrsimulator ist also für einen abgeschlossenen Gehörgang konzipiert und
nicht für einen halboffenen, wie es der Einsatz von MusikerInnen-Gehörschutz verlangen würde, der den Gehörgang durch die Filtermembran nicht verschließt.
Die Nachahmung des Gehörganges hat laut der gleichen Norm Punkt 4.2 folgendermaßen stattzufinden:
„Der Durchmesser des Haupt-Hohlraums muss (7,5 ± 0,04) mm betragen. […] Die Länge
des Haupt-Hohlraumes ist so zu wählen, dass die durch eine halbe Wellenlänge verursachte Resonanzfrequenz des Schalldrucks bei (13,5 ± 1,5) kHz liegt.“142
Diese vorgeschlagene Resonanz von ca. 13,5 kHz ist betreffend die Frequenz um
das 5fache [sic] größer als die von Etymotic vorgeschlagene bei 2,7 kHz. Sie ist aber
auch für einen geschlossenen Kanal gewählt. Die Berechnung für eine geschlossene
Rohrresonanz lautet:143
Wenn wir annehmen, dass der Gehörgang im Durchschnitt 3 cm lang ist und die
Schallgeschwindigkeit 343 m/s beträgt, so berechnen wir mit der obigen Formal
eine Resonanz bei 5717 Hz, was immer noch weniger als die Hälfte dessen ist, womit
der KEMAR arbeitet. Da das ER-15TM-Filter jedoch den Schall passieren lässt, müsste
man eigentlich die Resonanz für einen offenen Kanal benutzen. Sie lautet:144
Bei denselben Variablen ergibt sich hier eine Resonanz bei 2858 Hz, was den von
Etymotic vorgeschlagenen 2,7 kHz schon wesentlich näher käme. Mit Mündungskorrektur145 und bestätigter Gehörgangslänge könnten diese Werte deckungsgleich
werden, was aber immer noch offen lässt, wieso mit dem KEMAR gemessen wurde,
der wie erwähnt für den abgeschlossenen Gehörgang konzipiert wurde. Es ist anzunehmen, dass zum Messzeitpunkt kein besseres Messinstrument bestand.
ÖVE/ÖNORM EN 60318-4:2011
Ebenda Punkt 4.2
143
Siehe VEIT, 2005, S. 45
144
Siehe VEIT, 2005, S. 45
145
Mündungskorrektur: Bei einem offenen Rohr ist die akustische Rohrlänge etwas länger als die real messbare. Es muss
um einen Korrekturwert verlängert werden. Dieser ist zu berechnen aus π/4 x Rohrradius. Siehe VEIT, 2005, S. 83
141
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Der Ohrsimulator soll laut Norm mit einer Ohrkanal-Verlängerung von ca. 8,8 cm
Länge ausgestattet sein.146 Dies ergibt nach obiger Formel eine Resonanz bei
1948 Hz – wieder ein anderer Wert.
Trotz dieser Unklarheiten wird die durchschnittliche Gehörgangsresonanz bei
2,7 kHz von der Autorin als wahrer Wert akzeptiert.
4. Folgende Einschränkungen werden in derselben Norm unter Punkt 4 kommuniziert:
„Die Ergebnisse, die unter simulierten In-Situ-Bedingungen gewonnen werden, können
sich von Ergebnissen an einer individuellen Person wegen anatomischer Unterschiede
von Kopf, Rumpf, Ohrmuschel, Gehörgang und Trommelfell grundlegend unterscheiden.
Die Ergebnisse sollten deshalb mit Sorgfalt interpretiert werden.“147
5. Die über alle Frequenzen gleichmäßige Dämmwirkung des ER-15TM wurde mit einer
REAT-Messung erzielt (siehe 4.1). Betrachtet man die Grafik mit den Standardabweichungen (siehe 3.2), so kann das Ergebnis von einem linearen Spektrum (also einer
geraden Linie) bereits dadurch um bis zu 7,8 dB abweichen. Messungen nach dem
neueren MIRE-Verfahren (siehe 4.2.2) wurden bisher am ERTM-Filter nicht durchgeführt, wie Patty Niquette von Etymotic bestätigt.148
6. Über die Problematik der Anpassung der akustischen Impedanzen (siehe 4.4.4) ist in
den Normen zur Überprüfung von Gehörschutzen nichts zu finden.
7. Etymotic testet zu Zertifizierungszwecken jedes Jahr sechs Gehörschutze (für drei
Angestellte mit je zwei Ohren) bei jedem ihrer für die Herstellung von MusikerInnenGehörschutz zertifizierten Labors. Diese Maßotoplastiken werden auf ihre akustische Masse hin überprüft (siehe 4.4.1). Ebenso werden Dichtigkeit (siehe 4.3) und
Okklusionseffekt (siehe 4.4.2) mit dem ER-33 Seal- & Occlusion-Meter am Ohr der
Angestellten selbst nachgeprüft.
Im Jahr 2009 wurden für diese Testzwecke 108 Gehörschutze mit ERTM-Filter hergestellt. Davon erfüllten 79 % die Bedingungen für die Akustische Masse, 50 % verursachten weniger oder genau 10 dB Okklusionseffekt und 44 % eine Dichtigkeit von
gleich oder mehr als 25 dB.149
Diese Produktionsunsicherheiten müssten also vor Beginn einer spektralen Untersuchung gemessen und ausgeschlossen werden können, weil sich ansonsten die
Messunsicherheit sehr stark erhöhen würde und viele ProbandInnen nötig wären,
um ein aussagekräftiges Resultat zu erhalten.
ÖNORM EN 60118-8: 2006
ÖVE/ÖNORM EN 60318-4:2011, Punkt 4
148
E-Mail Patty Niquette vom 11.7.2011, siehe 10.7
149
E-Mail Patty Niquette vom 11.7.2011, siehe 10.7
146
147
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8. Die über alle Frequenzen gleichmäßige Dämmung des von Etymotic hergestellten
Filtersystems wird in dieser Arbeit nicht infrage gestellt, sondern als gegeben angenommen. Es wird nur eine optimale Ankoppelung ans menschliche Ohr bezweifelt,
da dieses von Mensch zu Mensch verschieden ist und vom Hersteller mit einer
Durchschnitts-Gehörgangsresonanz behandelt wird.
9. Unbestritten bleibt für diese Arbeit auch die Wichtigkeit einer über alle Frequenzen
gleichmäßigen Dämmung für MusikerInnen-Gehörschutz. Es wird angenommen,
dass MusikerInnen über alle Frequenzen gleich gut hören können müssen, denn
aus diesem Grund ist das Produkt ERTM schließlich auch erfunden worden.
10. Gegen die Hypothese spricht, dass sich bis jetzt keine MusikerInnen darüber beklagt hätten, dass der Gehörschutz ERTM nicht gleichmäßig dämpfe.
5.2 Versuchsaufbau
Ein Aufbau in Anlehnung an das MIRE-Setting erschien aus oben diskutierten Gründen
(siehe 4.2.1 und 5.1) sinnvoll. Es wurde also ein Mikrofon gesucht, welches einen Querschnitt von 5 mm2 nicht überschreitet. Dieses konnte bei der Firma Knowles150 gefunden
werden, welche freundlicherweise sogar einige Exemplare des Modells TO-30043-000 (Datenblatt siehe Anhang 10.6) zur Verfügung stellte. Es handelt sich um eines der kleinsten
omnidirektionalen151 Elektretmikrofone152 im Angebot des Herstellers und ist dreipolig153
beschaltet.
Abbildung 25: Verwendetes Mikrofon mit
Speziallitzen (Foto: E. M.)
www.knowles.com/search/family.do?family_id=TO/BTO&x_sub_cat_id=1 am 2.2.2012
Omnidirektional = 360° Aufnahmewinkel, nach allen Seiten gleich sensibel
152
Elektret = elektrisch isolierendes Material, welches eine elektrische Ladung permanent speichert
153
Drei Anschlüsse waren auf der Kapsel vorhanden: Versorgungsspannung, Signal und Masse (in dieser Reihenfolge).
150
151
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Diese Anschlüsse wurden mit speziell isolierten, haarbreiten Litzen154 verlötet (siehe Abbildung 25). Die Speziallitzen155 wurden von der Firma Phonak156 zur Verfügung gestellt,
welche diese normalerweise für die Verlötung von Bauteilen in Hörgeräten verwendet. Sie
sind im normalen Verkauf nicht erhältlich und weisen eine Beschichtung auf, welche den
Draht isoliert und somit ein Aufliegen auf der Haut ohne elektrische Probleme ermöglicht.
So wurde ermöglicht, dass die ursprüngliche Dichtigkeit der Gehörschutze (siehe 4.3)
beibehalten wurde, was bei einer Sondenmessung (siehe 4.2.1) nicht der Fall gewesen
wäre (siehe Abbildung 26).
Abbildung 26: Sitz Messmikrofon
(Foto: E. M.)
Leider war es trotz mehrfacher Anfragen bei diversen Betrieben im In- und Ausland nicht
möglich, ein Seal- & Occlusion-Meter (siehe 4.3) innerhalb des Arbeitszeitraumes aufzutreiben, um diese Parameter auf ihre Richtigkeit überprüfen zu können. Da jedoch die
Litzen zur Verwendung kamen, wurde davon ausgegangen, dass ein Messfehler aufgrund
mangelnder Abdichtung nicht vorliegt.
Als Spannungsversorger wurde die Phantomspeisung157 des Messmikrofons ECM 8000 (in
Abbildung 27 helltürkis markiert) der Firma Behringer158 verwendet.
Kupferdraht, stromleitend
Typ ESW-Litzwire, Durchmesser 0.032mm
www.estron.dk/log/datafiles/3427/esw_litz__brochure_-_g%E6ldende.pdf am 2.2.2012
156
www.phonak.ch am 2.2.2012
157
Phantomspeisung: 48 Volt Versorgungsspannung für Kondensatormikrofone
158
www.behringer.com/EN/Products/ECM8000.aspx am 2.2.2012
154
155
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Abbildung 27: Phantomspeisung
und Referenzmikrofon
(Foto: E. M.)
Ein zweites Mikrofon vom gleichen Typ wurde mit normalen Kabeln ebenfalls an eine
ECM 8000-Phantomspeisung angeschlossen und diente in Folge als Referenzmikrofon (in
Abbildung 27 hellmagenta markiert).
Als Vorverstärker diente beim 1. Versuch am 21.12.2011 ein Octopre der Firma Focusrite
(Abbildung 28), beim 2. Versuch am 24. und 27.2.2012 ein MPA2017, Eigenbau Institut für
Wiener Klangstil 1994, deren Gain-Regler159 jeweils bis zum Anschlag aufgedreht wurden
(Abbildung 29).
Abbildung 28: Focusrite Octopre – Vorverstärker 1 (Foto: E. M.)
Abbildung 29: Eigenbau IWK
MPA2017 – Vorverstärker 2
(Foto: E. M.)
Gain-Regler = Verstärkungssteller
159
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Das benötigte Rauschen (siehe 4.2.2.3) für Terzbänder mit den Mittenfrequenzen von
100–10’000 Hz wurde im Vorfeld mit der Software LabView 2011 erstellt (Abbildungen
30 und 31) und dann über Sequoia im reflexionsfreien160 Raum am Institut für Wiener
Klangstil abgespielt (siehe 10.5 Nr. 1). Die Audiosignale wurden über eine HammerfallDSP-Soundkarte in ein Sequoia11-Aufnahmesystem im CD-Format mit einer Abtastrate
von 44’100 Hz und einer Bitrate von 16 Bit aufgenommen (Abbildung 32).
Abbildung 30: Generieren von Rosa Rauschen im Terzband mit der Mittenfrequenz 630 Hz in LabView:
Block-Diagramm (Bildschirmausdruck)
Abbildung 31: Generieren von Rosa
Rauschen im Terzband mit der Mittenfrequenz 630 Hz in LabView: Front
Panel (Bildschirmausdruck)
Abbildung 32: Gleichzeitige Wiedergabe und Aufnahme in Sequoia (Bildschirmausdruck)
Auf die Freifeldkorrektur, wie sie in 4.2.2.3 aus der Norm heraus beschrieben wird, wurde
aus folgenden Gründen verzichtet: Es wäre extrem schwierig gewesen, den Messpunkt im
Gehörgang auf den Zentimeter genau (oder noch genauer) zu bestimmen, da die Proban Reflexionsfrei = Der Raum bietet Freifeldkonditionen, d. h. dass akustisch kein Einfluss der Wände messbar ist.
160
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Dezibel (dB)
den verschieden groß sind. Außerdem ist der Raum laut Aussagen von Alexander Mayer,
dem Betreuer des Versuchsaufbaus und Mitarbeiter am Institut für Wiener Klangstil, sehr
empfindlich auf minimale Abweichungen. Daher wurde mit dem Referenzmikrofon gearbeitet und die Daten in der Auswertung jeweils darauf bezogen. Ein Abgleich des selbst
aufgebauten Referenzmikrofons mit einem im Institut verwendeten Messmikrofon von
Roga RG50161 ergab den in Abbildung 33 dargestellten Frequenzgang.
Frequenz (Hz)
Abbildung 33: Vergleich Referenzmikrofon mit Messmikrofon Roga RG50 (Bildschirmausdruck)
Das Messmikrofon arbeitete mit 90 dB bei 2 kHz verzerrungsfrei162. Die Beschallungslautstärke wurde daher sicherheitshalber mit einem Schallpegelmesser bei ca. 80 dB(A) eingestellt.
Die Mikrofone arbeiteten durch die nicht optimal dafür ausgerichtete Versorgungsspannung des Messmikrofons ECM 8000 an einem Arbeitspunkt163, der nicht in der Mitte der
Spannungsbreite lag. Dadurch wurde die positive Halbwelle größer als die negative. Da
der Fehler jedoch bei beiden Mikrofonen gleich groß war und die Resultate aufeinander
www.roga-messtechnik.de/sensorik/messmikrofone.html am 2.2.2012
Verzerrung (auch „Klippen“ genannt): Wenn die Membran eines Kondensatormikrofons zu stark angeregt wird, kann
sie beim Schwingen die Rückwand der Kapsel berühren. Diese mechanische Komponente schlägt sich im
Frequenzgang als Zusatz von Obertönen nieder, welche das Messsignal verfälschen („verzerren“).
163
Arbeitspunkt: Ein Transistor ist ein elektronisches Bauteil, welches der Verstärkung von Spannung dient. Es befindet
sich auch im verwendeten Elektretmikrofon. Der Transistor benötigt für sein Funktionieren eine Betriebsspannung.
Diese wird vom ECM 8000-Vorverstärker über eine Phantomspeisung von 48 Volt geliefert. Betriebsspannung und
Transistor müssen derart aufeinander abgestimmt sein, dass die positive und die negative Halbwelle des Signals gleich
groß sind, um eine Nulllinie herum pendeln. Diese Abstimmung wird Arbeitspunkt genannt. Wird der Arbeitspunkt
nicht ideal gewählt, ist eine Halbwelle der Wechselspannung im Endeffekt größer als die andere – wie es eben hier im
Versuchsaufbau geschieht: Die positive Halbwelle weist eine leicht größere Amplitude auf als die negative. Dadurch
gibt es mehr Verzerrungen, was unerwünscht ist.
161
162
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bezogen wurden, konnte dieser Fehler akzeptiert werden. Abbildung 34 zeigt einen Ausschnitt aus der Messung im Zeitbereich.
Abbildung 34: Nichtmittiger Arbeitspunkt am
Beispiel von Proband 3 mit
Gehörschutz links
(Bildschirmausdruck)
Die Anforderungen an die Mikrofone bezüglich ihrer technischen Qualität waren sehr
hoch. Bei der Beschallung mit ca. 80 dB(A) traten bei der OEG-Messung Leqs von bis zu
-17 dB auf (die Spitzen waren natürlich höher) – die niedrigsten Werte bei den Messungen mit Gehörschutz waren bei ca. -76 dB(A) anzusiedeln. So kommt eine Dynamik von
ungefähr 60 dB zustande, welche das ausgewählte Mikrofon gerade noch bewältigen
konnte. Durch das Brummen (siehe auch 6), welches durch das Anpressen der Litzen auf
der Haut entstand, wurde der Signal-Rausch-Abstand zusätzlich – und pro Ohr verschieden – verschlechtert.
Die beiden selbst aufgebauten Mikrofone im reflexionsarmen Raum wurden auch ohne
Proband durchgemessen und ergaben die in Abbildung 35 und Abbildung 36 abgebildeten Frequenzgänge.
Dezibel (dB)
Abbildung 35: Frequenzgänge von Mess- (blaue
Linie) und Referenzmikrofon (gelbe Linie) ohne
Proband (Leq(A) in Terzbändern) – 1
(OpenOfficeCalc-Grafik)
Frequenz (Hz)
Dezibel (dB)
Abbildung 36: Frequenzgänge von Mess- (violette
Linie) und Referenzmikrofon (pinke Linie) ohne
Proband (Leq(A) in Terzbändern) – 2
(OpenOfficeCalc-Grafik)
Frequenz (Hz)
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Als Schallquelle diente ein aktives164 Dreiwegsystem der Firma RCF,165 welches derart aufgestellt wurde, dass sich seine Membranen in einer vertikalen Linie 1,5 m vor dem Messort
befanden. Die ProbandInnen wurden frontal beschallt (siehe Abbildung 37).
Abbildung 37: Frontale Beschallung
(Foto: Alexander Mayer)
Sie saßen für die Messung am rechten Ohr auf dem in Abbildung 38 abgebildeten linken
Stuhl und vice versa für das linke Ohr auf dem rechten Stuhl. Dadurch konnte ein gleicher
Abstand zur horizontalen Achse der Abstrahlung bei gleicher Höhe gewährleistet werden.
Abbildung 38: Abstand der Ohren
zur horizontalen Beschallungsachse
(Foto: Alexander Mayer)
Die Untersuchungen fanden im 2006 erbauten schallarmen Raum des Instituts für Wiener
Klangstil am Anton-von-Webern-Platz 1, Gebäudeteil M, statt. Das Rohbau-Volumen des
Messraumes hat eine Dimension von ca. 8,50 m x 5,95 m x 5,20 m und ist auf allen Seiten
164
Aktiv = Ein Verstärker ist in der Box integriert, i. Ggs. zu passiven Lautsprechern, welche einen externen Verstärker
benötigen.
165
Mittel-/Hochtöner: Art 310A, Subwoofer: RCF Sub05 – beide von RCF
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mit porösen166 Keilabsorbern167, Lochabsorbern168 und Helmholtzresonatoren169 ausgestattet. Der Raum ergibt die nach Norm170 überprüften zulässigen Toleranzen:
Frequenz oder Band-Mittenfrequenz [Hz]
< 630
800 bis 5000
> 6300
Zulässige Abweichung [dB]
± 1,5
± 1,0
± 1,5
Der Raum gilt ab einer unteren Grenzfrequenz von 80 Hz als „hochbedämpft“.171
Um während des Versuchs mit den ProbandInnen kommunizieren zu können, wurde eine
fix installierte Gegensprechanlage benutzt. Zusätzlich wurde eine Videokamera installiert,
mit der die ProbandInnen beobachtet werden konnten. Abbildung 39 zeigt Proband 1
im Überwachungsmonitor. Damit konnte die Befindlichkeit der ProbandInnen überprüft
werden, und dass sie den Kopf nicht bewegten.
Das lange Sitzen im reflexionsarmen Raum ist nämlich insofern anstrengend, als dass es
dort sehr wenig Luftfeuchtigkeit und kein Tageslicht gibt. Außerdem wird man verliesartig eingeschlossen und bekommt durch die akustische Abkoppelung von der Außenwelt keinerlei Information von außen mehr. Die Beschallung mit den lauten Rauschsignalen empfinden die ProbandInnen nur als bedingt angenehm; die gesamte Situation ist
weit entfernt von Alltäglichem. Die Probanden 1 und 2, welche Kommilitonen aus dem
Tonmeisterstudiengang sind, konnten die Situationen besser einschätzen als die Pro­
bandInnen 3 und 4, für welche sie neu war. Trotzdem musste bei allen vier ProbandInnen
Abbildung 39: Proband 1 im Überwachungsmonitor (Foto: E. M.)
Porös = durchlässig, mit Löchern versehen. Der Schall dringt durch die Poren in das Material ein und schwingt in den
Hohlräumen. Durch Reibung werden so gewollte Frequenzbereiche absorbiert (siehe unten).
167
Absorber = Bauelement, welches Schall in Wärme umwandelt (Schallschlucker)
168
Lochabsorber = Funktioniert nach dem Helmholtzresonatorprinzip (s. u.), jedoch für kleinere Dimensionen und daher
höhere Frequenzen. Meist in Form von Platten, welche mit genau dimensionierten Löchern übersät sind.
169
Helmholtzresonator = Bauelement, welches eine Öffnung und ein Luftvolumen beinhaltet. Dieses resoniert bei genau
einer durch die Dimensionen bestimmten Frequenz. Somit kann einem Raum bei dieser Frequenz Energie entzogen
werden. Wird vor allem im Bassbereich eingesetzt, um die Eigenschwingungen des Raumes (Moden) zu bedämpfen.
170
ÖNORM S 5035, zurückgezogen am 1.5.2004, heute: ÖNORM EN ISO 3745:2009
171
www.members.aon.at/quiring/pro/str.htm am 28.2.2012
166
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mit klaustrophobischen Zuständen gerechnet werden, die aber glücklicherweise nicht
auftraten.
5.3 Experimente
Mit dem in 5.2 beschriebenen Versuchsaufbau wurde die Dämmwirkung des MusikerInnen-Gehörschutzes an vier ProbandInnen untersucht. Die Beschreibung der Experimente
erfolgt chronologisch.
5.3.1 Probandensuche 1
Als Versuchspersonen kommen
„nur Probanden in Frage, die nicht an Entzündungen oder anderen Erkrankungen des
Außen- oder Mittelohres leiden. Für Messungen im offenen Gehörgang sind nur Versuchspersonen mit nicht zu engen, zu flachen oder zu stark abknickenden Gehörgängen
zu wählen, die keinen Trommelfelldefekt aufweisen. Falls die Gehörgänge durch Cerumen172 verstopft sind, ist dieses zu entfernen. Alle erforderlichen Maßnahmen sind durch
eine qualifizierte Person vorzunehmen.“173
Der Hersteller Etymotic arbeitete bei seiner Entwicklung des MusikerInnen-Gehörschutzes
mit einer angenommenen Gehörgangsresonanz174 von 15 dB bei 2,7 kHz. Da diese jedoch
durch die anatomische Geometrie des Außen- und des Mittelohres individuell verschieden sein kann, soll der Frequenzgang an zwei unterschiedlichen Volumina auf seine spektrale Wirkung überprüft werden.
Proband 1:
Stefan Hajek: 27 Jahre, männlich, keine Trommelfell-Perforation, keine Entzündungen oder
andere Erkrankungen am Außen- oder Mittelohr, Gehörgang cerumenfrei. Gehörgangsresonanz beidseitig bei ca. 2,5 kHz.
Proband 2:
Clemens Wannemacher: 27 Jahre, männlich, keine Trommelfell-Perforation, keine Entzündungen oder andere Erkrankungen am Außen- oder Mittelohr, Gehörgang cerumenfrei.
Gehörgangsresonanz beidseitig bei ca. 2,5 kHz.
Diese Probanden wurden ausgewählt, weil sie optisch gesehen auffällig unterschiedliche
Gehörgänge aufweisen (siehe Abbildung 40).
Dadurch könnte sich – wegen der durch den Radius beeinflussten Mündungskorrektur
(siehe 5.1) – die Länge der Gehörgänge relevant unterscheiden, war die Vermutung.
Cerumen = Ohrenschmalz
ÖNORM EN ISO 11904-1:2003
174
auch OEG = Open Ear Gain genannt
172
173
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Abbildung 40: Optische Unterschiede je einer Otoplastik von den
Probanden 1+2 mit Abdruck (beige)
(Foto: E. M.)
5.3.2 Versuch 1: Probanden mit optisch unterschiedlichen Gehörgängen
Die Gehörschutze wurden von der Firma Kind in Deutschland hergestellt und mit einem
Referenzvolumen abgeglichen (siehe 4.4.1). Diese Messung wurde jeweils dokumentiert
(siehe Beispiel Abbildung 41, alle weiteren Dokumentationen im Anhang 10.2).
Die Messung wurde an den Probanden 1 und 2, wie in 5.2 beschrieben, am 21.12.2011
durchgeführt. Es stellte sich heraus, dass die Gehörgangsresonanzen mit einer Spitze bei
2,5 kHz ziemlich übereinstimmend waren (siehe Abbildung 42).
Abbildung 41: Abgleich mit Referenzvolumen
mittels Maßmeter im Labor (Foto: KIND)
Dezibel (dB)
Abbildung 42: OEG der Probanden
1+2 (OpenOfficeCalc-Grafik)
Frequenz (Hz)
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Die Resonanz im Gehörgang wird durch die Länge und den Radius bestimmt (siehe Mündungskorrektur 5.1). Durch den optisch auffallenden Unterschied im Durchmesser zwischen Proband 1 und 2 wurde angenommen, dass sich die Gehörgangsresonanzen auch
deutlich unterscheiden würden. Dies hat sich jedoch nicht bestätigt (oder war für die
Messsignale in großen Terzen nicht wahrnehmbar), und es mussten daher neue ProbandInnen gesucht werden.
5.3.3 ProbandInnensuche 2
Es konnte freundlicherweise ein Kontakt zum Ausbildungszentrum für HörakustikerInnen
in Wien hergestellt werden. In diesen Räumlichkeiten befindet sich u. a. das Messgerät
Aurical der Firma GN Otometrics. Es ermöglicht mittels Sondenmessung (siehe 4.2.1), die
OEG schnell zu erfassen. So wurde an einem Vormittag bei 25 StudentInnen beidohrig
Abbildung 43: OEGs einer Wiener Klasse von angehenden HörakustikerInnen, hervorgehoben die
Ohren von Probandin 4, rechts (rot) und links (blau)
(Bildschirmausdruck)
die OEG gemessen. Abbildung 43 zeigt die einander überlagerten Ergebnisse. Die OEGs
links (blau) und rechts (rot) bei ca. 3,5 kHz von der dabei ausgewählten Probandin 4 sind
hervorgehoben.
Proband 3:
Sebastian Rainer: 24 Jahre, männlich, keine Trommelfell-Perforation (nach Cholesteatom175Operation im rechten Mittelohr wurde das Trommelfell chirurgisch wiederhergestellt),
keine Entzündungen oder andere Erkrankungen am Außen- oder Mittelohr, Gehörgang
cerumenfrei. Gehörgangsresonanz rechts bei ca. 2 kHz. Abbildung 44 zeigt die optischen
Unterschiede zwischen dem linken und rechten Gehörschutz von Proband 3, wobei festgestellt werden kann, dass die Otoplastik für das rechte Ohr (rechts im Bild) einen begradigten Verlauf hat und nicht nach innen immer enger wird wie diejenige vom linken Ohr.
Cholesteatom = Hautwucherung im Mittelohr; gutartiger Tumor. Um Hirnschäden bei fortschreitender Erkrankung zu
vermeiden, wird das Geschwür großflächig herausgeschabt. Zurück bleibt eine sogenannte Radikalhöhle, d. h. ein
vergrößertes Mittelohr.
175
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Abbildung 44: Optische Unterschiede
links/rechts bei Proband 3 durch Operation (Foto: E. M.)
Probandin 4:
Yelis Cayakar: 28 Jahre, weiblich, keine Trommelfell-Perforation, keine Entzündungen oder
andere Erkrankungen am Außen- oder Mittelohr, Gehörgang cerumenfrei. Gehörgangsresonanz bei ca. 3,5 kHz.
Die vollständige Dokumentation der Volumenüberprüfung der Gehörschutze im Labor
(siehe 4.4.1) aller ProbandInnen befindet sich im Anhang 10.2.
5.3.4 Versuch 2: ProbandInnen mit Resonanzen von 2–3,5 kHz
Die Messung an den ProbandInnen 2, 3 und 4 wurde am 24.2.2012 in denselben Räumlichkeiten wie in 5.2 beschrieben durchgeführt. Proband Nummer 1 war leider unabkömmlich
– da jedoch Proband 2 mit ungefähr derselben OEG dabei war, konnte dennoch ein breiteres Spektrum an möglichen Gehörgangsresonanzen abgedeckt werden (siehe Abbildung
45 – ist im Anhang 10.4 groß abgedruckt – die interessierenden Resonanzen von Proband
3 rechts und Probandin 4 rechts sind hervorgehoben).
Dezibel (dB)
Abbildung 45: Gehörgangsresonanzen der
ProbandInnen 2, 3 und 4
(OpenOfficeCalc-Grafik)
Frequenz (Hz)
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Die Messsignale wurden zeitlich nach Norm ausgewertet (siehe 4.2.2.3) und noch einmal
in der Software LabView 2011, mit denselben Filtern wie in 5.2 beschrieben, terzgefiltert.
Danach wurde mit dem Sound & Vibration-Toolkit von LabView 2011 ein äquivalenter
Dauerschallpegel176 mit A-Bewertung177 berechnet (siehe Abbildung 46).
Die so gewonnenen Messwerte wurden in eine Excel-Tabelle übertragen. Rechnerisch
wurden nun die Leq-Werte des Messmikrofons auf diejenigen des Referenzmikrofons bezogen.
Dann wurden die Werte der Messungen mit Gehörschutz von den Werten ohne Gehörschutz (Gehörgangsresonanzen) abgezogen, um die Dämmwirkung am individuellen Ohr
darzustellen.
Abbildung 46: Terzfiltern
der gemessenen Signale
und Leq-Berechnung
(Bildschirmausdruck)
Abbildung 47 zeigt die Dämmung an den sechs Versuchsohren in Kurvenform über den
gemessenen Frequenzbereich. Fein gestrichelt sind auf dieser Grafik auch die APV-Werte
eingezeichnet, die in der Baumusterprüfung festgelegt worden sind (siehe 4.1). Da es sich
beim APV jedoch um eine subjektive Messmethode handelt, ist beim Vergleichen Vorsicht
geboten. Die Kurve soll lediglich als Richtwert dienen, was bei der Messung ungefähr
herauskommen sollte (die Grafik und auch die einzelnen Kurven der drei ProbandInnen
sind im Anhang 10.4 in A4-Format zu finden).
Äquivalenter Dauerschallpegel = Englisch: equivalent Level „Leq“ = über einen gewissen Zeitraum gemittelte
Lautstärke
177
A-Bewertung = Filterung eines Signals, um dem Frequenzgang des menschlichen Ohres näher zu kommen. Das
A-Filter ist einer Isophonen-Kurve (Kurven gleicher Lautstärke) bei 20–40 Phon nachgeahmt (Bass- und
Höhenabsenkung, empfindlichster Punkt bei ca.1,5 kHz).
176
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Frequenz (Hz)
Abbildung 47: Dämmung durch ER-15TM an 6 Versuchsohren (OpenOfficeCalc-Grafik)
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6. Ergebnisse und Diskussion
In den Folgenden Abschnitten werden die Ergebnisse des Experiments beschrieben und
diskutiert. Dann werden auch die z. T. bereits erwähnten Produktions- und Messfehler
besprochen.
6.1 Messungen mit Rauschen
Es werden nachfolgend der Reihe nach die Auswertungen der Ergebnisse bei den ProbandInnen 2, 3 und 4 besprochen. Die Grafiken sind im Anhang 10.4 groß abgebildet. Es
wurde jeweils der APV mit der Standardabweichung nach oben und unten (siehe 4.1) als
gepunktete Linie aufgezeichnet. Selbstverständlich sind die Werte des subjektiven Tests
nicht mit den hier erworbenen Mikrofonsignalen zu korrelieren – sie sollen lediglich der
Orientierung dienen.
Die Messresultate bei 6,3–10 kHz sind aus der Diskussion auszuschließen, da sie zu leicht
durch Kopfbewegungen der ProbandInnen oder durch die gerichtete Abstrahlung hoher
Frequenzen beim Lautsprecher verfälscht sein könnten (bei den Resultaten von Probandin
4 hat dies auch Etymotic bestätigt).
6.1.1 Auswertung Proband 2
Dezibel (dB)
Proband 2 weist eine OEG bei 2,5 kHz auf und entspricht damit am besten den Kriterien
der Gehörschutzhersteller. Die Dämmung am linken Ohr entspricht annähernd den Werten aus dem subjektiven Test (Abbildung 48). Dies spricht dafür, dass das Filter bei dieser
Gehörgangsresonanz wie erwünscht arbeitet. Die Dämmung am rechten Ohr weist erheb-
Frequenz (Hz)
Abbildung 48: Proband 2 Auswertung (OpenOfficeCalc-Grafik)
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liche Mängel im Bass- und Mittenbereich bis und mit 500 Hz auf, was eventuell auf eine
fehlende Dichtung zurückzuführen ist (siehe 6.3). Weiter ist interessant, dass sich gerade
dieser Proband beschwert hat, dass im Bereich der OEG zu viel Dämmung geschehe. Dies
kann eventuell durch den starken Anstieg der Dämmwirkung zwischen den Terzmittenfrequenzen von 2 und 2,5 kHz erklärt werden.
6.1.2 Auswertung Proband 3
Dezibel (dB)
Das rechte Ohr von Proband 3 hat eine OEG von 2 kHz. Hier arbeitet das Filter wahrscheinlich nicht mehr optimal, was sich eventuell in der erhöhten Dämmwirkung bei 2 kHz zeigt
(Abbildung 49). Beim linken Ohr gibt es eventuell wiederum leichte Dichtigkeitsprobleme
im Bassbereich bis 400 Hz sowie zu wenig Dämmwirkung ab 2 kHz, was allerdings nicht
durch die OEG erklärt werden kann, die bei diesem Ohr im Bereich des Durchschnitts
von 2–2,5 kHz lag. Die verminderte Dämmwirkung bleibt hier also unerklärt. Auffallend
ist auch der Abfall der Dämmung von ca. 10 dB zwischen 1,6 und 2 kHz. Am rechten Ohr
erscheint dieser frequenzversetzt zwischen 2 und 3,15 kHz.
Frequenz (Hz)
Abbildung 49: Proband 3 Auswertung (OpenOfficeCalc-Grafik)
6.1.3 Auswertung Probandin 4
Probandin 4 hatte bei beiden Ohren eine erhöhte OEG, wobei die rechte bei ca. 3,5 kHz die
höchste des Versuchs war. Abbildung 50 zeigt wohl daher eine überhöhte Dämmung am
rechten Ohr bei 3,15 kHz und eine zu schwache zwischen 2 und 2,5 kHz. Dazwischen gibt
es einen Anstieg der Dämmung um 13,7 dB [sic!]. Des Weiteren gibt es wieder ein Dichtigkeitsproblem im Bassbereich bis ca. 500 Hz. Das Filter im linken Ohr arbeitet ungefähr so,
Ergebnisse und Diskussion
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Dezibel (dB)
wie es zu erwarten war, bis auf die schwache Dämmung zwischen 1,6 und 2,5 kHz, welche
man auch auf die Gehörgangsresonanz zurückführen könnte, da diese oberhalb der vom
Hersteller angenommenen 2,7 kHz lag.
Frequenz (Hz)
Abbildung 50: Probandin 4 Auswertung (OpenOfficeCalc-Grafik)
6.1.4 Anmerkungen zu den Messungen mit Rauschen
Jedes Ohr hat individuelle Messergebnisse gezeigt. Natürlich sind diese Ergebnisse nicht
hieb- und stichfest, denn man hätte sie mehrfach wiederholen müssen, um Messfehler
konkret ausschließen zu können. Dies war aber im Rahmen dieser Arbeit nicht möglich
und den ProbandInnen auch nicht zumutbar.178 Die Resultate dienen daher als Hinweis,
was bei künftigen Untersuchungen noch genauer betrachtet werden könnte. Diese könnten eventuell wieder an einem Kuppler geschehen, da man dort die Einflüsse von Rumpf
und Kopf (Form und Beschaffenheit) ausschließen kann. Dieser Fehler wurde in Punkt 4
der Hypothese (5.1) beschrieben.
Es bleibt anzumerken, dass jeder Mensch eine individuelle Gehörgangsresonanz aufweist
und ein Durchschnittswert eben nur ein Durchschnittswert bleibt – will heißen, dass
alle Personen mit anderen anatomischen Gegebenheiten bei dieser Art von Fabrikation
schlecht beraten sind. Die Ergebnisse sprechen für die Überlegung, dass der Gehörschutz
nicht nur nach Maß angefertigt, sondern nachträglich auch noch überprüft und optimiert
werden muss.
Anmerkung: Ein derartiger Versuchsaufbau müsste auch ethisch überprüft werden.
178
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6.2 Messungen mit Musik
Eine Aussage über das Musikhören mit dem ER-15TM-Gehörschutz muss vorsichtig getroffen werden, da die klanglichen Eigenschaften des Mikrofons in das Ergebnis mit hineinspielen. Wenn man die Hörbeispiele also bewerten möchte, muss man abstrahieren und
die Vergleiche zwischen dem Klang des Mikrofons im freien Gehörgang und hinter dem
Gehörschutz relativ unterscheiden.
Die Ausschnitte wurden mit der Funktion „Spectral Cleaning“ in Sequoia11 in eine spektrale Darstellung umgewandelt. Die Lautstärke der Frequenzen wird dabei über die Farbe
und die Helligkeit visualisiert.
6.2.1 Klangverhalten
Um eine Aussage über die Wirkung der Dämmung auf das Klangverhalten von Musik machen zu können, wurden ein einzelner Geigenton (leere A-Seite, siehe 10.5 Nr. 2) und eine
einzelne Basedrum (siehe 10.5 Nr. 8) mehrmals abgespielt. Diese Klänge wurden in einem
zweiten Schritt derart bearbeitet, dass die Gesamtlautstärke aller Beispiele gleich laut ist
(die Messungen mit Gehörschutz wurden auf gleichen Pegel wie die Messungen ohne
Gehörschutz angehoben, ca. +15 dB), sodass die spektralen Anteile verglichen werden
können.
Frequenz (Hz)
Bei der Analyse dieses Versuches ist Vorsicht angebracht. Das Messmikrofon arbeitet im
Frequenzbereich von ca. 100–10’000 Hertz, die Klänge – gerade die Basedrum – können
jedoch über diesen Frequenzbereich hinaus Frequenzanteile innehaben. Es muss also ein
Zeit (t)
Abbildung 51: Violine 0,2–7 kHz Original, ProbandInnen 3, 2 + 4 – Lautstärke unbearbeitet
(Bildschirmausdruck)
Ergebnisse und Diskussion
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relativer Vergleich zwischen der Messstrecke und der Messung hinter dem Gehörschutz
gemacht werden, die Hörbeispiele gelten daher nicht 1:1.
Frequenz (Hz)
In Abbildung 51 sind der Reihe nach von links nach rechts das Originalsignal des Geigentons, die Messung von Proband 2 ohne Gehörschutz links, dann mit Gehörschutz links,
die Messung von demselben Probanden mit und ohne Gehörschutz rechts und dasselbe
von den ProbandInnen 3 und 4 abgebildet (die folgenden Grafiken befinden sich in voller
Größe im Anhang 10.4). Der Frequenzbereich beträgt 200–7’000 Hz. Es ist erkennbar, dass
durch das Mikrofon zusätzliche Obertöne (Verzerrungen) zum Originalsignal hinzukommen. Der Bereich um 2,3 kHz (knapp unterhalb der Hälfte in der Grafik) wird davon stark
betont (Bereich der Gehörgangsresonanz). Der Bereich um 260 Hz (unterste Reihe) ist
abgeschwächt (siehe 10.5 Nr. 3).
Zeit (t)
Abbildung 52: Violine 0–3 kHz Original, ProbandInnen 3, 2 + 4 – Lautstärke bearbeitet (Bildschirm-A.)
Abbildung 52 zeigt dieselben Messresultate, allerdings sind hier, wie oben beschrieben,
die Pegel der Messungen mit Gehörschutz um ca. 15 dB angehoben. Der Frequenzbereich beträgt 0–3’000 Hz. Bei Proband 3, welcher direkt nach dem Original kommt, ist im
Tieftonbereich ein starkes Rauschen zu sehen. Dieses kam durch den Hautwiderstand
der Litzen zustande und wird in Kapitel 6 noch genauer beschrieben. Interessant ist hier
die Beobachtung, dass die Frequenzgänge bei ca. 600 und 750 Hz und auch zwischen ca.
2–7 kHz mit dem Originalsignal nahezu identisch sind. Hingegen ist beim Grundton um
ca. 250 Hz eine starke Abweichung pro Ohr festzustellen.
Ergebnisse und Diskussion
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Dieser Frequenzbereich wird in Abbildung 53 dargestellt. Er ist bei den ProbandInnen 2
und 4 jeweils am rechten Ohr sogar stärker betont als im Original, was nicht auf das Messmikrofon zurückzuführen ist (siehe 10.5 Nr. 4).
Frequenz (Hz)
Eher ist anzunehmen, dass hier stehende Wellen vorliegen, welche zur sogenannten Okklusion führen (siehe 4.4.2), oder dass die Bassfrequenzen über den Körperschall hinter
den Gehörschutz gelangen (siehe 4.4.5).
Zeit (t)
Abbildung 53: Violine Grundton ProbandInnen 3, 2 + 4 – Lautstärke bearbeitet (Bildschirmausdruck)
Nach Absprache mit Etymotic handelt es sich nicht um Okklusion, sondern um leckhafte
Abdichtung bei der Messung, sodass sich die tiefen Frequenzen um den Gehörschutz
herum beugen179 konnten. Dies scheint aber insofern unwahrscheinlich, als dass die hier
verwendeten Litzen mit Sicherheit besser abdichten als die für solche Messungen üblicherweise verwendeten Sondenschläuche (wie in 4.2.1 besprochen).
Wenn man aber bedenkt, dass die Dichtigkeitsprüfung nicht stattfinden konnte,180 und
nach Angaben von Etymotic 66 % der Gehörschutze eine mangelnde Dichtung von 20 dB
aufweisen,181 scheint es dennoch möglich und plausibel. Außerdem genügt laut KILLION
/ DE VILBISS / STEWART, 1988, ein Leck von 0,5 mm Durchmesser, um die Dämmkurve aus
Abbildung 54 zu erzeugen. Sehr wahrscheinlich waren bei diesem Versuch also drei [!]
Gehörschutze leckhaft – und es ließ sich leider nicht überprüfen.
Beugung = akustisches Phänomen, bei dem eine Wellenlänge (die im Vergleich zu den Massen eines Hindernisses
länger ist) ein Hindernis gar nicht „sieht“, sondern ungehindert daran vorbeigeht.
180
Vgl. 6.3
181
Siehe 10.8
179
Ergebnisse und Diskussion
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Abbildung 54: Dämmkurve eines
leckhaften Gehörschutzes im Vergleich zu einem exakt konstruierten
MusikerInnen-Gehörschutz und
einem nicht maßgeschneiderten
– KILLION / DE VILBISS / STEWART,
1988, S. 16
© Copyright Etymotic Research Inc.
Used with permission.
Im Folgenden werden die Ergebnisse von Proband 2 alleine und ohne das Originalsignal
betrachtet. Abbildung 55 zeigt den Frequenzbereich der OEG. Die zusätzlichen Obertöne,
welche durch das Mikrofon zum Originalsignal hinzukamen, sind bei der Aufnahme mit
Gehörschutz kaum mehr vorhanden. Und obwohl sie bei diesem Klang nicht gewollt sind
(sondern eben als Verzerrung hinzukamen), kann erkannt werden, dass der Bereich um
die Gehörgangsresonanz herum gegenüber dem Signal ohne Gehörschutz im Ohr etwas
abgeschwächt wird. Proband 2 hat eine für den Gehörschutz ER-15TM optimale OEG bei ca.
2,5 kHz. Laut seinen eigenen Angaben „fehlt ihm etwas“ in dem Bereich. Da er Tonmeister ist und den gehörten Frequenzgang sogar mit einem Audiofilter nachbauen konnte,
klingt seine Aussage glaubwürdig.
Frequenz (Hz)
Abbildung 55: Violine 1,7–4,5 kHz Proband 2
(Bildschirmausdruck)
Zeit (t)
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Frequenz (Hz)
Abbildung 56 zeigt das Originalsignal und die Aufnahmen des Geigentons, ebenfalls
bei Proband 2. Nur beim letzten Beispiel, also dem rechten Ohr mit Gehörschutz, ist die
Grundtonlautstärke höher als bei den anderen. Sie befindet sich jedoch im Bereich des
Originalsignals und wäre somit nicht als störend, sondern als authentisch zu betrachten.
Von störender Okklusion kann also kaum die Rede sein.
Zeit (t)
Abbildung 56: Violine Original Proband 2, Lautstärke bearbeitet (Bildschirmausdruck)
Ergebnisse und Diskussion
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6.2.2 Impulstreue
Frequenz (Hz)
Es wurden zwei Takte eines Schlagzeug-Rhythmus abgespielt (im Folgenden „Beat“ genannt) (siehe 10.5 Nr. 5). Abbildung 57 zeigt den Beat von 0–6 kHz bei allen drei Pro­
bandInnen, die beim zweiten Versuch anwesend waren (siehe 10.5 Nr. 6).
Zeit (t)
Abbildung 57: Beat ganz 0–6 kHz, Prob. 3, 2 und 4, Lautstärke bearbeitet (Bildschirmausdruck)
Man kann beobachten, dass durch die Gehörgangsresonanz Frequenzanteile in den ersten paar Kilohertz im Vergleich zum Original verstärkt werden, sowohl bei der Messung
ohne Gehörschutz als dann auch noch stärker [!] bei der Messung mit Gehörschutz.
Jedoch sind auch die Bassanteile beim Signal mit Gehörschutz verstärkt . Dies zeigt deutlich Abbildung 58, wo nur die Signale vom rechten Ohr der Probandin 4 von 0–700 Hz
abgebildet sind. In der linken Hälfte des Bildes sieht man die Messung ohne Gehörschutz
und in der rechten Hälfte diejenige mit Gehörschutz. Der Bassbereich um die 100 Hz ist
übermäßig stark betont. Durch den psychoakustischen Effekt der Verdeckung182 werden
die verhältnismäßig zu stark verstärkten höheren Frequenzanteile im Bereich von 2–4 kHz
in der Wahrnehmung gedämpft. Der Bassanteil dominiert also und das Signal verliert an
Präsenz.
Verdeckung, Maskierung = hohe, leise Töne können von tiefen, lauten Tönen überdeckt werden, sodass man nur noch
diese wahrnimmt. Ein Effekt des menschlichen Ohres, der z. B. auch bei der Orchesterkomposition Verwendung findet:
Wenn die Tuben spielen, hört man auch von 30 StreicherInnen bisweilen gar nichts mehr.
182
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Frequenz (Hz)
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Zeit (t)
Abbildung 58: Beat 0–700 Hz, Probandin 4 rechts (Bildschirmausdruck)
Umgangssprachlich ausgedrückt nimmt man das „Wummern“ des Basses wahr und nicht
die „knackigen“ Impulse der Anschläge. Der Klangeindruck wird „dumpf“.
Wenn wir das Signal der Basedrum im Zeitbereich und bei im Mittel gleicher Lautstärke
betrachten (siehe Abbildung 59), so fällt auf, dass das Ausschwingen der Bassfrequenzen
mit Gehörschutz viel weniger ausgeprägt ist als beim Originalsignal. Außerdem scheint
plötzlich der Grundton höher als im Original (mehr Wellenbäuche und -täler auf gleicher
Zeitstrecke).
Amplitude
Abbildung 59: Proband
2 rechts von oben nach
unten: BD original, BDER, BD+ER, Lautstärke
bearbeitet (Bildschirmausdruck)
Zeit (t)
Ergebnisse und Diskussion
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Frequenz (Hz)
Dieselben Beobachtungen kann man auch in der spektralen Ansicht machen, wie Abbildung 60 zeigt. Das Ausschwingen wird regelrecht unterbrochen, anstatt dass es kontinuierlich schwächer wird (siehe 10.5 Nr. 9).
Zeit (t)
Abbildung 60: Proband 2 rechts Ausschwingen Basedrum 0–300 Hz - BD original, BD-ER, BD+ER, Lautstärke bearbeitet (Bildschirmausdruck)
Dass der Grundton höher wird, ist wohl auf das Mikrofon zurückzuführen, dessen Frequenzverhalten unter 100 Hz unbekannt ist.
6.3 Produktionsfehler
An erster Stelle in der Produktion steht der Ohrabdruck. Bei diesem können bereits einige
Fehler geschehen, welche bei der weiteren Fertigung nicht mehr korrigierbar sind.183
Laut Angaben von Etymotic184 gibt es im Fertigungsprozess verschiedene Fehlerquellen
wie die akustische Masse, die Dichtigkeit und die Okklusion. Es wurde versucht, diese für
diesen Versuch auszumerzen.
Die akustische Masse wurde daher von KIND im Labor überprüft und dokumentiert (die
Bilder sind im Anhang 10.2 abgebildet). Dieser Parameter war also in Ordnung.
Es bleibt die Frage, ob die akustische Masse mit einem Referenzvolumen allein überprüft
werden kann. Laut den Simulationen mit VIAS (siehe 4.4.4) ist nämlich nicht nur das Volumen per se, sondern sind auch die jeweiligen Dimensionen von Radius und Länge sowie
Siehe VOOGDT, 2005, S. 153 f.
Siehe 10.8
183
184
Ergebnisse und Diskussion
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eventuell vorkommende Richtungswechsel (2. Gehörgangsknick „Isthmus“, siehe 3.1.1)
entscheidend für das Resonanzverhalten einer akustischen Luftmasse.
Des Weiteren war leider kein Seal- & Occlusion-Meter (siehe 4.3 und 4.4.2) aufzutreiben.
Die Messresultate wurden daher an Etymotic geschickt und freundlicherweise auf diese Parameter hin begutachtet. Dabei wurde festgestellt, dass es sich in keinem Fall um
Okklusion handelt, jedoch bei Proband 2 auf dem rechten Ohr ein Abdichtungsproblem
während der Messung vorliegen könnte. Dies erklärt allerdings nicht, wieso der Geigenton (siehe 6.2.1) am rechten Ohr von Proband 2 erst nach der Anhebung der Lautstärke
um 15 dB gleich laut war wie das Originalsignal. Nach Auffassung der Autorin hätte der
Bassbereich hier nach der Lautstärkenbearbeitung um 15 dB zu laut sein müssen, um
mangelnde Dichtung und somit eine Beugung der tiefen Frequenzen nachweisen zu können. Es wird eher vermutet, dass das Filter im Bass- und unteren Mittelbereich nicht ideal
arbeitet, da dasselbe Phänomen an zwei weiteren Ohren (Proband 3 links, Probandin 4
rechts) beobachtet werden kann.
6.4 Fehler im Versuchsaufbau
Der Messfehler des Versuchsaufbaus mit MIRE besteht generell darin, dass das Mikrofon
als Schalldruckempfänger nur an einem bestimmten Punkt im Schallfeld arbeiten kann.
Dadurch werden auch nur Druckwerte, die exakt dort vorkommen, aufgenommen. Besser
wäre es, das Mikrofon in einer Begrenzung zu fixieren, z. B. am Ende des Gehörschutzes.
Weiter war der Arbeitspunkt des Vorverstärkers, wie in Kapitel 5.2 bereits beschrieben,
nicht ideal gewählt. Dies führt zu Verzerrungen, die die errechneten Mittelwerte verfälschen. Da der Fehler bei beiden Mikrofonen gleich groß war, wurde er akzeptiert. Einen
optimalen Vorverstärker zu bauen, hätte den Arbeitsaufwand für diese Arbeit gesprengt.
Durch das Anpressen der Litzen auf die Haut entstand ein 50 Hz-Brummen (siehe 5.2).
Dieses wurde vernachlässigt, weil der Fehler nach dem Terzfiltern marginal war und jegliches Herausfiltern das Signal in der Zusammensetzung der Teiltöne beeinträchtigt hätte.
Eine weitere Schwierigkeit stellte sich den ProbandInnen: Sie durften während der Messungen nicht schlucken, da das im Gehörgang sehr gut hörbar ist und dadurch vom Messmikrofon aufgenommen worden wäre. Nach einer Einweisung konnten die ProbandInnen
aber sehr gut mit der Situation umgehen.
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7. Erkenntnisse
Die Ergebnisse aus den durchgeführten Messungen sprechen für die Hypothese, dass der
untersuchte Gehörschutz in jedem Ohr individuell arbeitet und auch mit einer großzügigen Standardabweichung nicht exakt vorauszusagen ist. Parameter wie die akustischen
Eigenschaften, die Dichtigkeit und auch die Okklusion müssen daher bei jedem Ohr einzeln überprüft werden, um eine optimale Wirkung des Filters zu gewährleisten. Die Abweichungen verursachen sehr wohl unerwünschte Klangverfärbungen.
8. Ausblick
Man könnte anhand der oben genannten Erkenntnisse für eine zukünftige Entwicklung
eine Messung der individuellen Impedanz in Betracht ziehen. Darauf würde dann der
Gehörschutz nicht nur nach Maß, sondern auch für die individuellen akustischen Eigenschaften produziert. Man würde auf diese Weise eine individuelle Impedanzanpassung
vornehmen.
Nach VOIX / LAVILLE, 2004, und auch RICHTER / ZANDER / SPAHN, 2007, soll die zukünftige
Entwicklung von MusikerInnen-Gehörschutz aber in Richtung maßgefertigter, elektronischer Geräte gehen. Diese sollen selbstregulierend arbeiten und nur bei hohen Lautstärkepegeln komprimierend185 eingreifen. Die zitierten Quellen sind jedoch schon fünf und
acht Jahre alt, und es ist – für Musizierende – bislang kein besserer Gehörschutz als der
beschriebene in Sicht.
Des Weiteren muss man sich die Frage stellen, ob eine gleichmäßige Dämmwirkung über
alle Frequenzen in der Gehörprävention für Musizierende überhaupt das zu erreichende
Ziel darstellt. Wenn man bedenkt, dass viele Musizierende – genauso wie alle anderen
Menschen – von Lärmschwerhörigkeit186 betroffen sind, sollte bei der Entwicklung von
Gehörschutz eigentlich nicht (nur) von einer idealen Hörschwelle, wie sie bei gesunden,
jungen Menschen zu finden ist, ausgegangen werden, sondern auch von den unterschiedlichen Stadien einer fortgeschrittenen Presbyakusis. Hinzu kommt, dass bei einer
Lärmschwerhörigkeit die hohen Frequenzen vermehrt betroffen sind und sich demnach
eine Dämmung in den hohen Frequenzen ungünstig auswirken kann und wichtige Frequenzanteile zu stark dämpft.
InstrumentalistInnen könnten zudem, je nach Instrumentengruppe, andere Bedürfnisse mitbringen. So untersuchten bereits OBERDANNER / REINTGES / WELZL-MÜLLER o. J.
den Erfolg von MusikerInnen-Gehörschutz bei BlechbläserInnen. Mit dem Resultat, dass
erhebliche Eingriffe187 durchgeführt werden mussten, um die Akzeptanz wegen Okklusionseffekten zu erhöhen. Die Bedürfnisse von InstrumentalistInnen könnten sich zudem
Komprimieren: dynamische Bearbeitung eines Audiosignals, bei dem die Dynamik eingegrenzt wird
Lärmschwerhörigkeit = Altersschwerhörigkeit / Presbyakusis, welche durch die Gesamtheit der während des Lebens
einwirkenden Schallpegel verursacht wird
187
Siehe 4.4.2
185
186
Erkenntnisse/Ausblick
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insofern unterscheiden, als dass jedes Instrument einen spezifischen Frequenz- und Dynamikumfang hat, und auch nach dem Sitzplatz der Person im Orchester (sofern es sich
um OrchestermusikerInnen handelt) oder der Aufstellung in einer Band. So muss man sich
im Orchester je nach Position vor einer anderen Instrumentengruppe schützen (z. B. vor
den tendenziell lauten Blechblasinstrumenten oder dem Schlagwerk) und gleichzeitig
sowohl sein eigenes Spiel als auch das der anderen gut wahrnehmen können. Dasselbe
gilt in einer Band, wo z. B. ein Bassist sich vor den Impulsen des Schlagzeugs schützen,
aber gleichzeitig den Gesang hören muss.
Der individuellen Begutachtung und Anpassung sind also kaum Grenzen gesetzt, und
vieles in diesem Schnittstellenbereich zwischen Musik und Medizin gehört noch erforscht.
Ausblick
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9. Verzeichnisse
9.1 Literaturverzeichnis
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HOHMANN, Beat W. Musik und Hörschäden. Informationen für alle, die Musik spielen oder
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In: The Hearing Review (Februar 2009), Seiten 22–31
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PAWLATA, Heinz: Anatomie für Hörgeräteakustiker, Skript WIFI Innsbruck (o. J.)
RICHTER, Bernhard / ZANDER, Mark / SPAHN, Claudia: Gehörschutz im Orchester, in: freiburger beiträge zur musikermedizin, 4, Bochum u. a., Deutschland: projektverlag 2007
Safe und Sound. Ratgeber zur Gehörerhaltung in der Musik- und Entertainmentbranche, BAUA
2008
Sound advice. Control of noise at work in music and entertainment, in: Health and Safety
Executive, März 2010
VEIT, Ivar: Technische Akustik, Kamprath-Reihe, 6. erweiterte Auflage, Würzburg, Deutschland: Vogel Fachbuch 2005
VOIX, Jérémie / LAVILLE, Frédéric: Problématiques associées au développement d’un bouchon d’oreille intelligent. École de technologie supérieure de Montréal (2004)
VOIX, Jérémie / ZEIDAN, Jean: Is it necessary to measure hearing protectors attenuation
at 4 and 8 kHz? In: Revue Internationale sur l’Ingénierie des Risques Industriels (JI‐IRI) Vol.
3-1 (2010), S. 32–44
VOOGDT, Ulrich: Otoplastik. Die individuelle Otoplastik zur Hörgeräteversorgung und als
persönlicher Gehörschutz im Lärm (Wissenschaftliche Fachbuch-Reihe der Akademie für
Hörgeräte-Akustik, Band 2), 3. überarbeitete Auflage, Heidelberg, Deutschland: Median
2005
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9.2 Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Gemittelte Audiogramme der Tonmeisterklasse Wien vom Januar 2011
1
Abbildung 2: Querschnitt eines rechten, äußeren Gehörganges von vorne
7
Abbildung 3: Hörvorgang über Knochenleitung
8
Abbildung 4: MusikerInnen-Gehörschutz im linken Ohr einer Trägerin
9
Abbildung 5: REAR mit und ohne ER-15TM10
Abbildung 6: Filtereinsatz ERTM10
Abbildung 7: Dämmwerttabelle ER-15TM11
Abbildung 8: REAT = Hörschwelle ungeschütztes Ohr „minus“ Hörschw. gesch. Ohr
12
Abbildung 9: Mindestschalldämmung nach Baumusterprüfung
14
Abbildung 10: Vergleich von REAT-Messungen mit ER-15TM und anderen Gehörschutzen 14
Abbildung 11: NRR-Labor­werte im Vergleich zu Feldwerten
17
Abbildung 12: Frequenzspektrum einer Dämmung mit Sondenmessung
19
Abbildung 13: Mögliche MIRE-Messpunkte nach VOIX und LAVILLE, 2004
23
Abbildung 14: Insertion Loss = Schalldruck vor Trommelfell im ungeschützten Ohr –
Schalldruck am Trommelfell im geschützten Ohr
23
Abbildung 15: Dichtigkeitsprüfung
25
Abbildung 16: Konstruktion ER-Filter und Ersatzschaltbild
26
Abbildung 17: Maßmeter mit Kalibriervolumen
27
Abbildung 18: Okklusionseffekt am Beispiel eines gesprochenen „Iii“
28
Abbildung 19: Verringerung des Okklusionseffektes durch Venting
28
Abbildung 20: Akustischer Hochpass
29
Abbildung 21: Länge des Ohrschutzes mit Auswirkung auf die Okklusion
29
Abbildung 22: Impedanzveränderung bei unterschiedlichen Formen gleicher Volumina 30
Abbildung 23: VIAS-Simulation von geschlossenen Rohren mit unterschiedlichen
Längen und Durchmessern, aber gleichen Volumina
31
Abbildung 24: Theoretische Grenzen der Messmöglichkeiten durch Vibration
33
Abbildung 25: Verwendetes Mikrofon mit Speziallitzen
37
Abbildung 26: Sitz Messmikrofon
38
Abbildung 28: Focusrite Octopre – Vorverstärker 1
39
Abbildung 27: Phantomspeisung und Referenzmikrofon
39
Abbildung 29: Eigenbau Institut für Wiener Klangstil MPA2017 – Vorverstärker 2
39
Abbildung 30: Generieren von Rosa Rauschen im Terzband mit der Mittenfrequenz
630 Hz in LabView: Block-Diagramm
40
Abbildung 31: Generieren von Rosa Rauschen im Terzband mit der Mittenfrequenz
630 Hz in LabView: Front Panel
40
Abbildung 32: Gleichzeitige Wiedergabe und Aufnahme in Sequoia
40
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Abbildung 33: Vergleich Referenzmikrofon mit Messmikrofon Roga RG50
41
Abbildung 34: Nicht-mittiger Arbeitspunkt am Beispiel von Proband 3 mit Gehörschutz
links42
Abbildung 35: Frequenzgänge von Mess- und Referenzmikrofon ohne Proband
(Leq(A) in Terzbändern) – 1
42
Abbildung 36: Frequenzgänge von Mess- und Referenzmikrofon ohne Proband
(Leq(A) in Terzbändern) – 2 42
Abbildung 37: Frontale Beschallung
43
Abbildung 38: Abstand der Ohren zur horizontalen Beschallungsachse
43
Abbildung 39: Proband 1 im Überwachungsmonitor
44
Abbildung 40: Optische Unterschiede je einer Otoplastik von den Probanden 1+2
mit Abdruck (beige)
45
Abbildung 41: Abgleich mit Referenzvolumen mittels Maßmeter im Labor
46
Abbildung 42: OEG der Probanden 1+2
46
Abbildung 43: OEGs einer Wiener Klasse von angehenden HörakustikerInnen,
hervorgehoben die Ohren von Probandin 4, rechts (rot) und links (blau)
47
Abbildung 44: Optische Unterschiede links/rechts bei Proband 3 durch Operation
48
Abbildung 45: Gehörgangsresonanzen der ProbandInnen 2, 3 und 4
48
Abbildung 46: Terzfiltern der gemessenen Signale und Leq-Berechnung49
Abbildung 47: Dämmung durch ER-15TM an 6 Versuchsohren
50
Abbildung 48: Proband 2 Auswertung
51
Abbildung 49: Proband 3 Auswertung
52
Abbildung 50: Probandin 4 Auswertung
53
Abbildung 51: Violine 0,2–7 kHz Original, ProbandInnen 3, 2 + 4 –
Lautstärke unbearbeitet 54
Abbildung 52: Violine 0–3 kHz Original, ProbandInnen 3, 2 + 4 – Lautstärke bearbeitet
55
Abbildung 53: Violine Grundton ProbandInnen 3, 2 + 4 – Lautstärke bearbeitet
56
Abbildung 54: Dämmkurve eines leckhaften Gehörschutzes i. Vgl. zu einem exakt
konstruierten MusikerInnen-Gehörschutz und einem nicht maßgeschneiderten 57
Abbildung 55: Violine 1,7–4,5 kHz Proband 2
57
Abbildung 56: Violine Original Proband 2, Lautstärke bearbeitet
58
Abbildung 57: Beat ganz 0–6 kHz, Prob. 3, 2 und 4, Lautstärke bearbeitet
59
Abbildung 58: Beat 0–700 Hz, Probandin 4 rechts
60
Abbildung 59: Proband 2 rechts von oben nach unten: BD original, BD-ER, BD+ER,
Lautstärke bearbeitet
60
Abbildung 60: Proband 2 rechts Ausschwingen Basedrum 0–300 Hz - BD original,
BD-ER, BD+ER, Lautstärke bearbeitet
61
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9.3 Normenverzeichnis
n
DIN EN 60651:1994 „Schallpegelmesser“
n
IEC 225:1966 „Octave, half-octave and third-octave band filters intended for the analysis
of sounds and vibrations“, Zurückziehung: 1995 (Verweis darauf in 24869-1)
n
ÖNORM EN 13819-2:2003 „Gehörschützer – Prüfung – Teil 2: Akustische Prüfverfahren“
n
ÖNORM EN 24869-1:1993 „Akustik – Gehörschützer – Teil 1: Subjektive Methode zur
Messung der Schalldämmung“
n
ÖNORM EN 352-2:2003 „Gehörschützer – Allgemeine Anforderungen – Teil 2: Gehörschutzstöpsel“
n
ÖNORM EN 60118-8:2006 „Akustik – Hörgeräte – Teil 8: Verfahren zur Messung der
Übertragungseigenschaften von Hörgeräten unter simulierten In-Situ-Bedingungen“
n
ÖNORM EN ISO 3745:2009 „Akustik – Bestimmung der Schallleistungspegel von Geräuschquellen aus Schalldruckmessungen – Verfahren der Genauigkeitsklasse 1 für
reflexionsarme Räume und Halbräume“
n
ÖNORM EN ISO 11904-1:2003 „Akustik – Bestimmung der Schallimmission von ohrnahen Schallquellen – Teil 1: Verfahren mit Mikrofonen in menschlichen Ohren (MIREVerfahren)“
n
ÖNORM EN ISO 11904-2:2005 „Akustik – Bestimmung der Schallimmission von ohrnahen Schallquellen – Teil 2: Verfahren unter Verwendung eines Kopf- und Rumpfsimulators“
n
ÖNORM EN ISO 266:1997 „Akustik – Normfrequenzen“
n
ÖNORM EN ISO 4869-1:1990 „Akustik – Gehörschützer – Teil 1: Subjektive Methode zur
Messung der Schalldämmung“
n
ÖNORM EN ISO 4869-2:1994 „Akustik ­Gehörschützer – Teil 2: Abschätzung der beim
Tragen von Gehörschützern wirksamen A-bewerteten Schalldruckpegel“
n
ÖVE/ÖNORM EN 60318-4:2011 (ehemals IEC 60711)
n
ÖVE/ÖNORM EN 61260+A1:2003 „Elektroakustik – Bandfilter für Oktaven und Bruchteile
von Oktaven“
Verzeichnisse
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Förderpreis 2012 - Esther Merz
10. Anhang
Frequenz (Hz)
10.1 Impedanzsimulation mit VIAS
Dezibel (dB)
Anhang
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10.2 Akustische Masse – Überprüfung
Anhang
Massenmessung Proband 1 links
Massenmessung Proband 1 rechts
Massenmessung Proband 2 links
Massenmessung Proband 2 rechts
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Anhang
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Massenmessung Proband 3 links
Massenmessung Proband 3 rechts
Massenmessung Probandin 4 links
Massenmessung Probandin 4 rechts
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Frequenz (Hz)
10.3 Gehörgangsresonanzen Versuch 1
Dezibel (dB)
Anhang
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Frequenz (Hz)
10.4 Ergebnisse Versuch 2
Dezibel (dB)
Anhang
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Frequenz (Hz)
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Dezibel (dB)
Anhang
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Frequenz (Hz)
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Dezibel (dB)
Anhang
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Frequenz (Hz)
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Dezibel (dB)
Anhang
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Frequenz (Hz)
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Dezibel (dB)
Anhang
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Anhang
Zeit (t)
Violine 0,2-7 kHz Original, ProbandInnen 3, 2 und 4 – Lautstärke unbearbeitet
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Frequenz (Hz)
Anhang
Zeit (t)
Violine 0-3 kHz Original, ProbandInnen 3, 2 und 4 – Lautstärke bearbeitet
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Frequenz (Hz)
Anhang
Zeit (t)
Violine Grundton ProbandInnen 3, 2 und 4 – Lautstärke bearbeitet
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Frequenz (Hz)
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Förderpreis 2012 - Esther Merz
Frequenz (Hz)
Violine 1,7-4,5 kHz Proband 2
Zeit (t)
Anhang
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Anhang
Zeit (t)
Violine Original Proband 2 – Lautstärke bearbeitet
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Frequenz (Hz)
Anhang
Zeit (t)
Beat ganz 0-6 kHz, ProbandInnen 3, 2 und 4 – Lautstärke bearbeitet
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Frequenz (Hz)
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Zeit (t)
Beat 0-700 Hz, Probandin 4 rechts
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Frequenz (Hz)
Anhang
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Anhang
Zeit (t)
Von oben nach unten: Proband 2 rechts BD original, BD-ER, BD+ER, Lautstärke bearbeitet
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Amplitude
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Zeit (t)
Proband 2 rechts Ausschwingen Basedrum 0-300 Hz – BD original, BD-ER, BD+ER, Lautstärke bearbeitet
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Frequenz (Hz)
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10.5 CD-Verzeichnis
1. Programmierte Samples, Rauschen von 100–10’000 Hz in Terzbändern
2. Violine: Originalsignal
3. Violine: Originalsignal, Proband 2 links ohne und mit Gehörschutz, dasselbe rechts,
Proband 3 und 4 mit gleichem Ablauf, Lautstärke unbearbeitet
4. Violine: Originalsignal, Proband 2 links ohne und mit Gehörschutz, dasselbe rechts,
Proband 3 und 4 mit gleichem Ablauf, Lautstärke bearbeitet
5. Beat: Originalsignal
6. Beat: alle, Lautstärke unbearbeitet
7. Beat: alle, Lautstärke bearbeitet
8. Basedrum: Originalsignal
9. Basedrum: Originalsignal, Proband 2 rechts ohne Gehörschutz, rechts mit Gehörschutz,
Lautstärke bearbeitet – in dieser Reihenfolge viermal wiederholt
10.6 Datenblatt Mikrofon TO-30043-000
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10.7 E-Mail von Patty Niquette
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10.8 E-Mail von Marshall Chasin
Anhang
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10.9 Danksagung
Wilfried Kausel:
Institut für Wiener Klangstil
Diplomarbeitsbetreuung
Alexander Mayer: Institut für Wiener Klangstil
Versuchsaufbau und dessen Betreuung,
Beratung und Diskussion
Martin Kinkel: KIND Forschung Großburgwedel
Sponsoring von allen ER-15TM-Gehörschutzen
Patty Niquette: Etymotic, USA
Hinweis auf Produktions- und Messfehler
Mead Killion: Etymotic, USA
Diskussion
Marshall Chasin:
Musicians’ Clinics, Kanada
Diskussion
Hermann Freiberger:
Institut für Komposition und Elektroakustik
Diskussion, Norminstitut, Idee Mikrofonvorverstärker
Bernd Oberlinninger:
Institut für Komposition und Elektroakustik
Betreuung Werkstattplatz Rienößlgasse
Ralf Albert:
Knowles
Sponsoring der Mikrofone
Alexander Tarzi:
Knowles
Kontakt Knowles Wien
Jan Angst:
Phonak
Speziallitzen
Norminstitut AS+:
Informationen
Anton Koller:
Innungsmeister der Optiker Wien
Kontakt Oliver Svadlenak
Oliver Svadlenak:
ProbandInnensuche
Rupert Kink:
Messbetreuung Hörakustikschule Wien
Stefan Hajek:
Proband
Clemens Wannemacker: Proband
Sebastian Rainer:
Proband
Yeliz Cayakar:
Probandin
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Christina Heyne:
Korrekturlesen Deutsch / Englisch
Rhea Krcmárová:
Korrekturlesen Deutsch
Bernhard Laback:
Diskussion
Bernhard Meier:
Akademie Hören Schweiz
Diskussion
Viktor Koci:
HNO-Universitätsklinik Innsbruck
Diskussion
Tom Weidner:
Siemens Audiologische Technik, Erlangen
Diskussion
Harald Bonsel:
Acousticon
Mikrofonempfehlung
Paul Schmitzberger:
National Instruments
LabView-Schulung
Gregor Widholm:
Institut für Wiener Klangstil
Diskussion
ÖH:
Becherli für Getränke beim 1. Versuch
Christian Rois:
Excelkenntnisse, Catering & Massage
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