Peter Lercher

Integrierte Lärmminderungsstrategien
auf kommunaler Ebene im Kontext
von Lärmaktionsplanung und
Umweltverträglichkeitsprüfungen
Perspektiven aus der Wirkungsforschung
und Erfahrungen aus der Wirkungsabschätzung
im kleinregionalen Kontext
Peter Lercher
Medizinische Universität Innsbruck
TEchnologies of NOise Reduction, 8.12.2015, Berlin
TENOR
In der Umwelt-Medizin spielen
Wechselwirkungen eine große Rolle
AGENS
PERSON
Gefahr groß
Rauchen
Asbest
Passivrauch
Luft
Lärm
gering
sehr
empfindlich
Luft
Umwelt- und
Sozial-Kontext
gering
Lärm
stark
UMWELT
Allgemeine Lärmwirkungspfade
Indirekter Pfad
Direkter Wirkungspfad
Verkehrslärmexposition + (Erschütterung)
ca. 75%
ca. 25%
Wahrnehmung und Befinden
Hinwendung Einschätzung Lästigkeit Stress
Umwelt, Lebensstil, Bewältigungsoptionen
Erklärte Varianz
Gesundheitswirkungen
Schall
und
Erschütterung
Geophysische
& chemische
Umwelt
modifiziert nach Lercher P & SchulteFortkamp B. in: Kang J et al. (Eds):
Soundscape of European Cities and
Landscapes, Oxford: Soundscape COST,
2013.
Physische und soziale Umwelt
Soziale &
kulturelle
Umgebung
Lifestyle
Bebauung
Landnutzung
Erscheinungsbild
Externe Verarbeitung und Integration
Psycho-physiologische Kapazität
Akustische
Umgebung
Hören
und
Fühlen
Soundscape –
Wahrnehmung
Vulnerabilität
•kognitive
•emotionale
•physische
Widerstandsfähigkeit
•Erholung
•Bewältigung
Interne Verarbeitung
Akustik und Psychoakustik
Direkte und indirekte
Reaktionen des Menschen
Integriertes Blockdiagramm zur MehrebenenAnalyse der möglichen kausalen Pfade von
Gesundheitsbezogene
der Immissionswahrnehmung bis zur
Lebensqualität
Gesundheitsbeeinträchtigung
Negative Wirkungen
auf die Gesundheit
Ein historisches Beispiel
TRANSITSTUDIE TIROL 1989/90
50
50
40
40
30
30
20
20
10
10
0
0
40-49 50-59 60-64
40-49 50-59 60-64
Schallpegel Autobahn, Leq24, dBA)
*Mehr als 1x/Woche
60
% Schlafprobleme*
Gemeinde: Vomp, N=500
60
% Belästigung (3+4)
Quelle: Lercher P. Transit-Studie Tirol 1992
Ergebnis nach der Errichtung von
Schallschutzwänden
40% Lärm verringert, 21 % keine Besserung, 39 % keine Wirkung bemerkt
Die Grenzen klassischer Lärmminderungsstrategien
Akustische Besonderheiten
Mehrquellen-Problematik (Strasse, Schiene, Flug)
Kombinationswirkungen (Erschütterung, Luft)
Die notwendige Erweiterung
Bewältigungsunterstützung durch passendes
Soundscape Design
“Regulatory policies .. seek only to minimize adverse effects of noise exposure rather than
maximizing positive attributes of the sonic environment“
Schomer P. et al. JASA 2013
Erschütterungen
Sekundärer Luftschall
Direkter Luftschall
Wechselseitige sensorische Stimulation
„Crossmodalität“
Unspezifische
WIRKUNG
Ganzer Körper
Spezifische
Ohr
<125 Hz: dBC – dBA
Niedrige Frequenzen
Erschütterungen
Luftverschmutzung
Luftverschmutzung
Verkehrsimmissionen: Schall-Erschütterung
Moderatoren der
Schall-Immissions-Wahrnehmung
Nicht nur die verschiedene Schallquellen werden von Menschen in
unterschiedlichem Maße als störend empfunden werden
Auch die Schallexposition derselben Quelle wird von Personen
bei gleicher Schallintensität
(Lden oder Lnight) sehr unterschiedlich wahrgenommen
Flugverkehr
Quelle: Fidell et al. 2011
Variabilität der Störung bei gleichen Immissionswerten
Illustration of variability in aircraft annoyance prevalence rates as a function of
cumulative noise exposure. Each point represents an estimate of the prevalence of
high annoyance at a single interviewing site.
Schomer et al. J. Acoust. Soc. Am., Vol. 134, July 2013
Straßenverkehr
Community tolerance level (CTL) als Soundscape Meßinstrument
FIG. 2. CTL function ﬁt to each of 3 speciﬁc road-trafﬁc speciﬁc community roadtrafﬁc surveys out of the cloud from 37 sets of worldwide road-trafﬁc noise surveys
Mögliche akustische Gründe für die hohen Variationen
AKUSTIK UND PSYCHOAKUSTIK
Welche messbaren Faktoren spielen eine Rolle?
Der Lden-Lnight-dBA-Wert ist aus der Gesundheitsperspektive nicht
zuverlässig – wenn folgende Umstände vorliegen
• Hoher Signal-Rauschabstand (Emergenz)
insbesondere abends und nachts, ländliche/suburbane Bereiche
• Hohe Fluktuation des Schallpegels
messbar z.B. durch die sog. Intermittency-ratio
• Tieffrequente Geräusche* mit begleitendem
sekundärem Luftschall und Vibrationen auftreten
• Auffällige Geräuschkomponenten vorliegen
z.B. Tonhaltigkeit, Schärfe
• Modulierte Geräusche vorliegen
z.B. Rauigkeit oder Schwankungsstärke
* Innenraummessungen sind absolut notwendig, da der
LF-Schallpegel innen um 5-15 dB höher sein kann
* DIN 45680: Messung und Beurteilung tieffrequenter
Geräuschimmissionen in der Nachbarschaft (1997)
Quelle: Lim et al. 2008
Beispiel: Signal-Rauschabstand
- - - Niedriger Hintergrundpegel: 42.0 dBA,Leq
___
Hoher Hintergrundpegel: 55.5 dBA,Leq
Prediktion starker Belästigung (%HA) in zwei Gruppen mit
unterschiedlicher Hintergrundlärmbelästigung.
Quelle: Schreurs et al. , Acoustics `08
Evaluation of low frequency noise impact from motorways
in the Netherlands
Fig. 3 NSG exceedance on dwellings in the ‘Randstad’*
Fig. 4 C-A level difference on dwellings in the ‘Randstad’
* Consists of the four largest cities (Amsterdam, Rotterdam, The Hague and Utrecht)
Evaluation of low frequency noise impact from motorways
in the Netherlands
Number of
Total percentage
Guideline
households (Mio) of households
NSG* guideline 63 Hz
3.00
43
NSG* guideline 125 Hz
5.60
79
dBC-A ≥ 15 dB
4.20
59
dBC-A ≥ 20 dB
0.64
9
* the LF-guideline according to the Dutch Association for Noise Annoyance (NSG)
Fig. 6. Noise Map of roads with large
Amounts of Heavy Vehicles
Quelle: Schreurs et al. , Acoustics `08
Hodgdon KK et al. Low Frequency Noise Study, 2007
Schutz durch Fenster?
ultra-high-performance group (Windows A and B)
Transmission loss of five high-performance windows. Window A (o-),
Window B (□-), Window C (♦..), Window D (◄--), Window E (►--).
Time
LC-LA
LAmax-LA
Time
Nachweis für tieffrequenten Lärm (LC-LA) und Impulslärm (LAmax-LA)
Links: Gesamtnacht – Rechts: 2h Ausschnitt
Lercher et al. Internoise 2013
LC-LA
LAmax-LA
Sound level in dB
LAmax
LCf
Bad Gastein, ca. 80 m von der Schiene entfernt
LAmax
LCf
Sound level in dB
Schallpegel Schiene in dB
Schiene - tieffrequenter Lärm - Impulslärm
Flugzeug
Flugzeug
Kfz
Rattle*
Panel (B) Zeit-Pegeldiagramm: C-Bewertung
*In diesem Pegelbereich (C – gewichtete 75-80 dB) treten Vibrationen
(Körperschall) und Phänomene des sekundären Luftschalls häufig auf)
Quelle: Fidell et al 2002
Flugverkehr, sekundärer
Luftschall und Vibrationen
Panel A: Frequenz-Pegel-Zeitdiagramm:
unbewerteter Pegel
Landeanflug: Tonale Komponenten moduliert
Kuehner & Lercher Internoise 2010
Schallpegel in dBA
Frequenz in Hz
Darstellung des Dopplereffekts mit eingebetteten Modulationen(blau) und der
Frequenzänderung (rot)
Pegelstandardabweichung in dBA
25
Flugverkehr
Strassenverkehr
0
Tageszeit
Abb. A. Pegelstandardabweichung Hohentengen
Tageszeit
Abb. B. Pegelstandardabweichung Herdern
Quelle: Kühner & Lercher Internoise 2010
Wahrnehmungsorientierte Quellen-Dominanz-Analyse
Signal-Rauschabstand - dBC-dBA
Beispiel: Strassenbahn
Variobahn
30
20
10
0
10
20
30
40
50
Geschwindigkeit, km/h
60
* reduzierte Vorerhebungs-Schwelle
(von 20dB auf 15dB) im Neuentwurf der DIN 45680
Signal-Rauschabstand: dBC-dBA* und Variabilität
Quelle: Wunderli et al.. (2015). Intermittency ratio: A metric reflecting short-term temporal Variations
of transportation noise exposure. Journal of Exposure Science and Environmental Epidemiology.
Fluktuation
Intermittency ratio (IR)
= 87%
Intermittency ratio (IR)
= 19%
►Fluktuation: Ereignis gegen Pegelhintergrund der
spezifischen Quelle (verschieden für die Quellen)
►Emergenz: Ereignis gegen Gesamtpegelhintergrund
abzüglich der untersuchten spezifischen Quelle
Lercher P et al. Acoustics Hongkong 2012
Fluktuation and Emergenz
 Definiert durch Perzentilen nach Lärmquelle.
z.B.
L05 für Hauptstraße
L10 für Schiene & Autobahn
z.B.
L95 für Hauptstraße
L90 für Schiene & Autobahn
Fluktuation und Belästigung: Hauptstraße
Predicted probability: highly annoyed
Abbildung 1.
Fluktuation (LA05-LA95)
und % stark belästigt
durch Hauptstraßenlärm
0.8
0.6
0.4
Zusätzliches Ergebnis
Ein Anstieg der Emergenz
von 0 auf 10 dBA verringert
den Schwellenwert für 25%
stark Belästigte zusätzlich
um 4 dBA
0.2
5
10
15
20
25
30
Fluctuation - main road sound level,dBA
SCHÄRFE: nach Fahrzeug und Geschwindigkeit
10
20
40
50
60
Vergleich
4
3
2
1
Variobahn
CityRunner
5
4
3
2
1
10
20
30
40
50
60
Geschwindigkeit, km/h
Messort in unterschiedlichen Farben
5
Schärfe - L5-Perzentile,[acum]
Beispiel: Strassenbahn
Serie 500-600
30
RAUIGKEIT: nach Fahrzeug und Geschwindigkeit
20
Serie 500-600
30
40
50
60
Vergleich
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
Variobahn
CityRunner
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
10
20
30
40
50
60
Geschwindigkeit, km/h
Messort in unterschiedlichen Farben
1.0
Rauigkeit- L5-Perzentile, asper
Beispiel: Strassenbahn
10
Potenzielle Kombinationswirkungen
SCHALLQUELLEN-KOMBINATIONEN
Die Mehrquellen-Problematik
Wie gross ist das Problem ?
Rail noise - highly annoyed by highway exposure (hw)
0.6
1
0.2
0.4
3
40
50
60
70
80
Sound level rail,Lden,dBA
Adjusted to: main road exposure
2
90
Quelle: Lercher P. et al. Internoise 2007
1=[32.2,50.0 dBA,Lden,hw]
2=[50.0-60.0 dBA,Lden,hw]
3=[60.0-74.5 dBA,Lden,hw]
0.0
Proportion highly annoyed: rail
0.8
receiver point beyond 300m of the rail track
0.8
0.7
0.6
Road traffic noise LAeq < 45.3 dB
Road traffic noise LAeq 45.3 - 50.9 dB
Road traffic noise LAeq 50.9 - 59.1 dB
Road traffic noise LAeq > 59.1 dB
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
20
30
40
50
60
70
80
90
Quelle: Brink M, Lercher P. Internoise 2007
Proportion stark belästigt: Fluglärm
Kombinierte Wirkungsanalyse: Flug- und Strassenverkehrslärm
Schallpegel Fluglärm, LAeq,day
Expositions-Wirkungskurven für Fluglärm in Abhängigkeit von 4 unterschiedlichen Strassenverkehrslärm-Niveaus
Daten Basis: Swiss noise study 2000: N=1563
Mehrquellenmodell
Predicted probability: highly annoyed
Abbildung 5.
0.6
30
20
10
0.4
Gesamt LAeq-home-awake* und
% stark belästigt durch alle
Quellen (Hauptstraße, Schiene
und Autobahn)
Mit dem zusätzlichen Effekt
verschiedener Fluktuations
-niveaus (10 to 30 dBA)
Wenn die Fluktuation sehr
hoch ist (z.B. 30 dBA)
verschiebt sich der
Schwellenwert für 25%
stark Belästigte sogar
unter 40 dBA
0.2
40
50
60
Overall sound level,LAeq-home-awake,dBA
Potenzielle Kombinationswirkungen
ERSCHÜTTERUNGEN UND LÄRM
3
2
3
1
2
1
Figure 2: Estimated dose-response relation between sound levels in Lden and % annoyed (left) and
% highly annoyed (right) by railway noise (Area 1 = grey, Area 2 = blue, and Area 3 = black circles)
Gidlöf-Gunnarsson A, Ögren M, Jerson T, Öhrström E. Railway noise annoyance and the
importance of number of trains, ground vibration, and building situational factors. Noise Health
2012;14:190-201
Schiene: Ohne (1) mit (2) Erschütterungen – viele Züge (3)
0.6
0.6
0.5
0.5
0.3
0.3
0.4
0.4
--- 95% Vertrauensintervall
Nicht belästigt
30
30
40
40
50
50
60
60
70
70
Schallpegelrailway.dB.max.Lden
Schiene, Lden,dBA
80
80
MITHRA-SIG
0.1
0.1
0.2
0.2
Belästigt
0.0
0.0
Proportion stark belästigt: Bahn
Proportion erheblich Belästigte durch Schienenlärm,
wenn zusätzlich belästigt oder nicht belästigt durch
Erschütterungen
Quelle: Lercher P. Encyclopedia of Environmental Health 2011
Kombinierte Expositions-Wirkungskurve: Schiene
Kombinierte Expositions-Wirkungskurve Schienenlärm
<40 40
-44
Nein
45
-49
50
-54
55
-59
60
-64
65+
Ja
Belästigungsgrad
3.0
2.5
Keine Störung
durch Kfz-Abgase
mit 95% KI
2.0
Störung
1.5
durch Kfz-Abgase
mit 95% KI
1.0
<40 40
-44
45
-49
50
-54
55
-59
60
-64
65+
Schienen Ldn,dB,A
Quelle: Lercher et al., Internoise 1999
Interaktion mit Luftqualität
Planung: Wohnraumarchitektur und -nutzung
LÄRMMINDERUNG
Predicted probability: highly annoyed
Schlafzimmerposition zur Quelle
Yes
0.6
0.4
No
0.2
45
50
55
60
Predicted probability: highly annoyed
Bedroom
towards source
65
70
Motorway sound level,Lden,dBA
Yes
0.6
0.4
No
0.2
50
60
70
80
Railway sound level,Lden,dBA
Lercher P & Botteldooren D. Internoise 2012
Adjusted for age, sex, education and noise sensitivity/health status
Bedroom
towards source
Belästigung
Lesen
Ein ruhiger Raum
verfügbar
Kurzzeitgedächtnis
Schlafqualität
Gesundheitliches
Wohlbefinden
Ein integriertes Forschungsprojekt der Medizinischen Universität Innsbruck (MUI) für die UVE Brenner Basistunnel
Source: Eisenmann & Lercher, IAAP 2006 und AIA-DAGA 2013
Kinder und Lärmwirkungen: Rückzugsoption
Planung: Wohnumfeld, Restoration, Bewältigung
LÄRMMINDERUNG
Nutzung von Naturelementen
Combined approach: subjective (a questionnaire)
and objective: two videos - showing a traffic scene
(site A) and a plant scene (site B) were shown to 40
participants on video glasses and electroencephalogram recordings were taken.
The LAeq value was 68.6 dB in both cases.
Subjective results: 90% of the subjects believed that
landscape plants contribute to noise reduction and
that 55% over-rated the plants‘ actual ability to
attenuate noise.
Objective results: highly significant asymmetry
between the EEG activity of the vegetation scene
and traffic scene groups - regardless of whether
urban sounds accompany the visual observations:
Mainly through synchronization of the beta
frequency band and the desynchronization of the
alpha frequency band, indicating that landscape
plants can moderate or buffer the effects of noise
Yang, F., Bao, Z. Y., & Zhu, Z. J. (2011). An Assessment of Psychological Noise Reduction by Landscape Plants.
International Journal of Environmental Research and Public Health, 8(12), 1032–1048. doi:10.3390/ijerph8041032
Figure 3. Noise disturbed outdoor activities (%) in relation
to courtyard quality and sound levels
Gidlöf-Gunnarsson A & Öhrström E.
Int. J. Environ. Res. Public Health 2010, 7, 3359-3375
Hohe Innenhof-Qualität
Wirkung der “perceived quietness” auf den Blutdruck von Kindern
≥ 37 Wochen
< 37 Wochen
95% CI
130
125
120
115
110
Area quiet: not agree
Area quiet: fully agree
105
< 50
≥ 60< 50
Lercher et al. JASA special soundscape issue 2013
Systolischer Blutdruck, mmHg
Mit Interaktionswirkung zwischen Schallpegel und verkürzter Schwangerschaftsdauer(<37 Wochen)
≥ 60
Gesamtschallpegel,Ldn,dBA
Abb. 4: Systolisches Blutdruckmodell, adjustiert für BMI, Sex, Schulbildung (Mutter),
Familiäre Disposition, Cortisol-Spiegel, Haustyp, Schall*SS-Dauer, Schall*Cortisol
30
40
WHO-Guideline
Wohngegend Tag
50
60
70
Gesamtschallpegel, Ldn, dBA
80
https://www.i-med.ac.at/hygiene/bbt-files/public_health_studie_bbt.html
11
10
9
8
7
6
WHONNGL
5
Lebensqualitätsbeurteilungs-Scala: 1-11
Lebensqualität
Verbundenheit mit der Region
Landschaft und Natur
Nachbarschaftsbeziehungen
Sicherheit
Bedingungen für das Aufwachsen der Kinder
Wohnqualität
Durchschnitt QoL
Durchschnitt Zufriedenheit
Wattenberg
Wattenberg
Wiesing
Wiesing
Weer
Weer
Vomp
Vomp
Terfens
Terfens
Strass/Zillertal
Strass/Zillertal
Stans
Stans
Schwaz
Schwaz
Pill
Pill
Jenbach
Jenbach
Buch/Jenbach
Buch/Jenbach
Wattens
Wattens
Volders
Volders
Kolsass
Kolsass
Fritzens
Fritzens
0
0.2
0.4
0.6
0.8
Lebensqualität (QoL)
1
0
0.2 0.4 0.6 0.8
1
Lebenszufriedenheit
Lercher et al. Ch-5 in: Kang J & Schulte-Fortkamp B
Soundscape and the Built Environment, CRC-Press Dec 14, 2015
Lebenszufriedenheit versus Lebensqualität
Zusammenfassung
• Um akzeptable Prädiktion von Schallschutzmaßnahmen zu erreichen muss
die gesamte Kette (Emission ->Immission -> „Rezeptor“) im lokal relevanten
geo-physischen und sozio-kulturellen Kontext berücksichtigt werden
• Lärmreduktionsmaßnahmen greifen zu kurz, wenn nur die klassischen
Lärmindikatoren zur Evaluierung eingesetzt werden können. Die Qualität
und das Design der generierten Soundscape ist stark mitentscheidend.
• Psychoakustische Indikatoren können deshalb in der Planung und
Evaluierung eine kritische und entscheidende Hilfe sein
• Die gesundheitsbezogene Lebensqualität des „Rezeptors“ muss parallel als
Hauptzielvariable in der Evaluierung zum Einsatz kommen
• Es ist notwendig die Förderung positiver Gesundheitsaspekte (Erholung,
erleichterte Kommunikation und Nutzung der Umgebung) in das
Gesamtkonzept einer integrierten Immissionsminderung einzubauen
Danke für
Ihre Aufmerksamkeit

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