Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen
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Esther MERZ Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz DIPLOMARBEIT zur Erlangung des akademischen Grades Magistra artium (Mag. Art.) Studium: Tonmeister Institut: Institut für Komposition und Elektroakustik Universität für Musik und darstellende Kunst Wien Betreuer: Ao. Univ.-Prof. Dipl. Ing. Dr. Techn. Wilfried Kausel Wien 2012 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 belonging 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 channel of eight individual ears by means of a miniature microphone. The results are some aspects of the impact of the damping with regard to music, which can now be heard because of the recording by the microphone in the ear channel. The final chapter talks about further development in the prevention of hearing loss for musicians. Inhaltsverzeichnis 1 Vorwort.....................................................................................................................1 2 Einleitung.................................................................................................................3 3 Grundlagen..............................................................................................................7 3.1 Anatomie des äußeren Gehörganges...............................................................7 3.1.1 Luftleitung..................................................................................................7 3.1.2 Knochenleitung..........................................................................................8 3.2 MusikerInnen-Gehörschutz „Musician's Earplug“ ER-15TM.............................9 4 Messmöglichkeiten der Gehörschutzdämmung – Stand der Technik....................13 4.1 Subjektive Messmethode................................................................................13 4.1.1 Oktavpegel-Verfahren..............................................................................16 4.1.1.1 HML-Berechnung (High-Middle-Low-Berechnung)..........................17 4.1.1.2 SNR – Single Number Rating...........................................................18 4.1.1.3 NRR – Noise Reduction Rating und Real World Comparison.........19 4.2 Objektive Messmethoden...............................................................................20 4.2.1 Messung mit Sondenschlauch.................................................................20 4.2.2 MIRE-Verfahren.......................................................................................23 4.2.2.1 Beschreibung MIRE-Verfahren.........................................................23 4.2.2.2 Begriffsbestimmung..........................................................................24 4.2.2.3 Messung und Auswertung................................................................25 4.2.3 Field-MIRE-Verfahren..............................................................................27 4.3 Nicht-akustische Messung: Dichtigkeitsprüfung.............................................28 4.4 Weitere kritische Parameter............................................................................29 4.4.1 Akustische Masse....................................................................................29 4.4.2 Okklusionseffekt......................................................................................31 4.4.3 Problematische Messwerte bei 4 und 8 Kilohertz....................................34 4.4.4 Akustische Impedanz...............................................................................35 4.4.5 Anteil Knochenleitung..............................................................................37 5 Untersuchung.........................................................................................................39 5.1 Hypothese.......................................................................................................39 5.2 Versuchsaufbau..............................................................................................44 5.3 Experimente....................................................................................................53 I 5.3.1 Probandensuche 1..................................................................................53 5.3.2 Versuch 1: Probanden mit optisch unterschiedlichen Gehörgängen.......55 5.3.3 ProbandInnensuche 2.............................................................................56 5.3.4 Versuch 2: ProbandInnen mit Resonanzen von 2–3,5 kHz.....................57 6 Ergebnisse und Diskussion....................................................................................61 6.1 Messungen mit Rauschen..............................................................................61 6.1.1 Auswertung Proband 2............................................................................62 6.1.2 Auswertung Proband 3 ...........................................................................63 6.1.3 Auswertung Probandin 4.........................................................................64 6.1.4 Anmerkungen zu den Messungen mit Rauschen....................................65 6.2 Messungen mit Musik.....................................................................................65 6.2.1 Klangverhalten.........................................................................................66 6.2.2 Impulstreue..............................................................................................71 6.3 Produktionsfehler............................................................................................74 6.4 Fehler im Versuchsaufbau..............................................................................75 7 Erkenntnisse..........................................................................................................77 8 Ausblick..................................................................................................................77 9 Literaturverzeichnis................................................................................................79 10 Anhang...................................................................................................................a 10.1 Impedanzsimulation mit VIAS.........................................................................a 10.2 Akustische Masse – Überprüfung...................................................................b 10.3 Gehörgangsresonanzen Versuch 1................................................................d 10.4 Ergebnisse Versuch 2.....................................................................................e 10.5 CD-Verzeichnis...............................................................................................s 10.6 Datenblatt Mikrofon TO-30043-000.................................................................s 10.7 Normenverzeichnis.........................................................................................u 10.8 E-Mail von Patty Niquette...............................................................................v 10.9 E-Mail von Marshall Chasin............................................................................w 10.10 Selbständigkeitserklärung............................................................................w 10.11 Danksagung.................................................................................................w 10.12 Lebenslauf....................................................................................................y 10.13 Kontakt..........................................................................................................z II Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Gemittelte Audiogramme der Tonmeisterklasse Wien vom Jan. 2011. .2 Abbildung 2: Querschnitt eines rechten, äußeren Gehörganges von vorne..............8 Abbildung 3: Hörvorgang über Knochenleitung.........................................................9 Abbildung 4: MusikerInnengehörschutz im linken Ohr einer Trägerin........................9 Abbildung 5: REAR mit und ohne ER-15TM..............................................................10 Abbildung 6: Filtereinsatz ERTM................................................................................11 Abbildung 7: Dämmwerttabelle ER-15TM..................................................................12 Abbildung 8: REAT = Hörschwelle ungeschütztes Ohr – Hörschw. gesch. Ohr.......14 Abbildung 9: Mindestschalldämmung nach Baumusterprüfung...............................16 Abbildung 10: Vergleich von REAT-Messungen mit ER-15TM und anderen Gehörschutzen...........................................................................................................16 Abbildung 11: NRR-Laborwerte im Vergleich zu Feldwerten...................................20 Abbildung 12: Frequenzspektrum einer Dämmung mit Sondenmessung................21 Abbildung 13: Mögliche MIRE-Messpunkte nach Voix und Laville 2004..................26 Abbildung 14: Insertion Loss = Schalldruck vor Trommelfell im ungeschützten Ohr – Schalldruck am Trommelfell im geschützten Ohr.......................................................27 Abbildung 15: Dichtigkeitsprüfung............................................................................28 Abbildung 16: Konstruktion ER-Filter und Ersatzschaltbild......................................30 Abbildung 17: Maßmeter mit Kalibriervolumen.......................................................31 Abbildung 18: Okklusionseffekt am Beispiel eines gesprochenen „Iii´s“..................32 Abbildung 19: Verringerung des Okklusionseffektes durch Venting.........................33 Abbildung 20: Akustischer Hochpass.......................................................................33 Abbildung 21: Länge des Ohrschützers mit Auswirkung auf die Okklusion.............34 Abbildung 22: Impedanzveränderung bei untersch. Formen gleicher Volumina......35 Abbildung 23: VIAS-Simulation von geschlossenen Rohren mit unterschiedlichen Längen und Durchmessern, aber gleichen Volumina................................................36 Abbildung 24: Theoretische Grenzen der Messmöglichkeiten durch Vibration........38 Abbildung 25: Verwendetes Mikrofon mit Speziallitzen............................................44 Abbildung 26: Sitz Messmikrofon.............................................................................45 Abbildung 27: Phantomspeisung und Referenzmikrofon.........................................45 Abbildung 28: Focusrite Octopre – Vorverstärker 1.................................................46 Abbildung 29: Eigenbau Institut für Wiener Klangstil MPA2017 – Vorverstärker 2...46 III Abbildung 30: Generieren von Rosa Rauschen im Terzband mit der Mittenfrequenz 630 Hz in Labview: Block-Diagramm.........................................................................47 Abbildung 31: Generieren von Rosa Rauschen im Terzband mit der Mittenfrequenz 630 Hz in Labview: Front Panel.................................................................................47 Abbildung 32: Gleichzeitige Wiedergabe und Aufnahme in Sequoia.......................47 Abbildung 33: Vergleich Referenzmikrofon mit Messmikrofon Roga RG50.............48 Abbildung 34: Nicht-mittiger Arbeitspunkt am Bsp. von Proband 3 mit Gehörschutz links............................................................................................................................49 Abbildung 35: Frequenzgänge von Mess- und Referenzmikrofon ohne Proband (Leq(A) in Terzbändern) – 1.........................................................................................50 Abbildung 36: Frequenzgänge von Mess- und Referenzmikrofon ohne Proband (Leq(A) in Terzbändern) – 2.........................................................................................50 Abbildung 37: Frontale Beschallung........................................................................51 Abbildung 38: Abstand der Ohren zur horizontalen Beschallungsachse..................52 Abbildung 39: Proband 1 im Überwachungsmonitor................................................53 Abbildung 40: Optische Unterschiede je einer Otoplastik von den Probanden 1+2 mit Abdruck (beige)....................................................................................................54 Abbildung 41: Abgleich mit Referenzvolumen mittels Maßmeter im Labor..............55 Abbildung 42: OEG der Probanden 1+2..................................................................55 Abbildung 43: OEGs einer Wiener Klasse von angehenden HörakustikerInnen, hervorgehoben die Ohren von Probandin 4, rechts (rot) und links (blau)..................56 Abbildung 44: Optische Unterschiede L/R bei Proband 3 durch Operation.............57 Abbildung 45: Gehörgangsresonanzen der ProbandInnen 2, 3 und 4.....................58 Abbildung 46: Terzfiltern der gemessenen Signale und Leq-Berechnung.................59 Abbildung 47: Dämmung durch ER-15TM an 6 Versuchsohren.................................60 Abbildung 48: Proband 2 Auswertung......................................................................62 Abbildung 49: Proband 3 Auswertung......................................................................63 Abbildung 50: Probandin 4 Auswertung...................................................................64 Abbildung 51: Violine 0,2–7 kHz Orig., Prob. 3, 2 + 4 – Lautstärke unbearbeitet....66 Abbildung 52: Violine 0–3 kHz Orig., Prob. 3, 2 + 4 – Lautstärke bearbeitet...........67 Abbildung 53: Violine Grundton ProbandInnen 3, 2 + 4 – Lautstärke bearbeitet.....68 Abbildung 54: Dämmkurve eines leckhaften Gehörschutzes i. Vgl. zu einem exakt konstruierten MusikerInnen-Gehörschutz und einem nicht maßgeschneiderten.......69 Abbildung 55: Violine 1,7–4,5 kHz Proband 2..........................................................70 IV Abbildung 56: Violine Original Proband 2, Lautstärke bearbeitet.............................70 Abbildung 57: Beat ganz 0–6 kHz, ProbandInnen 3, 2 und 4, Lautstärke bearb. . . .71 Abbildung 58: Beat 0–700 Hz, Probandin 4 rechts..................................................72 Abbildung 59: Proband 2 rechts v. o. n. u. : BD original, BD-ER, BD+ER, Lautstärke bearbeitet...................................................................................................................73 Abbildung 60: Proband 2 rechts Ausschwingen Basedrum 0–300 Hz – BD original, BD-ER, BD+ER, Lautstärke......................................................................................73 Die Bildschirmausdrucke der Messergebnisse sind im Anhang auf den Seiten d-r im Großformat abgedruckt. V Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 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. MusikerInnen-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 Gehörbildungsprogramm von Dave Moulton4), 1 2 3 4 www.hoerstadt.at/beschallungsfrei/gegen_zwangsbeschallung.html am 23.9.2011 AES = Audio Engineering Society www.aes.org Messung über Kopfhörer, siehe 3.1.1 www.moultonlabs.com/full/product01/ am 23.9.2011 1 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz jedoch gab es bereits erhebliche Auswüchse von leichter bis hin zu bereits mittlerer [!] Innenohrschwerhörigkeit. Hz dB SPL Abbildung 1: Gemittelte Audiogramme der Tonmeisterklasse Wien vom Januar 2011 (x-Achse in Hertz, y-Achse in dB) – OpenOfficeCalc-Grafik 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. 5 Emission = Schallabstrahlung einer Schallquelle an die Umwelt 2 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 2 Einleitung Der (zurzeit wohl beliebteste) erwerbbare 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 nichtmusikalischen 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 als 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 6 Dämmung = durch den Gehörschutz verursachten Verlust an Lautstärke 7 Siehe KILLION, 2009, S. 22 8 Dezibel Sound Pressure Level: Schalldruckpegel bezogen auf die Hörschwelle bei 20 Mikropascal; Lautstärkenangabe: 0 dB = Hörschwelle, 140 dB = Schmerzgrenze 9 Schallexposition = Verweildauer im Lärm 3 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 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 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-Stunden-Arbeitswoche 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. 10 Siehe BOENNINGHAUS / LENARZ, 2005, S. 7 11 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) 4 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 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. 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 – 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) – Es ist schwieriger, andere spielen zu hören (zu hohe Dämmung, d. h. zu starker Verlust an Lautstärke durch den Gehörschutz) – Das Tragen ist unbequem (Gefühl eines Fremdkörpers im Ohr) – Es ist mühsam, den Gehörschutz überhaupt ins Ohr einzuführen – Man kann während der Proben schlechter kommunizieren – Wenn bereits eine Schwerhörigkeit vorliegt, dämmt der Gehörschutz das restliche Hörvermögen zu stark – Man glaubt, dass es nicht notwendig sei, sein Gehör zu schützen – Die Kosten für einen maßgefertigten MusikerInnen-Gehörschutz sind hoch (derzeit ca. 200 €, muss bei Überschreiten der ungefährlichen Pegel aber von 18 19 20 21 Siehe HELLBRÜCK / ELLERMEIER, 2004, S. 190–191 Siehe FLEISCHER u.a., 2000, S. 47 Siehe NIQUETTE, 2006 Siehe Musicians´ Hearing Protection 5 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz ArbeitgeberIn bezahlt werden) – Ästhetik (der Gehörschutz ist nur unter langem und offen getragenem Haar unsichtbar) – 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. 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 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. 6 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 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 tympany26 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 einer Länge von 3–3,5 Zentimetern.31 Er wird der Länge 23 24 25 26 27 28 29 30 31 Concha = lateinischer Begriff für die anatomische Senke, die zum Gehörgang führt Pinna = lateinischer Begriff für Ohrmuschel Meatus = lateinischer Begriff für äußeren Gehörgang Membranae tympany = lateinischer Begriff für Trommelfell Ossicula auditus = lateinischer Begriff für die Gehörknöchelchenkette (Hammer, Amboss, Steigbügel) im Mittelohr Steigbügelplatte Siehe PAWLATA, o. J., Kapitel 3, S. 5 Lymphe = gelbliche Körperflüssigkeit, bestehend aus Zellen und Lymphplasma Siehe BOENNINGHAUS / LENARZ, 2005, S. 7 7 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 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) 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. 32 Isthmus = einmalige Verengung des Gehörgangdurchmessers 33 Mastoïd: mit Hohlräumen durchsetzter Teil des Schläfenbeins (Schädelknochen), auch Warzenfortsatz genannt 34 Reflexion = Zurückwerfen von Wellen an einem harten Gegenstand 35 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. 8 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 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) 3.2 MusikerInnen-Gehörschutz „Musician's Earplug“ ER-15TM Auf Abbildung 4 ist ein linkes Ohr einer Trägerin mit eingesetztem Gehörschutz dargestellt. Abbildung 4: MusikerInnengehörschutz im linken Ohr einer Trägerin – www.etymotic.com/hp/erme.html am 20.10.2011 Das äußere Ohr bildet akustisch gesehen ein halboffenes Rohr, welches mit der Länge von ca. drei Zentimetern seine Resonanzfrequenz38 bei einer Frequenz von ungefähr 3000 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 37 Auditorischer Kortex = Hörzentrum in der Großhirnrinde, Endpunkt der Hörbahn 38 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. 9 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz Abbildung 5: REAR mit und ohne ER-15TM – ER Fitting Guide 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 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 41 42 43 44 Siehe KILLION / DE VILBISS / STEWART, 1988 www.infield-safety.de/Gehoerschutz/produkte_spezial1.html am 30.9.2011 www.etymotic.com 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 46 Siehe VOOGDT, 2005, S. 169 47 Otoplastik = fürs Ohr (Griechisch „oto“) angefertigte Form 10 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 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 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 Ein Helmholtzresonator ist ein Masse-Feder-System, welches gezielt bei einer Frequenz schwingt. 49 Linear = ebener Frequenzgang 11 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz Abbildung 7 zeigt den ER-15TM mit den vom Hersteller zertifizierten Dämmwerten50 mit der Standardabweichung51: dB SPL Mittelwert der Schalldämmung Standardabweichung max APV Vorausgesetzte Schutzwirkung 30 25 20 15 10 5 0 125 250 500 1000 2000 4000 8000 Hz 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 50 www.infield-safety.de/Gehoerschutz/produkte3.html am 20.10.2011 51 ÖNORM EN 13819-2 : 2003 12 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 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 ProbandIn 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 Threshold“ 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 zum 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 52 Audiometrieverfahren = Hörprüfverfahren 53 Wharbleton = frequenzmodulierter Sinuston mit einer Mittenfrequenz 54 ÖNORM EN 24869-1 13 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz Abbildung 8: REAT = Hörschwelle ungeschütztes Ohr „minus“ Hörschwelle geschütztes Ohr – GAUDREAU u.a., 2008, S.72 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 55 Pegel = Lautstärke, Englisch Level mit L abgekürzt, in Dezibel angegeben 56 ÖNORM EN 24869-1 57 Diffuses Schallfeld: Durch Reflexionen gleichmäßig im Raum verteilter Schall, wobei der Schalldruck überall gleich groß ist. 58 Nachhallzeit: Zeit, die verstreicht, bis ein abgeschaltetes Signal um 60 dB Pegel verliert. Raumabhängig. 59 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 60 Eine (musikalisch große) Terz entspricht einem Drittel einer Oktave, einem Frequenzverhältnis von 5:4. 61 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 festlegt. 14 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 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 zusammen arbeiten 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 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 62 63 64 65 66 67 ÖNORM 248769-1 Siehe MROWINSKI / SCHOLZ u.a., 2006, S. 22 Siehe BERGER, 2005 Siehe BERGER, 1985 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 15 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz Vergleichsberechnungen bildet. Die Mindestschalldämmung für eine Produktzulassung nach dem Medizinproduktegesetz ist in Abbildung 9 dargestellt. Abbildung 9: Mindestschalldämmung nach Baumusterprüfung – www.infieldsafety.de/gehoerschutz/bilddaten/downloads/infield_basiswissen.pdf am 27.1.2012 Abbildung 10 zeigt REAT-Ergebnisse mit dem Produkt ER-15 im Vergleich zu anderen, nicht gleichmäßig dämmenden Gehörschutzen. Nach dieser Testmethode scheint die Gleichmäßigkeit der Dämmung erwiesen. Abbildung 10: Vergleich von REAT-Messungen mit ER-15 und anderen Gehörschutzen – KILLION, 1993, S. 428 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 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) 16 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz den Gehörschutz tragen will. Daraus wird der A-bewertete Schalldruckpegel71 L'A, der auf den/die Gehörschutzträgerin einwirkt, folgendermaßen berechnet:72 L ' A=10log(∑8000 f =125 Hz 10 0,1 x (L f + A f APV f ) f Mittenfrequenz des Oktavbandes Lf Oktavband-Schalldruckpegel des Geräusches Af Frequenzbewertung A )dB( A) APVf Wert der angenommenen Schutzwirkung des Gehörschutzes73 Der APV-Wert aus 4.1 muss für dieses Verfahren bekannt sein. Das OktavpegelVerfahren 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 71 A-bewerteter Schalldruckpegel: Das Frequenzspektrum des menschlichen Ohrs 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 17 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz Mit diesen drei Werten wird eine Minderung des Geräuschpegels pro Frequenzband angegeben. Dazu muss man das Umgebungsgeräusch mit seinem A- und Cbewerteten76 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 HMLMessung ist α =0,84.78 Die Schutzwirkung des HML-bewerteten Gehörschutzes ist also ca. 80%. Das Ergebnis wird in der Folge APVf80 genannt. APV f80 =m f α×s f 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: L Afki APV f80 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 63–8000 Hertz in einer einzigen Zahl angibt. Das Bezugsgeräuschspektrum ist hierbei ein gewichtetes Rosa Rauschen.80 76 C-Bewertung: im Vergleich zur A-Bewertung bei leisen eine Bewertung bei höheren Pegeln (ca. 8090 Phon) 77 Siehe 4.1 APV = Assumed Protection Value 78 ACHTUNG: Bei der Prüfung von Gehörschutzen nach ÖNORM EN 352-2:2003 muss der Parameter α = 1 sein! 79 SNR = Single Number Rating, auf einen einzigen Wert in dB reduzierte Geräuschpegelminderung 80 Aus Tabelle in ÖNORM EN ISO 4869-2:1994 ablesbar: Pro Frequenz ist ein dB-Wert angegeben, in Summe ergeben sich genau 100 dB. 18 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 8000 SNR X =100dB(C )10log 10 ∑ 10 0 ,1 (L A.f APV f.X ) f =63 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 8000 NRR=107 , 9dB(C )10log 10 ∑ 10 0 ,1( L A.f APV f.98) 3dB f =125 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 NRRWerte (siehe Abbildung 11: graue Balken) weichen erheblich von den Werten, die unter realen Arbeitsbedingungen (siehe Abbildung 11: schwarze Balken) gemessen wurden, ab. 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 81 82 83 84 85 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 19 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz Abbildung 11: NRR-Laborwerte im Vergleich zu Feldwerten – BERGER, 1993 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 86 Siehe BERGER, 1980 87 Siehe KILLION, 1993 20 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 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 250–6000 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 komplett verschlossen und die natürliche Gehörgangresonanz zerstört, weshalb eine schalldämmende Senke um bis zu 40 dB bei ungefähr 3 kHz zu beobachten ist. Hz Abbildung 12: Frequenzspektrum einer Dämmung mit Sondenmessung – CHASIN, 1998 88 Filter, welches nur tiefe Frequenzen unterhalb einer zu bestimmenden Grenzfrequenz passieren lässt. 89 Messung, Dokumentation und Berücksichtigung von Abweichungen eines Systems von der Norm 90 Siehe CHASIN, 1998 91 www.jerstedt.com/zoll__zentimeter.htm am 26.9.2011 21 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 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. 92 E-Mail vom 8.9.2011, siehe Anhang 10.9 93 Lampe mit Vergrößerungsglas, welche mit einem Trichter in den Gehörgang eingeführt werden kann 22 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 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 94 Künstlicher Torso mit Mikrofonen in den Ohren 95 MIRE = Microphone in Real Ear, siehe ÖNORM EN ISO 11904-1:2003 96 IEC 60065 und IEC 60601-1 23 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 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 Lear,exp, f Lear, exp in Terzbändern mit folgenden Mittenfrequenzen f in Hertz: 100 125 160 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 6300 8000 10000 LDF, H 200 250 315 12500 400 500 630 16000 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 Querschnittfläche einnehmen. Geschlossener Gehörgang Gehörgang, in dem ein Fremdkörper (z. B. Ohrstöpsel) an einer beliebigen Stelle im Gehörgang die gesamte Querschnittfläche einnimmt.“97 97 Nach ÖNORM EN ISO 11904-1:2003 zitiert aus Abschnitt 3 S. 6 f. 24 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 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 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 Miniaturoder Sondenmikrofons [I] 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: t⩾ 5000 für f ⩽2000Hz f und t⩾2 , 5s für f >2000Hz 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 ABewertungsfilter Af korrigiert, sodass man jetzt den diffusfeldbezogenen, Abewerteten äquivalenten Dauerschalldruckpegel ∆LDF,H,Aeq erhält: 98 ÖNORM EN ISO 11904-1:2003 Abschnitt 10.7 S. 15 99 Ebenda Abschnitt 10.9 S. 15 25 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz L DF.H.f =Lear.exp.f ∆ L DF.H.f (wobei ∆ L DF.H.f = Lear.DF.f L ref.DF.f für f<100 Hz=0 dB) und L DF.H.Aeq =10lg ∑ 10 ( L DF.H.f +A f )÷10 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 Hörgeräte-Akustik 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). 100 Siehe VOIX / LAVILLE, 2004 26 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz Abbildung 14: Insertion Loss = Schalldruck vor Trommelfell im ungeschützten Ohr – Schalldruck am Trommelfell im geschützten Ohr – GAUDREAU u.a., 2008, S. 71 Die Differenz zwischen IL und NR0 ergibt die Transfer Function of the Outer Ear (TFOE)101: TFOE= ILNR 0 102 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 aus über den Anteil des Schalls aus, der durch die Knochenleitung auf des 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. 101 TFOE = Transfer Function of the Outer Ear, Übertragungsfunktion des Außenohres 102 Siehe GAUDREAU u.a., 2008 103 HRTF = Head Related Transfer Function, von Mensch zu Mensch verschiedene AußenohrÜbertragungsfunktion, beschreibt die Filterwirkung von Rumpf, Kopfform, Haar und Ohrmuschel 104 „Field“ bezeichnet, dass die Messung nicht im Labor, sondern am Arbeitsort des/der GehörschutzTrägerIn 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 27 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 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 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 107 Siehe BOCKSTAEL / VINCK / BOTTELDOOREN, 2008 108 Frei übersetzt von der Autorin 109 Dichtigkeit: im Folgenden auch engl. „Seal“ genannt 110 Zusammensetzung vom Griechischen „mono“ = eins und dem Lateinischen „aural“ = das Ohr betreffend 28 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 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- & Occlusionmeter 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. 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 111 www.infield-safety.de/Gehoerschutz/produkte_spezial1.html am 27.9.2011 112 Siehe ER33 Bedienungsanleitung 113 E-Mail Patty Niquette vom 11.7.2011, siehe 10.8 114 www.healthyhearing.com/content/interviews/Research/Hearing/31789-Topicmusicians-ear-plugs am 27.9.2011 29 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 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 Etymotic-MusikerInnen-Gehörschutz ERTM zwingend.115 Abbildung 16: Konstruktion ER-Filter und Ersatzschaltbild –KILLION / DE VILBISS / STEWART, 1988, S. 16 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. 115 Siehe ER Bedienungsanleitung 30 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 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, 116 E-Mail Patty Niquette vom 11.7.2011, siehe 10.8 117 Siehe ER33 Bedienungsanleitung, S. 6 118 Resonieren = mitschwingen bei der Eigenfrequenz des Schwingkörpers 119 Siehe KILLION / WILBER / GUDMUNDSEN, 1988 31 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 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 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´s“ – ER33 Bedienungsanleitung, S. 6 http://www.etymotic.com/pdf/er33-oem-usermanual.pdf am 10.3.2012 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. Es kommt zu einer Verzerrung des wahrgenommenen Klangbildes, wobei die hohen Frequenzen stark geschwächt sind gegenüber den durch die Knochenleitung verstärkten Bassfrequenzen.121 In diesem Fall werden die Gehörschutze gerne mit einer Belüftung versehen (Venting122 mit verschiedenen Durchmessern, siehe 120 Siehe VOOGDT, 2005, S. 31 121 Siehe Sound Advice, S. 36 122 Venting = Belüftung einer Otoplastik durch eine Zusatzbohrung 32 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz Abbildung 19: Verringerung des Okklusionseffektes durch Venting – ER33 Bedienungsanleitung, S. 7 Abbildung 19) oder einer Längenkürzung modifiziert [sic!],123 was aber deren spektral gleichmäßige Absicht wiederum zunichtemacht.124 Abbildung 20 zeigt den schematischen Aufbau eines solchen Ventings, welches akustisch ein Hochpassfilter darstellt. Abbildung 20: Akustischer Hochpass: Schalleinfall 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 Laut Angabe von Patty Niquette125 von Etymotic wiesen 50% ihrer 2009 zu Qualitätszwecken untersuchten Gehörschutze eine Okklusion von weniger oder 10 dB auf und 72% hatten eine Okklusion von weniger bis 12,5 dB. 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 10.8 33 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz Abbildung 21: Länge des Ohrschutzes mit Auswirkung auf die Okklusion – ER33 Bedienungsanleitung, S. 7 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 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-MIREMessungen (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.127 126 Siehe KILLION / WILBER / GUDMUNDSEN, 1988 127 Siehe VOIX / ZEIDAN, 2010 34 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 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 der 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 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 Querschnittfläche „fließt“. Die akustische Impedanz ist 128 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. 131 Schallfluss auf Englisch = „flow per unit area“ 35 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 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. 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. Abbildung 23 zeigt eine VIAS133-Simulation von geschlossenen Rohren mit denselben Volumina, aber unterschiedlichen Längen und Durchmessern. Es ist dB SPL Hz Abbildung 23: VIAS-Simulation von geschlossenen Rohren mit unterschiedlichen Längen und Durchmessern, aber gleichen Volumina 132 Ohm = Einheit des elektrischen Widerstandes 133 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 36 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 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 gleichen 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 134 Siehe www.gras.dk/documents/00316.pdf S. 64 am 27.1.2012 37 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz Abbildung 24: Theoretische Grenzen der Messmöglichkeiten durch Vibration – www.gras.dk/documents/00316.pdf am 8.3.2012 S. 64 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 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. 135 Siehe GAUGER, 2003 136 Siehe BERGER, 2005 137 Siehe www.gras.dk/documents/00316.pdf S. 64 am 27.1.2012 38 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 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 SNR-Werte (siehe 4.1.1) sagen nichts über die spektrale Verteilung der Dämmung aus. 2. Auch in der Hörgeräte-Akustik wird, zur genaueren Einstellung der Verstärkung unter Beeinflussung der individuellen Otoplastik, mit einer Sondenschlauchmessung (siehe 4.2.1) gearbeitet, um die Differenzen zwischen dem standardisierten menschlichen Kupplers138 Ohrvolumen auszugleichen, und sprich, demjenigen um die eines 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, 138 Kuppler = Messbox oder -puppe für reproduzierbare Messungen 39 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 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 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 MusikerInnenGehörschutz verlangen würde, der den Gehörgang durch die Filtermembran nicht verschließt. Die Nachahmung des Gehörgangs hat laut der gleichen Norm Punkt 4.2 folgendermaßen stattzufinden: „Der Durchmesser des Haupt-Hohlraums muss (7,5 ± 0,04) mm betragen. 139 KEMAR = Knowles Electronics Manikin for Acoustic Research, siehe BURKHARD / SACHS, 1972 140 ÖVE/ÖNORM EN 60318-4:2011 141 Ebenda 40 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz [I] 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 der Frequenz um das 5-fache [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 f= 1 ×Schallgeschwindigkeit 2×Rohrlänge 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 Formel 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 f= 1 ×Schallgeschwindigkeit 4×Rohrlänge 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. Der Ohrsimulator soll laut Norm mit einer Ohrkanal-Verlängerung von ca. 142 ÖVE/ÖNORM EN 60318-4:2011 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 ein Korrekturwert verlängert werden. Dieser ist zu berechnen aus π/4 x Rohrradius. Siehe VEIT, 2005, S. 83 41 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 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 vier 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 ER-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 MusikerInnen-Gehörschutz zertifizierten Labors. Diese Massotoplastiken werden auf ihre akustische Masse hin überprüft (siehe 4.4.1). Ebenso werden 146 ÖNORM EN 60118-8: 2006 147 ÖVE/ÖNORM EN 60318-4:2011 Punkt 4 148 E-Mail Patty Niquette vom 11.7.2011, siehe 10.8 42 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 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 würden und viele ProbandInnen nötig wären, um ein aussagekräftiges Resultat zu erhalten. 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 149 E-Mail Patty Niquette vom 11.7.2011, siehe 10.8 43 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz Abbildung 25: Verwendetes Mikrofon mit Speziallitzen (Foto: E. M.) 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. 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). Leider war es trotz mehrfacher Anfragen bei diversen Betrieben im In- und Ausland nicht möglich, ein Seal- & Occlusionmeter (siehe 4.3) innerhalb des 150 www.knowles.com/search/family.do?family_id=TO/BTO&x_sub_cat_id=1 am 2.2.2012 151 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). 154 Kupferdraht, stromleitend 155 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 44 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz Abbildung 26: Sitz Messmikrofon (Foto: E. M.) 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. Abbildung 27: Phantomspeisung und Referenzmikrofon (Foto: E. M.) Als Spannungsversorger wurde die Phantomspeisung157 des Messmikrofons ECM 8000 (in Abbildung 27 helltürkis markiert) der Firma Behringer158 verwendet. 157 Phantomspeisung: 48 Volt Versorgungsspannung für Kondensatormikrofone 158 www.behringer.com/EN/Products/ECM8000.aspx am 2.2.2012 45 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 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). Abbildung 28: Focusrite Octopre – Vorverstärker 1 (Foto: E. M.) 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 29: Eigenbau IWK MPA2017 – Vorverstärker 2 (Foto: E. M.) 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 Hammerfall-DSP-Soundkarte in ein Sequoia11-Aufnahmesystem im CD-Format mit einer Abtastrate von 44'100 Hz und einer Bitrate von 16 Bit aufgenommen (Abbildung 32). 159 Gain-Regler = Verstärkungssteller 160 Reflexionsfrei = Der Raum bietet Freifeldkonditionen, d. h. dass akustisch kein Einfluss der Wände messbar ist. 46 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 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 47 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz bestimmen, da die Probanden 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. dB SPL 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 161 www.roga-messtechnik.de/sensorik/messmikrofone.html am 2.2.2012 162 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 48 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 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 bezogen wurden, konnte dieser Fehler akzeptiert werden. Abbildung 34 zeigt einen Ausschnitt aus der Messung im Zeitbereich. Abbildung 34: Nicht-mittiger 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 Leq's 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. 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. 49 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz dB SPL Hz Abbildung 35: Frequenzgänge von Mess- (blaue Linie) und Referenzmikrofon (gelbe Linie) ohne Proband (Leq(A) in Terzbändern) – 1 (OpenOfficeCalc-Grafik) dB SPL Hz Abbildung 36: Frequenzgänge von Mess- (violette Linie) und Referenzmikrofon (pinke Linie) ohne Proband (Leq(A) in Terzbändern) – 2 (OpenOfficeCalc-Grafik) 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). 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 50 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz Abbildung 37: Frontale Beschallung (Foto: Alexander Mayer) Sie saßen für die Messung am rechten Ohr auf dem in den Abbildungen 37 und 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. Die Untersuchungen fanden im 2006 erbauten schallarmen Raum des Instituts für Wiener Klangstil am Anton-von-Webern-Platz 1, Gebäudeteil M, statt. Das RohbauVolumen des Messraumes hat eine Dimension von ca. 8,50 m x 5,95 m x 5,20 m und ist auf allen Seiten mit porösen166 Keilabsorbern167, Lochabsorbern168 und Helmholtzresonatoren169 ausgestattet. Der Raum ergibt die nach Norm170 überprüften zulässigen Toleranzen: 166 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 51 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz Abbildung 38: Abstand der Ohren zur horizontalen Beschallungsachse (Foto: A. M.) Frequenz oder Band-Mittenfrequenz [Hz] Zulässige Abweichung [dB] < 630 ± 1,5 800 bis 5000 ± 1,0 >6300 ± 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 171 www.members.aon.at/quiring/pro/str.htm am 28.2.2012 52 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz Abbildung 39: Proband 1 im Überwachungsmonitor (Foto: E. M.) einschätzen als die ProbandInnen 3 und 4, für welche sie neu war. Trotzdem musste bei allen vier ProbandInnen 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.“173 172 Cerumen = Ohrenschmalz 173 ÖNORM EN ISO 11904-1:2003 53 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz Der Hersteller Etymotic arbeitete bei seiner Entwicklung des MusikerInnenGehörschutzes 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. Abbildung 40: Optische Unterschiede je einer Otoplastik von den Probanden 1+2 mit Abdruck (beige) (Foto: E. M.) 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. 174 auch OEG = Open Ear Gain genannt 54 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 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). Abbildung 41: Abgleich mit Referenzvolumen mittels Maßmeter im Labor (Foto: KIND) 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). dB SPL Hz Abbildung 42: OEG der Probanden 1+2 (OpenOfficeCalc-Grafik) 55 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 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 wurden an einem Vormittag bei 25 StudentInnen beidohrig 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. Hz Abbildung 43: OEGs einer Wiener Klasse von angehenden HörakustikerInnen, hervorgehoben die Ohren von Probandin 4, rechts (rot) und links (blau) (Bildschirmausdruck) 56 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz Proband 3: Sebastian Rainer: 24 Jahre, männlich, keine Trommelfell-Perforation (nach Cholesteatom175-Operation im rechten Mittelohr wurde das Trommelfell chirurgisch wieder hergestellt), 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. 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 175 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. 57 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz interessierenden Resonanzen von Proband 3 rechts und Probandin 4 rechts sind hervorgehoben). dB SPL Hz Abbildung 45: Gehörgangsresonanzen der ProbandInnen 2, 3 und 4 (OpenOfficeCalc-Grafik) 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. 176 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). 58 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 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). 59 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz dB SPL Hz Abbildung 47: Dämmung durch ER-15TM an 6 Versuchsohren 60 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 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). 61 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 6.1.1 Auswertung Proband 2 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 erhebliche 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. dB SPL Hz Abbildung 48: Proband 2 Auswertung (OpenOfficeCalc-Grafik) 62 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 6.1.2 Auswertung Proband 3 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 Frequenz-versetzt zwischen 2 und 3,15 kHz. dB SPL Hz Abbildung 49: Proband 3 Auswertung (OpenOfficeCalc-Grafik) 63 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 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, 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. dB SPL Hz Abbildung 50: Probandin 4 Auswertung (OpenOfficeCalc-Grafik) 64 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 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 vier 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. 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. Auf der x-Achse der folgenden Grafiken ist jeweils die Zeit dargestellt, auf der y-Achse ein ausgewählter Frequenzbereich. Die Lautstärke der Frequenzen wird dabei über die Farbe und die Helligkeit visualisiert. 178 Anmerkung: Ein derartiger Versuchsaufbau müsste eventuell auch ethisch überprüft werden. 65 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 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. 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 relativer Vergleich zwischen der Messstrecke und der Messung hinter dem Gehörschutz gemacht werden, die Hörbeispiele gelten daher nicht 1:1. Abbildung 51: Violine 0,2–7 kHz Original, ProbandInnen 3, 2 + 4 – Lautstärke unbearbeitet (Bildschirmausdruck) In Abbildung 51 sind der Reihe nach von links nach rechts das Originalsignal des 66 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 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). 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 67 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz identisch sind. Hingegen ist beim Grundton um ca. 250 Hz eine starke Abweichung pro Ohr festzustellen. 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). 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). 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). 179 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. 68 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 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. 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 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 erkennt 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. 180 Vgl. 6.3 181 Siehe 10.8 69 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz Abbildung 55: Violine 1,7–4,5 kHz Proband 2 (Bildschirmausdruck) 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. Abbildung 56: Violine Original Proband 2, Lautstärke bearbeitet (Bildschirmausdruck) 70 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 6.2.2 Impulstreue 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 ProbandInnen, die beim 2. Versuch anwesend waren (siehe 10.5 Nr. 6). 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 182 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. 71 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz Frequenzanteile im Bereich von 2–4 kHz in der Wahrnehmung gedämpft. Der Bassanteil dominiert also und das Signal verliert an Präsenz. 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). 72 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz Abbildung 59: Proband 2 rechts von oben nach unten: BD original, BD-ER, BD+ER, Lautstärke bearbeitet (Bildschirmausdruck) Dieselben Beobachtungen kann man auch in der spektralen Ansicht machen, wie Abbildung 60 zeigt. Das Ausschwingen wird regelrecht unterbrochen, anstatt dass sie kontinuierlich schwächer wird (siehe 10.5 Nr. 9). 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. 73 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 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 (2. Gehörgangsknick sowie eventuell „Isthmus“, siehe vorkommende 3.1.1) Richtungswechsel entscheidend für das Resonanzverhalten einer akustischen Luftmasse. Des Weiteren war leider kein Seal-&Occlusionmeter (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. 183 Siehe VOOGDT, 2005 S. 153 f. 184 Siehe 10.8 74 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 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. 75 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 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 185 Komprimieren: dynamische Bearbeitung eines Audiosignals, bei dem die Dynamik eingegrenzt wird 186 Lärmschwerhörigkeit = Altersschwerhörigkeit / Presbyakusis, welche durch die Gesamtheit der während des Lebens einwirkenden Schallpegel verursacht wird 76 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 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 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. 187 Siehe 4.4.2 77 Studie der akustischen Eigenschaften von MusikerInnen-Gehörschutz 9 Literaturverzeichnis Benutzung von Gehörschutz. Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung September 2008 BERGER, Elliott H.: Hearing Protector Performance. How they work – and – what goes wrong in the real world. In: EARlog5 (1980), AERO Company BERGER, Elliott H.: A New Hearing Protection Attenuation Standard. ANSI S12.6. In: EARlog16 (1985), AEARO Company BERGER, Elliott H.: The Naked Truth About NRR´s. In: EARlog20 (1993), AERO Company BERGER, Elliott H.: Preferred Methods for Measuring Hearing Potector Attenuation, in: The 2005 Congress and Exposition on Noise Control Engineering Rio de Janeiro (August 2005), Brasilien BOCKSTAEL, Annelies / VINCK, Bart / BOTTELDOOREN, Dick: Verifying the attenuation of earplugs in situ: variability of transfer function among human subjects, in: acoustics´08 (2008), Paris BOCKSTAEL, Annelies / VINCK, Bart / BOTTELDOOREN, Dick: Verification of hearing protector´s performance in situ: from experimental to practical approach, in: 10ième Congrès Français d´Acoustique (2010) BOENNINGHAUS, Hans-Georg / LENARZ, Thomas: HNO. 12. Auflage, Heidelberg, Deutschland: Springer 2005 BURKHARD, M.D. / SACHS, R.M.: KEMAR the Knowles Electronics Manikin for Acoustic Research. In: Industrial Research Products, Inc., Elk Village, Illinois Report No. 20032-1 (November 1972) CHASIN, Marshall: Assessing Musicians. 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Eine Anleitung für die praktische Hörprüfung, 3. aktualisierte und erweiterte Auflage, Stuttgart u.a.: Thieme 2006 NIQUETTE, Patty: Hearing Protection for Musicians. In: The Hearing Review (März 2006), Seiten 52–57 OBERDANNDER, H. / REINTGES, F. / WELZL-MÜLLER, K.: Persönlicher Gehörschutz für MusikerInnen. Klinische Abteilung für Hör-, Stimm- und Sprachstörungen, Univ.-Klinik Innsbruck (o. J.) 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 80 10 Anhang Impedanzsimulation mit VIAS dB SPL Hz 10.1 a 10.2 Akustische Masse – Überprüfung Maßenmessung Proband 1 links Maßenmessung Proband 2 links Maßenmessung Proband 1 rechts Maßenmessung Proband 2 rechts b Maßenmessung Proband 3 links Maßenmessung Proband 3 rechts Maßenmessung Probandin 4 links Maßenmessung Probandin 4 rechts c Gehörgangsresonanzen Versuch 1 dB SPL Hz 10.3 d Hz Ergebnisse Versuch 2 dB SPL 10.4 e dB SPL Hz f dB SPL Hz g dB SPL Hz h dB SPL Hz i Violine 0,2-7 kHz Original, ProbandInnen 3, 2 + 4 – Lautstärke unbearbeitet j Violine 0-3k Hz Original, ProbandInnen 3, 2 + 4 – Lautstärke bearbeitet k Violine Grundton ProbandInnen 3, 2 + 4 – Lautstärke bearbeitet l Violine 1,7-4,5 kHz Proband 2 m Violine Original Proband 2, Lautstärke bearbeitet n Beat ganz 0-6 kHz, ProbandInnen 3, 2 und 4, Lautstärke bearbeitet o Beat 0-700 Hz, Probandin 4 rechts p Von oben nach unten: Proband 2 rechts BD original, BD-ER, BD+ER, Lautstärke bearbeitet q Proband 2 rechts Ausschwingen Basedrum 0-300 Hz - BD original, BD-ER, BD+ER, Lautstärke bearbeitet r 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 s t 10.7 Normenverzeichnis • DIN EN 60651:1994 „Schallpegelmesser“ • 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) • ÖNORM EN 13819-2: 2003 „Gehörschützer – Prüfung – Teil 2: Akustische Prüfverfahren“ • ÖNORM EN 24869-1 : 1993 „Akustik – Gehörschützer – Teil 1: Subjektive Methode zur Messung der Schalldämmung“ • ÖNORM EN 352-2:2003 „Gehörschützer – Allgemeine Anforderungen – Teil 2: Gehörschutzstöpsel“ • ÖNORM EN 60118-8: 2006 „Akustik – Hörgeräte – Teil 8: Verfahren zur Messung der Übertragungseigenschaften von Hörgeräten unter simulierten In-Situ- Bedingungen“ • ÖNORM EN ISO 3745:2009 „Akustik – Bestimmung der Schallleistungspegel von Geräuschquellen aus Schalldruckmessungen – Verfahren der Genauigkeitsklasse 1 für reflexionsarme Räume und Halbräume“ • ÖNORM EN ISO 11904-1:2003 „Akustik – Bestimmung der Schallimmission von ohrnahen Schallquellen – Teil 1: Verfahren mit Mikrofonen in menschlichen Ohren (MIRE-Verfahren)“ • ÖNORM EN ISO 11904-2:2005 „Akustik – Bestimmung der Schallimmission von ohrnahen Schallquellen – Teil 2: Verfahren unter Verwendung eines Kopf- und Rumpfsimulators“ • ÖNORM EN ISO 266:1997 „Akustik – Normfrequenzen“ • ÖNORM EN ISO 4869-1:1990 „Akustik – Gehörschützer – Teil 1: Subjektive Methode zur Messung der Schalldämmung“ • ÖNORM EN ISO 4869-2:1994 „Akustik Gehörschützer – Teil 2: Abschätzung der beim Tragen von Gehörschützern wirksamen A-bewerteten Schalldruckpegel • ÖVE/ÖNORM EN 60318-4:2011 (ehemals IEC 60711) • ÖVE/ÖNORM EN 61260+A1 : 2003 „Elektroakustik – Bandfilter für Oktaven und Bruchteile von Oktaven“ u 10.8 E-Mail von Patty Niquette v 10.9 E-Mail von Marshall Chasin 10.10 Selbständigkeitserklärung Ich erkläre hiermit, dass ich die vorliegende Arbeit selbstständig verfasst habe. Andere als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel wurden nicht benutzt. Die den benutzten Quellen wörtlich und inhaltlich entnommenen Stellen habe ich als solche kenntlich gemacht. Wien, am 24.04.2012 10.11 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-15-Gehörschutzen Patty Niquette: Etymotic, USA Hinweis auf Produktions- und Messfehler w Mead Killion: Etymotic, USA Diskussion Marshall Chasin: Musiciens Clinic 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 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 Audiologie Erlangen Diskussion Harald Bonsel: Acousticon Mikrofonempfehlung x Paul Schmitzberger: National Instruments Labview-Schulung Gregor Widholm: Institut für Wiener Klangstil Diskussion Matthias Bertsch: Österreichische Gesellschaft für Musik und Medizin Diskussion ÖH: Becherli für Getränke beim 1. Versuch Christian Rois: Excelkenntnisse, Catering & Massage 10.12 Lebenslauf • Geboren am 3. Februar 1980 in Aarau, Schweiz • Sprachen ◦ Schweizerdeutsch (Muttersprache) ◦ Deutsch ◦ Französisch (DALF C1) ◦ Englisch ◦ Thaï • Professionelle Tätigkeiten ◦ Dozententätigkeit für das Fach Akustik an der Akademie Hören Schweiz AHS in Oerlikon, Schweiz seit 2010 ◦ Weiterbildungsseminar Verband Hörakustik Schweiz, 2011 ◦ Oktober 2010–Februar 2011 Hörakustikmeisterin bei Optik Janner Mistelbach ◦ 4 Jahre Hörgeräteakustikerin bei Amplifon SA in Lausanne, Schweiz, 2006– 2010 • Bildung ◦ Meisterprüfung der Hörgeräteakustik in Innsbruck, 2008 (in der Schweiz anerkannt) ◦ Erasmus-Aufenthalt am Conservatoire National Supérieur de Musique et de Danse Paris (CNSMDP) im Studiengang „Métiers du Son”, Sommersemester 2006 ◦ Universitätsstudiengang Tonmeister an der Universität für Musik und darstellende Kunst Wien in Österreich seit 2002, 1. Diplom mit Auszeichnung erhalten im Juni 2004, Fortsetzung mit Schwerpunkt „Aufnahmeleitung” ◦ School of Audio Engineering (SAE) in Zürich: Sound Certificate 2002 erhalten y ◦ Vorbereitungskurs am Konservatorium Luzern bei Bettina Skrzypcak 2000/01 ◦ Studium der Musiktheorie und Gehörbildung an der Schule für Musiktheorie Zürich bei Heinz Specker und Thomas Mattenberger ◦ Primar-, Bezirks- und Kantonsschule 1987–2001 in Zofingen, Aargau, Abschluss mit Matura Typus B (Latein) • Preise ◦ 3. Preis an der AES Student Recording Competition in Berlin 2004, Kategorie „Pop/Rock Stereo“ • Tonmeister-Praktika ◦ Planung und Bau des Parks „Giardino del Suono” in Stampa, Schweiz, mit Jürg Jecklin, Sommer 2005 ◦ Tonassistenz bei Jazz-Tonmeister Christian Heck, Club Loft in Köln und Studio TonArt, Kerpen, Deutschland, Sommer 2004 ◦ Praktikum in der Musikproduktion bei Radio „Bayern 4 Klassik” in München 2003 ◦ 7-monatiges Praktikum am Opernhaus Zürich, Abteilung „Ton und Bild” 2001/02 ◦ Erfahrung als Konzertbeschallerin im „Jugendhaus Flösserplatz“ in Aarau • Musikalische Aktivitäten ◦ Chorsängerin (Sopran) im semiprofessionellen Chor der Kirche St. Augustin, Wien, seit 2005 ◦ Musikinstrumente: Akkordeon (2007–2009), Klavier (1988–2006), Sologesang (1998–2004), Saxophon (1993-2001), Geige (1987–93) 10.13 Kontakt www.esthermerz.com z
