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HS Trier, Umwelt-Campus Birkenfeld Literaturstudie Spitzenwertkriterium beim Schienenlärm Projekt-Nr. 14-03 Seite I Literaturstudie Berücksichtigung eines Spitzenwertkriteriums bei der Beurteilung von Schienenverkehrslärm in der Nacht Abschlussbericht Auftraggeber: Hessisches Ministerium für Umwelt, Energie, Landwirtschaft und Ver- braucherschutz Mainzer Str. 80 65189 Wiesbaden Auftrag vom: 30.09.2014 Aufgabenstellung: Literaturstudie zur Berücksichtigung eines Spitzenwertkriteriums bei Schienenverkehrslärm Bearbeitung: HS Trier, Umwelt-Campus Birkenfeld Prof. Dr. Kerstin Giering Postfach 1380 55761 Birkenfeld Dieser Bericht besteht aus 45 Seiten. Birkenfeld, den 02.01.2015

Berücksichtigung eines Spitzenwertkriteriums bei der Beurteilung

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Literaturstudie Spitzenwertkriterium beim Schienenlärm

Projekt-Nr. 14-03 Seite I

Literaturstudie

Berücksichtigung eines Spitzenwertkriteriums bei der Beurteilung

von Schienenverkehrslärm in der Nacht

Abschlussbericht

Auftraggeber: Hessisches Ministerium für Umwelt, Energie, Landwirtschaft und Ver-braucherschutz

Mainzer Str. 80 65189 Wiesbaden

Auftrag vom: 30.09.2014

Aufgabenstellung: Literaturstudie zur Berücksichtigung eines Spitzenwertkriteriums bei Schienenverkehrslärm

Bearbeitung: HS Trier, Umwelt-Campus Birkenfeld Prof. Dr. Kerstin Giering Postfach 1380 55761 Birkenfeld

Dieser Bericht besteht aus 45 Seiten.

Birkenfeld, den 02.01.2015

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Projekt-Nr. 14-03 Seite II

Danksagung

Die Autorin dankt allen Kolleginnen und Kollegen, die bei der Bereitstellung von Literatur unterstützend gewirkt haben.

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Projekt-Nr. 14-03 Seite III

INHALTSVERZEICHNIS

1 AUFGABENSTELLUNG ........................................................................................................................ 1

1.1 Einführung........................................................................................................................................ 1 1.2 Zielsetzung ....................................................................................................................................... 1

2 BEURTEILUNG VON SCHIENENVERKEHRSLÄRM UND VERWENDUNG VON

MAXIMALPEGELN IN DEUTSCHLAND ................................................................................................... 2

2.1 Ermittlung und Bewertung von Schienenverkehrslärm in Deutschland .................................. 2 2.2 Berechnungsvorschrift Schall 03 „neu“ ........................................................................................ 3 2.3 Maximalpegelkriterium bei Fluglärm ............................................................................................ 4 2.4 Maximalpegelkriterium bei Sportanlagenlärm ............................................................................. 4 2.5 Maximalpegelkriterium bei Gewerbelärm .................................................................................... 5

3 LITERATURRECHERCHE ................................................................................................................... 7

3.1 Herangehensweise .......................................................................................................................... 7 3.2 Verwendete Literaturquellen ......................................................................................................... 7

4 ERGEBNISSE ........................................................................................................................................ 9

4.1 Unterschiede zwischen Verkehrsgeräuschen .............................................................................. 9 4.2 Wirkungen von Schienenverkehrsgeräuschen ............................................................................ 9

4.2.1 Belästigung / Störung ............................................................................................................................... 10 4.2.2 Schlafstörung ............................................................................................................................................. 20 4.2.3 Erkrankungen ............................................................................................................................................ 31 4.2.4 Wirkung tiefer Frequenzen ...................................................................................................................... 34

4.3 Akustische Größen ......................................................................................................................... 35 4.3.1 Metrik .......................................................................................................................................................... 35 4.3.2 Zugzahl / Zugart ........................................................................................................................................ 39 4.3.3 Psychoakustische Größen ........................................................................................................................ 40 4.3.4 Vibrationen ................................................................................................................................................. 40

4.4 Gesetzliche Vorgaben ................................................................................................................... 41 4.5 Qualität ........................................................................................................................................... 41

5 PROBLEME, AUSBLICK, KRITIK ................................................................................................... 43

LITERATURVERZEICHNIS ...................................................................................................................... 46

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Projekt-Nr. 14-03 Seite IV

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1 Emissionsquellen am ICE nach Schall 03 [3] _______________________________________ 3 Abbildung 2 Belästigung in Abhängigkeit von der Zugzahl [18] _________________________________ 11 Abbildung 3 Belästigung in Abhängigkeit von der Zugzahl [19] _________________________________ 12 Abbildung 4 Belästigung in Abhängigkeit von der Zugzahl [20] _________________________________ 12 Abbildung 5 Schlafstörung Schiene und Straße [20] __________________________________________ 13 Abbildung 6 Aktimetrisch ermittelte Schlafstörung Schiene und Straße [20] _______________________ 14 Abbildung 7 Schlafqualität in Abhängigkeit von der Lärmart (Flug – Schiene) [27] __________________ 15 Abbildung 8 Wahrscheinlichkeit der Veränderung des Schlafzustands in Abhängigkeit von der Lärmart

[27] ______________________________________________________________________ 15 Abbildung 9 Wahrscheinlichkeit für Aufwachen, Erregungspotential und Veränderung der Herzschlagrate

in Abhängigkeit von der Lärmart [28] ___________________________________________ 16 Abbildung 10 %HA: Vergleich Shinkansen [30] _______________________________________________ 17 Abbildung 11 Unterschied Belästigung in Abhängigkeit von der Metrik: Vergleich Shinkansen [30] _____ 18 Abbildung 12 Einfluss der Entfernung auf die Belästigung [30] __________________________________ 18 Abbildung 13 %HA in Abhängigkeit vom LASmax, Shinkansen [32] _________________________________ 19 Abbildung 14 %HA bei Berücksichtigung von Vibrationen, Shinkansen [32] ________________________ 20 Abbildung 15 Aufwachreaktionen in Abhängigkeit vom Lmax, [37] ________________________________ 22 Abbildung 16 Dosis-Wirkungskurve für die Zunahme der Motalität in Abhängigkeit von Lmax [40] _____ 23 Abbildung 17 Dosis-Wirkungszusammenhang bei der erfragten Schlafstörung [33] __________________ 23 Abbildung 18 Motilität in Abhängigkeit vom Maximalpegel innen [46] ____________________________ 25 Abbildung 19 Motilität in Abhängigkeit von der Anstiegsgeschwindigkeit des Pegels [46]_____________ 25 Abbildung 20 Aufwachwahrscheinlichkeit in Abhängigkeit vom Maximalpegel [47] _________________ 26 Abbildung 21 Aufwachwahrscheinlichkeit in Abhängigkeit vom Maximalpegel [47] _________________ 27 Abbildung 22 Aufwachwahrscheinlichkeit in Abhängigkeit vom Maximalpegel [48] _________________ 28 Abbildung 23 Wahrscheinlichkeit für mehrfaches Aufwachen in Abhängigkeit von der Zahl der

Zugvorbeifahrten [50] _______________________________________________________ 29 Abbildung 24 Wahrscheinlichkeit für mehrfaches Aufwachen in Abhängigkeit vom LNight [50] __________ 30 Abbildung 25 Schlafstörungen in Abhängigkeit vom Lmax [52] ___________________________________ 31 Abbildung 26 Änderung der Herzschlagfrequenz [47] __________________________________________ 32 Abbildung 27 Änderung der Herzschlagfrequenz ohne Aufwachreaktionen nach Verkehrsträgern [47] __ 32 Abbildung 28 Änderung der Herzschlagfrequenz mit Aufwachreaktionen nach Verkehrsträgern [47]____ 33 Abbildung 29 Änderung der Herzschlagfrequenz durch Lärm und Vibrationen [56] __________________ 34 Abbildung 30 Belästigungsaussagen in Abhängigkeit von Metrik und Zugzahl [66] __________________ 36 Abbildung 31 Schalleistungspegel in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit [68] ___________________ 37 Abbildung 32 Belästigung in Abhängigkeit von der Zahl der Ereignisse (Flug – Schiene) [77] ___________ 39 Abbildung 33 Lautheit bei GZ-Vorbeifahrten [62] _____________________________________________ 40 Abbildung 34 Veränderung des Lästigkeitsunterschieds in Abhängigkeit vom Pegel [86] ______________ 42

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Tabellenverzeichnis

Tabelle 1 Immissionsgrenzwerte (IGW) für Verkehrslärm gemäß 16. BImSchV __________________ 2 Tabelle 2 Immissionsrichtwerte nach der Sportanlagenlärmschutzverordnung (18. BImSchV) _____ 5 Tabelle 3 Immissionsrichtwerte (IRW) für Gewerbelärm gemäß TA Lärm _______________________ 6 Tabelle 4 Untersuchungsitems für Schlafstörungen [32] _____________________________________ 21

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Projekt-Nr. 14-03 Seite VI

Abkürzungsverzeichnis

16. BImSchV Sechzehnte Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissions-

schutzgesetzes, Verkehrslärmschutzverordnung

18. BImSchV Achzehnte Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissions-

schutzgesetzes, Sportanlagenlärmschutzverordnung

TA Lärm Sechste Allgemeine Verwaltungsvorschrift zum Bundes-Immissions-

schutzgesetz, Technische Anleitung zum Schutz gegen Lärm

IGW Immissionsgrenzwert

IRW Immissionsrichtwert

LAI Bund/Länder Arbeitsgemeinschaft Immissionsschutz

UMK Umweltminister-Konferenz

% CI Konfidenzintervall

% HSD highly sleep disturbed

% LSD lowly sleep disturbed

% SD sleep disturbed

ALNAP Active Learning Network for Accountability and Performance in Human-

itarian Action

ANSI American National Standards Institute

ASA American Standards Association

AzB Anleitung zur Berechnung von Lärmschutzbereichen

BHD Bluthochdruck

BImSchG Bundes-Immissionsschutzgesetz

BImSchV Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes

CargoVibes Attenuation of ground-borne vibration affecting residents near freight

railways lines

D10 10-dB-Abfallzeit

DES Datenerfassungssystem

deufrako Deutsch-Französische Kooperation in der Verkehrsplanung

ENNAH European Network for Noise an Health

GENA Guidelines for environmental annoyance

GZ Güterzug

HRA Heart response amplitude

HRL Heart response latency

HRR Heart rate response

ICBEN International Congress on the Biological Effects of Noise

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Projekt-Nr. 14-03 Seite VII

ICENCE International Congress an Exposition on Noise Control Engineering

ICSV International Congress in Sound and Vibration

KI Zuschlag für Impulshaltigkeit

L5AF Perzentilpegel, 5 %

LAE, LAE Einzelereignispegel, auch SEL (Sound Exposure Level)

LAeq Äquivalenter Dauerschallpegel

LAeq, tp LAeq über die Zugvorbeifahrtszeit pass-by time

LAeq, xh LAeq über den Zeitraum x Stunden

LAFmax Maximalpegel des AF-bewerteten Schalldruckpegels

Ld Lärmindikator Day

LDEN, Lden Lärm-Indikator Gesamttag (24 Stundenwert, Day, Evening, Night)

LDN, Ldn Lärm-Indikator Day Night

LLZ Lautheit-Index nach Zwicker

Lm,E Emissionspegel, 25 m seitlich der Gleis-, Teilstück- bzw. Bereichsachse

Lmax Maximalpegel, i.A. LAFmax

LNight, Ln, LN Lärm Indikator nachts

LpFmax Maximalpegel des F-bewerteten Schalldruckpegels, i.A. LAFmax

Lpmax Maximalpegel des Schalldruckpegels, i.A. LAFmax

LSpmax Maximalpegel des S-bewerteten Schalldruckpegels, i.A. LASmax

LW'A Längenbezogener Schallleistungspegel

LW'A, f,h,m,Fz Längenbezogener Schallleistungspegel im Oktavband f in einem Hö-

henbereich h infolge einer Teilschallquelle m für eine Fahrzeugeinheit

der Fahrzeug-Kategorie Fz

Mspt Mean value of all motility level during sleep-period time

NAT Number above threshold

NOEL No-Effekt-Level

Nord 2000 New Nordic Prediction Method for Rail Traffic Noise

OR odds ratio

PL Perceived Level

PNRS Personal Noise Ranking Scale

RAPS Railway noise, annoyance, performance, sleep

RIVM National Institute for Public Health an Environmental der Niederlande

Schall 03 Richtlinie zur Berechnung von Schallimmissionen an Schienenwergen

SEL Sound Exposure Level, auch LAE

SENEL Single Noise exposure Level

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Projekt-Nr. 14-03 Seite VIII

SIL Speech Interference Level

SPL Sound pressure level, i.A. LAeq

spt Sleep-period time

TSI Technische Spezifikation für Interoperabilität

TVANE Train Vibration and Noise Effects

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Projekt-Nr. 14-03 Seite 1

1 Aufgabenstellung

1.1 Einführung

Eine leistungsfähige Verkehrsinfrastruktur ist die Voraussetzung für einen innovativen und dynamischen Wirtschaftsstandort. Um die mit dem Verkehr verbundenen negativen Folge-wirkungen zu verringern, wird eine weitere Verkehrsverlagerung auf umweltschonendere Verkehrsträger, insbesondere die Schiene angestrebt. Gleichzeitig ist mit dem weiteren Aus-bau transnationaler Schienenstrecken (bspw. Betuwe-Route) neben der Steigerung der Ver-kehre auch mit einer Zunahme der Umweltbelastungen zu rechnen.

Um die negativen Auswirkungen1 der Verkehrsinfrastruktur auf die Lebensqualität der betroffenen Anwohner zu ermitteln, werden bereits seit langer Zeit Untersuchungen durch-geführt, die die Belästigungsreaktionen der Betroffenen, Auswirkungen auf deren Schlaf, das Leistungsvermögen und die Gesundheit erfassen sollen. Insbesondere für Straßen- und Fluglärm existiert eine große Zahl an Studien. Dahingegen ist der Problemkreis Schienenver-kehrslärm deutlich weniger betrachtet worden.

1.2 Zielsetzung

Bei der Betrachtung der Auswirkungen des Schienenverkehrslärms wird in Deutschland bis-her nur der Beurteilungspegel auf der Basis des Mittelungspegels herangezogen. Die Be-stimmung des Beurteilungspegels erfolgt rechnerisch mit Bezugnahme auf die Schall 03. Die bei Schienenverkehr auftretenden Maximalpegel sind bis jetzt nicht in den Rechenvorschrif-ten implementiert; ebenso wenig gibt es bisher ein Spitzenwertkriterium, dass eine Bewer-tung der Maximalpegel erlauben würde. Insbesondere für den Nachtzeitraum ist zur Beurtei-lung der schienenlärmbedingten Aufwachreaktionen ein derartiges Kriterium erforderlich.

Auf der 81. UMK-Sitzung vom 15.11.2013 wurde angeregt, ein solches Kriterium für den Nachtzeitraum zu berücksichtigen. Auch im hessischen Koalitionsvertag zwischen CDU und Grünen wird dieses Ziel aufgegriffen. In der 127. Sitzung des LAI vom 12. / 13. 03. 2014 wurde festgestellt, dass fachlich fundierte Voraussetzungen zur Bewertung von Spitzenpe-geln beim Schienenverkehrslärm derzeit noch nicht vorliegen.

Deshalb soll im Rahmen einer Literaturstudie der Stand der Forschung zu dieser Fragestel-lung zusammengestellt werden. Dabei sollen besonders die folgenden Themenbereiche be-leuchtet werden:

Gibt es bei den derzeitigen Verfahren zur Ermittlung von Schienenverkehrsgeräu-schen Defizite? Wo liegen diese? Hierbei sind insbesondere neue Erkenntnisse der Lärmwirkungsforschung zu berücksichtigen. Lassen sich diese ggf. vorhandenen Defi-zite durch zusätzliche akustische Lärmindices reduzieren?

Wie wären aus dem Blickwinkel der Lärmwirkungsforschung Zugvorbeifahrten zu cha-rakterisieren und zu bewerten?

Gibt es Ansätze für einen neuen Beurteilungsmaßstab in der Literatur?

Wie lässt sich bei der Berücksichtigung zusätzlicher akustischer Lärmindices eine Prognosefähigkeit sichern?

1 In dieser Studie ist dabei ausschließlich der Verkehrslärm gemeint.

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2 Beurteilung von Schienenverkehrslärm und Verwendung von Maximalpegeln in Deutschland

2.1 Ermittlung und Bewertung von Schienenverkehrslärm in Deutschland

Die Grundlagen der Ermittlung der Schienenlärmimmissionen sind mit der Verkehrslärm-schutzverordnung (16. BImSchV) [1] festgeschrieben. In deren Anlage 2 wird das Berech-nungsverfahren mit Bezug auf die Schall 03 festgeschrieben.2

Die zur Beurteilung der Immissionen heranzuziehende Größe ist der Beurteilungspegel, der sich aus dem Mittelungspegel in 25 m Entfernung von der Gleisachse und Fahrzeug- und gleisspezifischen Korrekturen zusammensetzt. Der Beurteilungspegel wird für einen Zeitraum von 16 Stunden (Tag) bzw. 8 Stunden (Nacht) ermittelt. In der nachfolgenden Tabelle sind die Immissionsgrenzwerte (IGW) gemäß der 16. BImSchV [1] angegeben.

Tabelle 1 Immissionsgrenzwerte (IGW) für Verkehrslärm gemäß 16. BImSchV

Gebietsart Immissionsgrenzwert in dB(A)

Tags (06.00-22.00) Nachts (22.00-06.00)

Krankenhäuser, Schulen, Kurheime und Altenheime 57 47

Reine (WR) und Allgemeine Wohngebiete (WA), Kleinsied-lungsgebiete (WS)

59 49

Kerngebiete (MK), Dorfgebiete (MD) und Mischgebiete (MI) 64 54

Gewerbegebiete (GE) 69 59

Einzelne zugspezifische Geräuschcharakteristika bleiben dabei unberücksichtigt. Die Zahl der Schienenfahrzeuge je Fahrzeugkategorie findet Berücksichtigung, allerdings nicht ihre Ver-teilung („Lärmpausen“). Die Berechnung erfolgt nach Gleichung:

𝑳𝒎,𝑬 = 𝟏𝟎 ∙ 𝒍𝒈 [∑ 𝟏𝟎𝟎,𝟏∙(𝟓𝟏−𝑫𝑭𝒁+𝑫𝑫+𝑫𝒍+𝑫𝒗)𝒊

] + 𝑫𝑭𝒃 + 𝑫𝑩𝒓 + 𝑫𝑩ü + 𝑫𝑹𝒂 (1)

Die einzelnen Parameter sind:

DFZ Einfluss der Fahrzeugart

DD Einfluss der Bremsbauart

Dl Einfluss der Zuglänge

DV Einfluss der Zuggeschwindigkeit

DFb Einfluss der Fahrbahnoberfläche

DBr Einfluss von Brücken

DBü Einfluss durch Bahnübergänge

DRa Einfluss durch Gleisbögen mit engen Radien

2 Zum 01.01.2015 tritt eine Neufassung in Kraft.

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Gründend auf Feldstudien, die in den 1970er und 1980er Jahren durchgeführt wurden, wird bei der Berechnung der Beurteilungspegel bisher der sog. „Schienenbonus“ von 5 dB berück-sichtigt. Neuere Studien geben starke Hinweise darauf, dass dieser durch Dosis-Wirkungszu-sammenhänge nicht widergespiegelt wird. Deshalb hat der Vermittlungsausschuss von Bun-destag und Bundesrat am 23. April 2013 einem Kompromiss zugestimmt, wonach der Schie-nenbonus zum 1. Januar 2015 wegfallen wird.

Mit Wirkung zum 01.01.2015 wird als Berechnungsverfahren die „neue“ Schall 03 [2]herangezogen.

2.2 Berechnungsvorschrift Schall 03 „neu“

Die seit längerer Zeit in Novellierung befindliche Schall 03 wird ab dem 01.01.2015 für die Berechnung von Schienenverkehrslärm herangezogen werden. Hier sollen nur kurz die we-sentlichen Änderungen gegenüber der Schall 03 von 1990 aufgeführt werden.

Eine deutlich genauere Modellierung der Quellen wird vorgenommen. Die Schallquellen wer-den unterschieden nach den Kategorien Rollgeräusch, aerodynamisches Geräusch, Geräu-sche von Aggregaten und Antrieb. Den Quellen werden verschiedene Höhen zugeordnet, so dass insgesamt 11 Schallquellenarten (Tabelle 5 der Schall 03) berücksichtigt werden kön-nen. In der nachfolgenden Abbildung ist dies beispielhaft für einen ICE dargestellt [3].

Abbildung 1 Emissionsquellen am ICE nach Schall 03 [3]

Die Emissionen werden oktavbandweise berücksichtigt. Es stehen 10 verschiedene Fahr-zeugarten (Tabelle 3) mit 19 verschiedenen Verkehrsdaten (Tabelle 4) zur Verfügung. Auch Gleiszustände, die Wirkung von Brücken und innovative Maßnahmen zum Schallschutz wer-den detailliert beschrieben. Die Ausbreitungsrechnung erfolgt in Anlehnung an die ISO 9613-2 [4].

Ausgangspunkt der Berechnung ist der längenbezogene Schallleistungspegel LW'A,f,h,m,Fz im Oktavband f in einem Höhenbereich h infolge einer Teil-Schallquelle m (Tabelle 5 und Ta-belle 13), für eine Fahrzeugeinheit der Fahrzeug-Kategorie Fz je Stunde. Die darin einge-hende Bezugsgröße aA,h,m,Fz, der A-bewertete Gesamtpegel der längenbezogenen Schalllei-stung bei der Bezugsgeschwindigkeit von 100 km / h auf einem Schwellengleis mit durch-schnittlichem Fahrflächenzustand, ist in einem Beiblatt für jede Fahrzeugart und Geräusch-kategorie aufgeführt. Es werden Korrekturen für abweichende Geschwindigkeiten, Gleisarten, Brücken aber auch für auffällige Geräusche angebracht. Ebenso wird die konkrete Zahl der Schallquellen des jeweiligen Fahrzeugs berücksichtigt.

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Projekt-Nr. 14-03 Seite 4

Prinzipiell sollte mit einer so detaillierten Beschreibung der Schallquellen auch eine Berech-nung der Maximalpegel je Zugart (mit bestimmter Anzahl der Fahrzeugeinheiten und Ge-schwindigkeit) möglich sein. Erfahrungen hierzu liegen jedoch nach Kenntnis der Verfasserin noch nicht vor.

2.3 Maximalpegelkriterium bei Fluglärm

Bei der Festlegung von Fluglärmschutzzonen gemäß Fluglärmgesetz [5] wird für die Nacht-schutzzone neben dem äquivalenten Dauerschallpegel LAeq auch ein Maximalpegelkriterium herangezogen: So darf für neue oder wesentlich baulich erweiterte zivile Flugplätze ab dem 1. Januar 2011 der Maximalwert LAmax von 53 dB(A) höchstens 6 mal pro Nacht überschritten werden3. Dieses Kriterium wird auch als NAT-Kriterium (number above threshold) bezeich-net. Das NAT-Kriterium berücksichtigt dabei allerdings nur die Zahl der über dem Schwellen-wert liegenden Ereignisse, nicht aber der jeweilige Pegelwert.

Berechnungen zum Fluglärm zur Ausweisung von Fluglärmschutzzonen und Entschädigungs-zahlungen im Bestand, bei Neuanlagen oder Flughafenerweiterungen bei Verkehrsflughäfen werden auf der Basis der Anleitung zur Berechnung von Lärmschutzbereichen (AzB) [6] durchgeführt. Hierbei werden die einzelnen Flugrouten entsprechend der 1. Fluglärmschutzverordnung [7] in einem Datenerfassungssystem (DES) erfasst. Dieses wird von den Verkehrsflughäfen zur Verfügung gestellt. Die Flugzeuge selbst werden mit ihrer je-weiligen Emission, die aus dem Flugzeugtyp selbst und weiteren Parametern, wie Abflugge-wicht, Betriebszustand, Richtwirkung usw. abgeleitet wird, versehen. Die Flugzeuge werden dabei in 32 Klassen eingeteilt. Die Ausbreitungsberechnung selbst berücksichtigt die Entfer-nung vom Flugzeug. Die Flugspuren werden in gewissen Korridoren um eine fiktive mittlere Flugroute angeordnet. Der Flugweg wird in kleine linienförmige Segmente aufgeteilt. Der Maximalpegel an einem Immissionsort ergibt sich aus dem Spitzenpegel während des Vorbeiflugs.

2.4 Maximalpegelkriterium bei Sportanlagenlärm

Die Sportanlagenlärmschutzverordnung (18. BImSchV) [8] benennt neben den gebietsspezifischen Immissionsrichtwerten, die der Beurteilungspegel tageszeitenabhängig nicht überschreiten darf, auch Maximalpegel, die je nach Gebiet und Tageszeit eingehalten werden sollen („einzelne, kurzzeitige Geräuschspitzen“). In die Bildung des Beurteilungspe-gels gehen verschiedene Lästigkeitszuschläge ein. So berücksichtigt der Zuschlag KI für Im-pulshaltigkeit und / oder auffällige Pegeländerungen die besondere Störwirkung dieser Ge-räuschanteile. In diesen gehen die Zahl der Impulse, deren Maximalpegel sowie der Mitte-lungspegel im betrachteten Zeitintervall ein.

Für die Beurteilung einzelner, kurzzeitiger Geräuschspitzen wird der LAFmax herangezogen. Diese sollen tags den Immissionsrichtwert (IRW) um nicht mehr als 30 dB und nachts um nicht mehr als 20 dB übersteigen. Die IRW sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben.

3 Entsprechend dem Anhang zur 1. Fluglärmschutzverordnung wird beim Spitzenpegel LAmax neben der

geometrischen Abnahme der Schallausbreitung ein Wert von 15 dB abgezogen, um die Schalldämmung bei gekipptem Fenster zu berücksichtigen. Der LAmax liegt deshalb bei 6 mal 68 dB(A) Außenpegel.

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Literaturstudie Spitzenwertkriterium beim Schienenlärm

Projekt-Nr. 14-03 Seite 5

Tabelle 2 Immissionsrichtwerte nach der Sportanlagenlärmschutzverordnung

(18. BImSchV)

Gebietsart Immissionsrichtwert in dB(A)

tags außerhalb der

Ruhezeiten

tags innerhalb der

Ruhezeiten

nachts

Kurgebiete, Krankenhäuser und Pfle-

geanstalten 45 45 35

Reine Wohngebiete (WR) 50 45 35

Allgemeine Wohngebiete (WA) und

Kleinsiedlungsgebiete (WS) 55 50 40

Kerngebiete (MK), Dorfgebiete (MD)

und Mischgebiete (MI) 60 55 45

Gewerbegebiete (GE) 65 60 50

Die Ermittlung des Maximalpegels erfolgt in der Prognose durch die Betrachtung des Maxi-malwertes für den Schallleistungspegel der relevanten Geräuschquelle. Bei einer Messung wird der LAFmax für die jeweilige Beurteilungszeit ermittelt.

Sowohl in der Messung als auch in der Prognose wird der Maximalwert des Ereignisses be-trachtet, das den höchsten Pegel aufweist. Weitere weniger laute Geräuschspitzen oder die Zahl ggf. gleichlauter Maximalpegelereignisse finden keine Berücksichtigung.

2.5 Maximalpegelkriterium bei Gewerbelärm

Auch die TA Lärm [9] benennt neben den gebietsspezifischen Immissionsrichtwerten, die der Beurteilungspegel tageszeitenabhängig nicht überschreiten darf, Maximalpegel, die je nach Gebiet und Tageszeit eingehalten werden sollen („einzelne, kurzzeitige Geräuschspitzen“).

Ebenso wie bei der 18. BImSchV gehen in die Bildung des Beurteilungspegels auch hier ver-schiedene Lästigkeitszuschläge ein. Der Zuschlag KI für Impulshaltigkeit wird messtechnisch aus der Differenz des Taktmaximalmittelungspegels und des äquivalenten Dauerschallpegels ermittelt. In der Prognose werden je nach Störwirkung 0, 3 oder 6 dB angesetzt.

Zur Beurteilung einzelner, kurzzeitiger Geräuschspitzen wird der LAFmax herangezogen. Diese Spitzen sollen tags den Immissionsrichtwert (IRW) um nicht mehr als 30 dB und nachts um nicht mehr als 20 dB übersteigen. Die IRW sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben.

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Literaturstudie Spitzenwertkriterium beim Schienenlärm

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Tabelle 3 Immissionsrichtwerte (IRW) für Gewerbelärm gemäß TA Lärm

Gebietsart Immissionsrichtwert in dB(A)

Tags (06.00-22.00) Nachts (22.00-06.00)

Kurgebiete, Krankenhäuser und Pflegeanstalten 45 35

Reine Wohngebiete (WR) 50 35

Allgemeine Wohngebiete (WA) und Kleinsiedlungsgebiete (WS) 55 40

Kerngebiete (MK), Dorfgebiete (MD) und Mischgebiete (MI) 60 45

Gewerbegebiete (GE) 65 50

Industriegebiete (GI) 70 70

Ebenso wie beim Sportanlagenlärm erfolgt die Ermittlung des Maximalpegels in der Prognose durch die Betrachtung des Maximalwertes für den Schallleistungspegel der relevanten Ge-räuschquelle. Bei einer Messung wird der LAFmax für die jeweilige Beurteilungszeit ermittelt.

In der Messung wie in der Prognose wird auch beim Lärm gewerblicher Anlagen der Maxi-malwert des Ereignisses betrachtet, das den höchsten Pegel aufweist. Weitere weniger laute Geräuschspitzen oder die Zahl ggf. gleichlauter Maximalpegelereignisse finden keine Berück-sichtigung.

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Literaturstudie Spitzenwertkriterium beim Schienenlärm

Projekt-Nr. 14-03 Seite 7

3 Literaturrecherche

3.1 Herangehensweise

Schwerpunktmäßig wurde die Literatur ab 2005 in die Recherche einbezogen. Dieses gilt ins-besondere für die jahrgangsweise Suche in Zeitschriften und Kongressberichten. Allerdings verwies die in den betrachteten Veröffentlichungen zitierte Quellenliteratur natürlich auch auf ältere Quellen, die, sofern sie relevant erschienen und verfügbar waren, ebenfalls berück-sichtigt wurden.

Die Recherche erfolgte nach folgenden Schlagworten bzw. Kombinationen dieser:

Railway noise

Transportation noise

Noise annoyance / disturbance

(Adverse) Noise effects

Sleep disturbance

Sleep quality

Awaking reactions

Maximum SPL

LAmax

Maximum noise level / peak noise level

Dose-response (curve)

Dose-effect relations

Night noise / nocturnal noise

Bei Kongressberichten wurde unter den Namen der relevanten Sessions gesucht, bspw. „Community noise“, „Effects of noise“.

3.2 Verwendete Literaturquellen

Im Rahmen einer Datenbanksuche wurde die Datenbank „PubMed“ benutzt.

Im deutschsprachigen Raum ist die „Zeitschrift für Lärmbekämpfung“ bzw. „Lärmbekämp-fung“ einschlägig. Hier wurden jahrgangsweise die Inhaltsverzeichnisse auf relevante The-men durchgesehen.

An englischsprachiger Literatur wurden die folgenden Zeitschriften recherchiert:

Journal of the Acoustical Society of America

Journal of the Acoustical Society of Japan

Sleep

sleepmedicine

Noise and Health

Die Recherche erfolgte hier anfangs jahrgangsweise - dabei wurden die Inhaltsverzeichnisse online eingesehen - wurde aber wegen der Vielzahl der Bände insbesondere bei dem „Jour-nal of the Acoustical Society of America“ nach Schlagworten weitergeführt. Interessant

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Literaturstudie Spitzenwertkriterium beim Schienenlärm

Projekt-Nr. 14-03 Seite 8

erscheinende Literatur wurde, sofern sie nicht frei online erhältlich war, per Fernleihe be-stellt.

Ferner wurden die Tagungsberichte von:

INTERNOISE

EURONOISE

Forum Acusticum

European Conference on Noise Control

International Congress and Exposition on Noise Control Engineering (ICENCE)

International Congress on Sound and Vibration (ICSV)

International Congress on the Biological Effects of Noise (ICBEN)

eingesehen und ausgewertet, wenn sie über Fernleihe oder Internetrecherche zugänglich waren. Soweit verfügbar, wurde hier versucht, Kongressberichte ab 2000 zu berücksichtigen.

Weiterhin wurden die via Internet erhältlichen Statusberichte zu den Forschungsvorhaben ENNAH (European Network for Noise and Health), CargoVibes (Attenuation of ground-borne vibration affecting residents near freight railway lines), deufrako (Deutsch-Französische Ko-operation in der Verkehrsforschung), Forschungsverbund Leiser Verkehr, TVANE (Train Vib-ration and Noise Effects) und Reports (bspw. „Night Noise Guidelines of Europe“ der WHO) in der Auswertung berücksichtigt.

Ferner wurde versucht, durch Kontakte zu Fachkollegen Informationen zu relevanten As-pekten der Aufgabenstellung oder Hinweise zu weiterführenden Literaturstellen zu bekom-men.

Auch in Buchform publizierte Aufsätze wurden ausgewertet.

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4 Ergebnisse

4.1 Unterschiede zwischen Verkehrsgeräuschen

Obwohl Straßen- und Schienenverkehrslärm durch einen Mittelungspegel beschrieben wer-den, gibt es aus akustischer Sicht Unterschiede zwischen beiden (vgl. [10]) insbesondere hinsichtlich

Zahl der Ereignisse (Vorbeifahrhäufigkeit)

Regelmäßigkeit

Verteilung über die Zeiträume Tag und Nacht

Fahrzeugspezifische Geräuschcharakteristika (bspw. Güterzug, Hochgeschwindigkeits-züge)

Maximalpegel / Maximalpegelverteilung

Pegelanstiegszeit- und Steilheit

Dauer des Einzelereignisses

Spektrum

Dauer und Zahl der Lärmpausen

Vibrationen

die auf die Wirkungen (s.u.) einen unterschiedlichen Einfluss haben können.

Im Gegensatz zu Fluglärm, der auf ein Gebäude allseitig einwirkt, gibt es für Straßen- und Schienenverkehrslärm i.d.R. eine am stärksten betroffene und eine „ruhige“ Fassade, was sich auf Dosis-Wirkungszusammenhänge auswirkt.

Hinsichtlich der Lästigkeit der Verkehrsarten wurden mit den sog. „Miedema-Kurven“ Unter-schiede aufgezeigt.

4.2 Wirkungen von Schienenverkehrsgeräuschen

In den letzten Jahren ist eine große Zahl an Publikationen veröffentlicht worden, die sich mit der Wirkung von Verkehrslärm auf den Menschen beschäftigt. Im Kapitel 2 des „Forschungs-berichts zu Wirkungen von Schienen-und Straßenverkehrslärm“ [11] sind die Belästigungswirkungen von Schienenlärm beschrieben. Hier wird bspw. auf die Bedeutung der Entfernung / Sichtbarkeit der Zugstrecke und die Zugzahl für das Belästigungsurteil hin-gewiesen. In zusammenfassenden Artikeln und Berichten sind diese Ergebnisse, aber auch Defizite und Forschungsbedarfe ausgearbeitet. Beispielhaft sei hier auf den „Bericht zur Si-tuation der Lärmwirkungsforschung in Deutschland - Fokus Verkehrslärm“ des Forschungs-verbunds Leiser Verkehr, 2013 [12] hingewiesen.

Die Auswirkungen des Verkehrslärms betreffen:

Belästigungen / Störungen

Kognitive Fähigkeiten / Leistungen

Schlaf

Physiologische Reaktionen, Erkrankungen

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Projekt-Nr. 14-03 Seite 10

Besonders für Flug- und Straßenverkehrslärm wurden viele Studien zu diesen Fragestellun-gen durchgeführt; die Datenlage für Schienenverkehrslärm ist durch eine deutlich geringere Zahl an Publikationen gekennzeichnet.

Die Items „Belästigungen / Störungen“ (langfristig), „Kognitive Fähigkeiten / Leistungen“ (langfristig) sowie die Zunahme von Erkrankungsrisiken und ein vermehrter Medikamenten-gebrauch werden i.d.R. mit einer Metrik, die eine zeitliche Mittelung über einen Tagesab-schnitt beinhaltet, in Verbindung gebracht. Solche Metriken sind bspw. der LAeq24h, LAeq16h, LDEN, LDN, LN. So liegt den von der EU empfohlenen Dosis-Wirkungskurven für Belästigung (highly annoyed) („Miedema-Kurven“) für Straßen-, Schienen- und Fluglärm der LDEN zu-grunde.

Bei den kurzzeitigen Wirkungen bspw. auf die kognitiven Fähigkeiten von Kindern scheinen zeitlich stark variierende Verkehrsgeräusche eher die selektive Aufmerksamkeit zu behindern [12].

Vor allem Auswirkungen auf den Schlaf, wie Qualität, Tiefe und Dauer scheinen aber wesent-lich durch einzelne Verkehrslärmereignisse mit bestimmt zu sein. Insbesondere in der Schlafforschung wird deshalb im Rahmen von Labor- und Feldstudien nach Zusammenhän-gen zwischen Maximalpegeln, Zahlen von Vorbeifahrten und Schlafparametern gesucht.

Ebenso werden akute physiologische Reaktionen wie bspw. eine Erhöhung der Herzschlag-rate eher mit diesen Größen in Verbindung gebracht.

Eine ausführliche Beschreibung der Auswirkungen nächtlichen Lärms auf den Schlaf, auf die Gesundheit, das Wohlbefinden sowie der Zusammenhänge zwischen Schlaf und Gesundheit findet sich in den Night Noise Guidelines for Europe [13]. Allerdings gründen sich die Ausfüh-rungen zu Dosis-Wirkungsbeziehungen insbesondere auf Studien zum Fluglärm. Hier wird angegeben, dass das No-Effekt-Level NOELAmax für Verkehrslärmereignisse bei einem Maxi-malpegel von etwa 32 dB(A) (innen) liegt.

Mit der Frage, welche Metriken zur Beschreibung der Schlafstörungen adäquat sind, befassen sich u.a. Samel et al. [14]. Für akute Veränderungen, hervorgerufen durch einzelne Lärmereignisse, wurden verschiedene Metriken vorgeschlagen, so bspw. der Lautheits-Index nach Zwicker (LLZ), Perceived Level (PL), Single Noise Exposure Level (SENEL), Sound Expo-sure Level (SEL), Speech Interference Level (SIL). Lärm tagsüber, der einen kontinuierlichen Zeitverlauf aufweist, wird eher bewusst erlebt und mit dem Begriff der Belästigung / Störung assoziiert und im Dosis-Wirkungszusammenhang gut durch eine Metrik, die auf einem Mitte-lungspegel beruht, beschrieben. Lärm nachts mit seiner eher intermittierenden Zeitstruktur wird in seinen Auswirkungen auf den Schlaf gut durch den LAmax des Einzelereignisses abge-bildet. Zur Beschreibung kumulativer Wirkungen während des gesamten Nachtzeitraums wie bspw. der Gesamtzahl an Aufwachreaktionen eigenen sich auf den gesamten Zeitraum bezo-genen Pegelmaße (LAeq).

4.2.1 Belästigung / Störung

In vielen europäischen und amerikanischen Studien werden die langfristigen Auswirkungen von Schienenverkehrslärm in Abhängigkeit von Mittelungspegeln beschrieben. Auf diese Stu-dien wird hier kein Bezug genommen.

In skandinavischen Ländern, wie Schweden, wird zur Berechnung der Emissionen und Im-missionen von Schienenverkehrslärm das Berechnungsmodell „Nord 2000“ (s.u.) [15] verwendet. Dieses erlaubt neben der Berechnung des Mittelungspegels auch die Bestimmung eines Maximalpegels.

In [16] untersuchten 2001 Bluhm und Nordling die Auswirkungen einer stark befahrenen Schienenstrecke (450 Züge pro Tag) in der Umgebung von Stockholm auf 796 Betroffene im

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Rahmen einer Feldstudie. Es wurde die erfragte Belästigung in Abhängigkeit von LAeq und Lmax in verschiedenen Expositionsgruppen angegeben. Erhoben wurde dabei die Belästigung, die mindestens einmal wöchentlich auftritt. Die höchste Belästigung lag in den Bevölke-rungsgruppen vor, die Pegeln von LAeq / Lmax mit > 55 / > 70 und 55 > / < 70 dB(A) ausgesetzt waren. Berichtet wurden Konzentrationsschwierigkeiten, Kopfschmerzen und Müdigkeit. Ferner wurde ein Einfluss des Zugtyps festgestellt: Güterzüge führten zu den höchsten Belästigungsangaben.

In [17] betrachten Gidlöf-Gunnarsson et al. im Rahmen des TVANE-Projekts (2006-2010) die Auswirkungen von 2 unterschiedlich stark befahrenen Zugstrecken in Schweden (Töreboda mit 124 Zügen in 24 h, Sollentuna mit 481 Zügen in 24 h) sowie einer stark und einer weni-ger stark befahrenen Straße. Befragt wurden 1.689 Bewohner. Als Metrik dient auch der nach der Nord 2000 berechnete Maximalpegel; die Werte umfassten für die Strecke um Tö-reboda einen Bereich von 62,4 bis 84,2 dB(A) (Mittelwert 71,7 dB(A)) und für die Strecke um Sollentuna einen Bereich von 63,0 bis 85,0 dB(A) (Mittelwert 73,2 dB(A)). Eine Auswertung dafür erfolgt nicht. Die Belästigung insbesondere in Sollentuna liegt deutlich höher als bei den Miedema-Kurven. Es konnte ein Einfluss der Zahl der Züge ermittelt werden: Bei einer hohen Verkehrsdichte (Strecke 3: 1 Zug alle 3 Minuten) erreicht die Belästigung bei gleichen Pegeln die von Straßenverkehrslärm. Die Belästigung der stark befahrenen Strecke ist bei gleichen Pegeln deutlich höher als die der weniger stark befahrenen.

Dieses Ergebnis wird in Jerson et al. [18] untermauert. Hier wird für die verschieden stark befahrenen Zugstrecken das Belästigungsurteil in Abhängigkeit vom Pegel angegeben (s. Abbildung). Stärker befahrene Strecken weisen bei gleichem Pegel eine höhere Belästigung auf.

Abbildung 2 Belästigung in Abhängigkeit von der Zugzahl [18]

In [19] wurde für die o.a. Schienenstrecken insbesondere der Einfluss von Vibrationen und der Zahl der Zugvorbeifahrten auf die Belästigung untersucht und dargestellt (s. Abbildung). Der Einfluss letzterer fällt deutlich stärker aus.

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Abbildung 3 Belästigung in Abhängigkeit von der Zugzahl [19]

Diese Ergebnisse stehen allerdings im Widerspruch zu denen von Möhler et al. [20], Liepert et al. [21] und Möhler et al. [22]. Diesen Veröffentlichungen liegt eine Feldstudie mit insge-samt 3.417 Teilnehmern, davon 2.261 Teilnehmern für Schienenverkehrslärm, zugrunde, die zwischen 1996 und 2000 durchgeführt wurde. Dabei wurden Bewohner von 13 verschiede-nen Gebieten, die sich nach der Zahl der Zugvorbeifahrten je 24 Stunden in 3 Gebietskate-gorien unterscheiden lassen (< 240, 240 bis 360, > 360), hinsichtlich ihrer Belästigung be-fragt. Es konnte keine zunehmende Belästigung mit der Zunahme der Zahl der Vorbeifahrten festgestellt werden, s. Abbildung. Allerdings wurden Güterzüge belästigender als Personen-züge bewertet.

Abbildung 4 Belästigung in Abhängigkeit von der Zugzahl [20]

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Ferner wurde eine höhere Belästigung durch Straßenverkehrslärm – es wurden hierbei 6 Ge-biete mit Straßen, deren Verkehrsmengen deutlich Unterschiede aufwiesen, betrachtet - im Vergleich zu Schienenverkehrslärm aufgezeigt, s. Abbildung. Die Pegel durch die Schienen-strecken wiesen höhere Werte als jene der Straße auf.

Abbildung 5 Schlafstörung Schiene und Straße [20]

Aktimetrische Messungen an insgesamt 377 Probanden zeigten keinen Unterschied zwischen den beiden Verkehrslärmarten, s. Abbildung.

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Abbildung 6 Aktimetrisch ermittelte Schlafstörung Schiene und Straße [20]

In Möhler et al. [20] konnte im Gegensatz zu Morihara et al. [23] für Deutschland kein -Unterschied in der Belästigung durch Hochgeschwindigkeitszüge (200-250 km / h) und kon-ventionelle Zügen gefunden werden.

Die Ergebnisse der DLR-Studie zu Schienenverkehrslärm (s.u.) wurden in verschiedenen Publikationen, auch im Vergleich mit Wirkungen des Fluglärms veröffentlicht, bspw. [24] und [25]. So findet sich in [26] ein Vergleich der Wirkungen der Zahl der Ereignisse von Flug- und Schienenverkehrslärm auf die Belästigung (s. u.).

Im Rahmen der AIRORA-Studie wurde die Wirkung verschiedener Verkehrsträger: Fluglärm (air), Straßenverkehr (road) und Schienenverkehr (rail) auf den Schlaf untersucht. Dazu wurden in einer Laborstudie [27] 72 Personen polysomnografisch untersucht. Diese wurden in insgesamt 9 Lärmnächten 8 verschiedenen Lärmereignissen (reiner Lärm einer Quelle und Kombinationen) ausgesetzt. Die Schlafqualität unter Schienenlärm war deutlich schlechter als bei den andern Lärmarten, s. Abbildung.

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Abbildung 7 Schlafqualität in Abhängigkeit von der Lärmart (Flug – Schiene) [27]

Ferner wurden Dosis-Wirkungskurven für die Wahrscheinlichkeit der Veränderung des Schlaf-zustands in S1 oder Aufwachen in Abhängigkeit vom Maximalpegel ermittelt: Abbildung 8 Wahrscheinlichkeit der Veränderung des Schlafzustands in Abhängigkeit

von der Lärmart [27]

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Diese liegt für Schienenlärm fast durchweg über der der Straße und ist deutlich höher als bei Fluglärm.

In [28] werden die in der AIRORA-Studie ermittelten elektrophysiologischen Signale wie EEG und Herzschlagrate für die verschiedenen Lärmarten ausgewertet. Auch hier zeigten sich die stärksten Effekte für den Schienenlärm, s. Abbildung. Es wird allerdings hinsichtlich der Auf-wachreaktionen auch festgestellt, dass etwa 84 % bis 93 % der lärmbedingten Ereignisse nur die spontanen Aufwachreaktionen ersetzt haben.

Abbildung 9 Wahrscheinlichkeit für Aufwachen, Erregungspotential und Veränderung

der Herzschlagrate in Abhängigkeit von der Lärmart [28]

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Der Effekt der Entfernung auf die Belästigungsurteile wird insbesondere bei Hochgeschwin-digkeitsstrecken (Shinkansen) untersucht und in einen Zusammenhang mit auftretenden Vibrationen gebracht. So berichten Yano et al. [29] über einen Vergleich einer Befragung von 724 Personen in 2003 entlang einer Shinkansenlinie mit einer konventionellen Bahnlinie. Die Lärmbelastung wurde durch Messungen ermittelt. Als Metrik werden der LAE, LSAmax und LAeq sowie die Schwingstärke Lvmax ermittelt. Aufgrund vorhandener Lärmschutzwände liegen die Maximalpegel zwischen 51 und 73 dB. Es wird eine deutlich erhöhte Belästigung durch Vi-brationen bei der Shinkansenlinie gegenüber der konventionellen Linie berichtet (%HA als Funktion von LAeq), was als eine Überlagerung der Effekte Lärm und Vibration auf das Belä-stigungsempfinden interpretiert wird.

In [30] vergleichen Yokoshima et al. die Dosis-Wirkungskurven aus zwei Befragungen mit 986 (Kanagawa) und 714 (Fukuoka) Teilnehmern. Auf verschiedenen Strecken der Linie wur-den die Lärmexposition LAE, Pegelspitzen LAsmax und die Zahl der Vorbeifahrten ermittelt. Daraus wurde der LAeq berechnet. Die Ergebnisse beider Untersuchungen differierten insbe-sondere hinsichtlich der Belästigung mit dem Prädiktor LAeq; die Übereinstimmung bei LAmax war besser (vgl. Abbildung 10).

Abbildung 10 %HA: Vergleich Shinkansen [30]

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Abbildung 11 Unterschied Belästigung in Abhängigkeit von der Metrik: Vergleich

Shinkansen [30]

Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass für die Beschreibung der Belästigungswirkung des Shinkansen der LAmax die geeignete Metrik ist, was nicht in Übereinstimmung mit den Unter-suchungen zu konventionellen Schienenstrecken steht (bspw. Griefahn). Weiterhin zeigte sich ein deutlicher Einfluss der Entfernung (s. Abbildung): höhere Belästigung trat bei geringeren Entfernungen auf.

Abbildung 12 Einfluss der Entfernung auf die Belästigung [30]

Allerdings konnte in anderen Untersuchungen von Morihara et al. [31] die statistische Signifi-kanz für diesen beobachteten Effekt nicht nachgewiesen werden.

In einer Untersuchung zum Nagano Shinkansen gaben Morihara et al. [32] Dosis-Wirkungszusammenhänge zwischen erfragter Belästigung, Störung beim Zuhören sowie Schlafstörung und dem Maximalpegel an (s. Abbildung). 16 % der Befragten fühlten sich bei Maximalpegeln von 70 dB(A) hoch belästigt. Dieser Effekt des Maximalpegels auf die Belästi-gung (tags) wurde in anderen Publikationen nicht herausgestellt. Die geringe Auswirkung auf

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den Schlaf hängt sicher mit der niedrigeren Zahl der Zugvorbeifahrten pro Nacht (sieben zwi-schen 22.00 und 07.00 Uhr) zusammen.

Abbildung 13 %HA in Abhängigkeit vom LASmax, Shinkansen [32]

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Auch hier zeigt sich, dass die akustische Belästigung stark durch Vibrationen beeinflusst wird:

Abbildung 14 %HA bei Berücksichtigung von Vibrationen, Shinkansen [32]

4.2.2 Schlafstörung

In der Literatur werden im Wesentlichen zwei unterschiedliche Wege beschrieben, um die Auswirkungen von Lärm auf den Schlaf zu untersuchen: Im Allgemeinen werden in Feldstu-dien auf der Basis von Befragungen die Wahrscheinlichkeiten für Schlafstörungen % HSD (highly sleep disturbed), % SD (sleep disturbed) oder % LSD (lowly sleep disturbed) ermit-telt. Die Metrik ist hier häufig, aber nicht immer, der LNight. In Laborstudien, in letzter Zeit aber auch im Feld, werden aufwändige polysomnografische oder auch einfachere aktimetri-sche Messungen zur Beurteilung der Schlafqualität herangezogen. Bei letzteren werden Ver-änderungen der Körperbewegungen, die als Antwort auf Lärmereignisse auftreten können, aufgezeichnet und ausgewertet.

Passchier-Vermeer et al. geben in [33] eine zusammenfassende Darstellung der Ergebnisse einer 2004 / 2005 durchgeführten umfangreichen Feldstudie an 262 Probanden (1.572 Un-tersuchungsnächte) zur Untersuchung der Auswirkungen von Verkehrslärm (Straße und Schiene) auf den Schlaf. 4 Gebiete mit Schienenlärm wurden betrachtet. Neben Befragungen wurden aktimetrische und EEG-Messungen vorgenommen. Zur Bestimmung der Lärmexposi-tion wurden Außen- und Innenpegelmessungen durchgeführt. Folgende Fragestellungen wurden betrachtet:

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Tabelle 4 Untersuchungsitems für Schlafstörungen [33]

Ereignis Nacht Aggregiert, Langzeit

Motilität + + +

Selbst berichtete Aufwachreaktion + + +

Herzschlag + + +

Schlaf-Tagebuch nicht anwendbar + nicht anwendbar

Fragebogen nicht anwendbar nicht anwendbar +

Effektvariablen, die in 15-s Intervallen ermittelt wurden (bspw. Motilität, Herzschlagrate), wurden mit akustischen Variablen in Verbindung gebracht, die die Lärmexposition während der Vorbeifahrt eines Fahrzeugs beschreiben (bspw. Lmax). Für Effekte, die aggregiert wäh-rend des Nachtzeitraums oder über einen längeren Zeitraum zu erwarten sind, wird der LAeq als relevante akustische Größe betrachtet. Dabei wurde gezeigt, dass die akute Motilität so-wohl einen Zusammenhang mit dem Lmax als auch mit dem SEL aufweist, quellenspezifische Effekte wurden nicht gefunden. Für die Zunahme der Herzschlagrate konnte ein Zusammen-hang mit dem SEL hergestellt werden. Über den gesamten Nachtzeitraum zeigt die Motilität einen Zusammenhang mit dem Innenpegel, ein Einfluss auf den Herzschlag wurde nicht ge-funden.

Hume fasst in [34] und [35] den Stand der Forschung zu Schlafstörungen der letzten Jahre zusammen. U.a. erwähnt er die BEL-Studie [36]. Die BEL-Studie ist eine Literaturstudie, die an den Auswirkungen des Lärms auf die Gesundheit interessiert ist. Eine strenge Unterschei-dung nach Lärmarten wird in dieser nicht vorgenommen. Es wird dargelegt, dass es, trotz ei-nem großen Umfang an Daten, keinen Konsens über eine Dosis-Wirkungsbeziehung für Schlafstörungen gibt, kein gesicherter Zusammenhang zwischen Schlafstörungen und lang-fristig auftretenden Gesundheitsstörungen kann aufgezeigt werden. Allerdings wird auf gesi-cherte Hinweise eines Zusammenhangs zwischen Lärmexposition und Bluthochdruck hinge-wiesen.

Griefahn et al. [37] untersuchten in einer Laborstudie mit 22 Personen und insgesamt 8.329 Straßen- und 6.260 Schienenverkehrsgeräuschen die Probanden polysomnografisch. Die Ver-kehrsgeräusche wurden in den drei Kategorien für den LAeq (39, 44 und 50 dB(A)) mit Maxi-malpegeln von 50 – 62, 56 – 68 und 62 - 74 dB(A) appliziert. Die Zahl der simulierten Zug-vorbeifahrten (GZ) betrug 172. Die meisten physiologischen Schlafparameter zeigten die stärkste Beeinflussung durch Schienenlärm, die geringste durch Straßenlärm. Für lärmbe-dingte Aufwachreaktionen konnten Dosis-Wirkungskurven angegeben werden, s. Abbildung.

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Abbildung 15 Aufwachreaktionen in Abhängigkeit vom Lmax, [37]

Griefahn et al. berichten in [38] von einer Laborstudie mit 16 Personen und insgesamt 8.329 Straßen- und 6.260 Schienenverkehrsgeräuschen. Auch hier wurden die Probanden polysom-nografisch untersucht, die applizierten Maximalpegel lagen in den Kategorien 45 – 65, 51 – 71 und 58 - 77 dB(A). Schienenverkehrslärm verursachte mit 9,2 % mehr Aufwachreaktio-nen als Straßenverkehrslärm (7 %). Der Maximalpegel, die Dauer der Geräusche, die Pegel-anstiegszeit sowie das vorangehende lärmfreie Intervall hatten einen signifikant moderieren-den Einfluss auf die Aufwachwahrscheinlichkeit.

In [16] (s.o.) wurden auch die Wirkungen auf den Schlaf untersucht: Es wurde ein Wirkungszusammenhang zwischen Einschlafschwierigkeit und wiederholtem Erwachen in Abhängigkeit von LAeq und Lmax gefunden. Bei Pegeln Lmax ≥ 80 dB(A) gaben 33 % der Be-fragten an, Einschlafstörungen zu haben und 30 % mindestens wöchentlich Aufwachreaktio-nen zu zeigen. Bei LAeq ≥ 60 dB(A) liegen diese Angaben in beiden Fällen bei 25 %.

Im Rahmen einer Laborstudie mit 18 Probanden untersuchten Öhrström et al. [39] in 2007 den Effekt von Straßen- und Schienenlärm (LAeq und LAFmax) durch Befragungen am Morgen nach der Schlafnacht. Der LAeq für Schienenlärm lag bei 31 dB(A), der LAmax bei 54 dB(A); es wurden 44 Zugvorbeifahrten während der im Bett zu verbringenden Zeit eingespielt. Aller-dings werden in der Auswertung keine Angaben zur Wirkung des LAFmax bei der Schiene ge-troffen.

Hong et al. [40] führten eine 2-teilige Feldstudie aus: Langfristige Effekte auf den Schlaf wurden durch Befragungen zur Schlafstörung (% HSD, % SD, % LSD) gewonnen; die Metrik ist hier der LNight. Untersucht wurden 18 Bereiche entlang einer Eisenbahnstrecke mit insge-samt 613 Befragten. Die Erfassung akuter Wirkungen erfolgte durch Bestimmung der Motili-tät. Als Metrik wurden der LAmax und der SEL (Sound Exposure Level) zugrunde gelegt, für deren Zusammenhang folgende Gleichung angegeben wurde:

𝑺𝑬𝑳 = 𝑳𝑨𝒎𝒂𝒙 + 𝟏𝟎 ∙ 𝒍𝒐𝒈 (𝑫𝟏𝟎

𝑫𝒓𝒆𝒇) − 𝟑, 𝟕 (2)

Dref beträgt 1 s, D10 ist die 10-dB-Abfallzeit. Gemessen wurden LAmax (Mittelwert innen 54,8 dB(A)) und D10 (Mittelwert innen 24,5 s), daraus wurde der SEL berechnet (Mittelwert

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64,1 dB(A)). Der LAeq innen betrug 48,4 dB(A). Untersucht wurde bei 12 Teilnehmern die Wirkung von insgesamt 1.708 Lärmereignissen.

Es wurde eine Dosis-Wirkungskurve für die Zunahme der Motilität, aktimetrisch gemessen, in Abhängigkeit von LAmax (und SEL) gefunden, s. die nachfolgende Abbildung.

Abbildung 16 Dosis-Wirkungskurve für die Zunahme der Motalität in Abhängigkeit von

Lmax [40]

Bei der erfragten Schlafstörung (highly sleep disturbed) ergab sich ein deutlich höherer Do-sis-Wirkungszusammenhang als nach Miedema zu erwarten:

Abbildung 17 Dosis-Wirkungszusammenhang bei der erfragten Schlafstörung [40]

Die Entfernung der Wohngebäude von der Schienenstrecke betrug für etwa ¾ aller Gebäude weniger als 100 m. Auch in Lee et al. [41] wird darüber berichtet und zusätzlich die Zahl der Güter- und Personenzüge je Linie angegeben: Die Zahl der Güterzüge liegt sowohl tags als auch nachts unter denen der Personenzüge.

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In [42] erhalten Lim et al. deutlich höhere Dosis-Wirkungskurven (%HA als Funktion von Ldn) als Miedema. Als eine mögliche Erklärung gilt die geringe Entfernung der Wohngebäude, die zu sehr hohen Maximalpegeln (gemessen zwischen 91,6 und 100,5 dB(A)) führt und damit, ebenso wie gleisnah auftretende Vibrationen, das Belästigungsempfinden erhöhen kann, an-gegeben.

Hong et al. [43] berichten von einer Feldstudie mit 12 Personen, an denen aktimetrische Messungen sowie Befragungen bei Schienenlärm durchgeführt wurden. Aus dem gemesse-nen Innenpegel wurde der SEL während der Zeit spt (sleep-period time, Schlafzeit) ermittelt. Dieser betrug durchschnittlich 40,7 dB(A), die durchschnittliche Zahl an Zugvorbeifahrten lag bei 44,5. Es wurde ein statistisch signifikanter Zusammenhang zwischen dem LAeq und Moti-lity-Signalen (Relm,spt4, M,spt und % motility,spt) gefunden, M,spt korrelierte signifikant mit SEL und die selbstberichtete Schlafstörung korrelierte signifikant nur mit der Zahl der Vor-beifahrten.

In [44] untersuchten Persson Waye et al. im Rahmen von CargoVibes u.a. den Einfluss der Zahl der Vorbeifahrten auf den Schlaf in einer Laborstudie mit 59 Probanden, die entweder Schienenlärm allein, Vibrationen allein oder einer Kombination aus beiden ausgesetzt wur-den. Der Maximalpegel lag bei 49,8 dB(A); die Schlafqualität wurde insbesondere durch Be-fragungen am nächsten Morgen ermittelt. Polysomnografische Aufzeichungen erfolgten, werden aber in einem anderen Bericht (s.u.) dargestellt. Ein negativer Einfluss der Zahl der Güterzugbewegungen zeigte sich nur bei mittleren, nicht aber bei hohen Vibrationsstärken.

Auch in Smith et al. [45] wird die verstärkende Wirkungen von Vibrationen auf den Schlaf dargestellt. Es wird über die Ergebnisse polysomnografischer Untersuchungen berichtet. Nur bei den Änderungen der Makrostruktur zeigte sich auch ein Einfluss der Zugfrequenz (neben dem Vibrationslevel); auf die Herzschlagfrequenz hatte diese keinen Einfluss.

Im Rahmen der ALNAP-Studie untersuchten Lercher et al. [46] den Einfluss von Schienen-lärm auf die Einnahmewahrscheinlichkeit von Schlafmitteln im Rahmen von Telefoninterviews mit 1.643 Teilnehmern. Sie fanden eine geringe Zunahme der Einnahmehäufigkeit mit dem LDEN. Ferner wurden an 8 freiwilligen Personen im Feld aktimetrische Messungen durchge-führt, um eine Veränderung der Motalität als Reaktion auf die Lärmereignisse aufzeigen zu können. Der Innenpegel wurde bei gekipptem Fenster kontinuierlich aufgezeichnet. Ein Lärmereignis wurde definiert als eines, welches mindestens 120 s andauerte und einen Min-destwert von 40 dB(A) über dem Grundwert von 33 dB(A) erreichte. Hier konnte ein Zusam-menhang mit dem gemessenen Innenmaximalpegel und dessen Anstiegsgeschwindigkeit aufgezeigt werden, s. Abbildung.

4 Relm,spt oder RELM_spt definiert als „mean value of motility level during an event-related window divided by the mean value of all motility leveles above the threshold during all

participation sleep-period time of an subject”; % Mspt als „mean value of all motility level

during sleep-period time” und % motility,spt als „mean value of the probability of motility occurred during an event-related window 7 15-s epochs, above the threashold”

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Abbildung 18 Motilität in Abhängigkeit vom Maximalpegel innen [46]

Abbildung 19 Motilität in Abhängigkeit von der Anstiegsgeschwindigkeit des Pegels [46]

Es wird ausgeführt, dass insbesondere in geringeren Entfernungen zur Schienenstrecke, wo der Pegel schnell ansteigt, die Energie pro Zugvorbeifahrt (und damit letztlich der LAeq) diese Wirkung einer schnellen Zugvorbeifahrt auf den Schläfer unterschätzen kann. Besonders zukünftig, wenn höhere Streckengeschwindigkeiten gefahren werden, kann dieser Effekt wesentlich werden.

Griefahn et al. untersuchten im Rahmen einer Laborstudie [47] die Wirkungen verschiedener Verkehrslärmarten auf das Schlafverhalten von 32 Probanden. Diese wurden in den Ver-suchsnächten Straßen-, Schienen- oder Fluglärm mit Pegeln (LAeq) von 39, 44 und 50 dB(A) bzw. mit Maximalpegeln (LAmax) von 45-65, 51-71 und 58-77 dB(A) ausgesetzt und polysom-

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nografisch untersucht. Die in Abhängigkeit vom Maximalpegel erhaltene Aufwachwahrschein-lichkeit ist in der nachfolgenden Abbildung dargestellt. Abbildung 20 Aufwachwahrscheinlichkeit in Abhängigkeit vom Maximalpegel [47]

Die Aufwachhäufigkeit war bei allen Lärmarten durch den Maximalpegel bestimmt, während eine Zunahme des Mittelungspegels mit geringerer Schlafqualität, zunehmender Müdigkeit und verlängerten Reaktionszeiten in Verbindung gebracht werden konnte.

Ein weiterer Untersuchungsgegenstand in dieser Studie war die Wirkung temporärer Ver-kehrsruhe auf den Schlaf. Hier konnte gezeigt werden, dass eine unterschiedliche Verteilung der Lärmereignisse über die Nacht deutliche Auswirkungen auf die physiologischen Schlaf-parameter hat, s. Abbildung. Morgendliche Ruhephasen haben einen deutlich positiveren Ef-fekt als solche während der Nacht oder zu Beginn des Einschlafens.

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Abbildung 21 Aufwachwahrscheinlichkeit in Abhängigkeit vom Maximalpegel [47]

Es wurde gezeigt, dass sowohl die Aufwachhäufigkeit als auch die Beschleunigung der Herz-schlagfrequenz signifikant durch die Pegelanstiegszeit beeinflusst werden. Je kürzer die An-stiegszeit, desto eher ist mit einer Aufwachreaktion zu rechnen.

Feldstudien zu Aufwachreaktionen unter Schienenlärm fanden im Rahmen des Deufrako-Projekts RAPS statt. In Müller et al. [48] wurden 33 Probanden entlang der Schienenstrecke Köln / Bonn polysomnografisch untersucht; der Schalldruckpegel innen und außen wurde zeitgleich aufgezeichnet. In eine ereignisbasierte Auswertung wurden 8.866 ungestörte Schienenlärmereignisse, davon 6.749 Güterzüge und 2.117 Personenzüge einbezogen. Die Lärmereignisse wurden kontinuierlich außen und innen aufgezeichnet. Um eine Geräusch-identifizierung zu erreichen, zeichnete ein 3. Mikrofon ausschließlich die Geräusche auf, die um 3 dB über dem Innenhintergrundpegel L90 des Schlafraumes lagen. In einer Dosis-Wir-kungskurve (s. Abbildung) konnte ein Zusammenhang zwischen Aufwachwahrscheinlichkeit und Maximalpegel innen ermittelt werden.

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Literaturstudie Spitzenwertkriterium beim Schienenlärm

Projekt-Nr. 14-03 Seite 28

Abbildung 22 Aufwachwahrscheinlichkeit in Abhängigkeit vom Maximalpegel [48]

Erwartungsgemäß liegt der Effekt bei Feldstudien unter dem von Laborstudien. Signifikante Auswirkungen auf kognitive Leistungen konnten nicht nachgewiesen werden. In Quehl et al. [49] wird aus der o.a. Feldstudie auch die Schlussfolgerung gezogen, dass der Pegelanstieg des Geräusches und die dieser zugrundeliegende Vorbeifahrgeschwindigkeit des Zugs, neben dem Lmax, eine signifikanten Einfluss auf die Aufwachwahrscheinlichkeit hat. Insbesondere ist das Einsetzen des Geräusch für eine Aufwachreaktion entscheidend: Wenn nicht bereits zu Beginn desselben ein Aufwachen eingetreten ist, sinkt die Wahrscheinlichkeit mit zunehmen-der Dauer des Geräuschs. Die erfragte Belästigungswirkung durch nächtlichen Bahnlärm zeigt einen signifikanten Anstieg mit der Zahl der Zugbewegungen; mit der Metrik LAeq ergab sich keine signifikante Korrelation. Daraus wird die Schlussfolgerung gezogen, dass sich von Bahnlärm betroffene Anwohner primär durch die Zahl der Züge, weniger durch die globale Lärmimmission gestört oder belästigt fühlen. Signifikante Auswirkungen des Bahnlärms auf Reaktionszeiten oder die Wahrscheinlichkeiten des Auftretens von Fehlreaktionen wurden nicht gefunden.

Jabben und Potma [50] betrachten die Aufwachreaktionen in Abhängigkeit vom gemessenen SEL. Im Rahmen eines Monitorings werden durch das RIVM (National Institute for Public Health and Environment der Niederlande) seit 2012 an insgesamt 52 Stellen entlang von Schienenstrecken Messungen zur Überprüfung der Berechnungsergebnisse durchgeführt. Dabei wird für jede Zugvorbeifahrt der SEL gemäß dem nachfolgenden Zusammenhang er-mittelt, T ist die Vorbeifahrdauer.

𝑺𝑬𝑳 = 𝑳𝑨𝒆𝒒 + 𝟏𝟎 ∙ 𝐥𝐠 (𝑻) (3)5

Ausgangspunkt für die Überlegungen sind die Kurven für die Aufwachwahrscheinlichkeit durch Einzelereignisse in Abhängigkeit von deren SEL (innen). Gemäß ANSI 2008 [51] ergibt sich die Wahrscheinlichkeit P0, durch ein Ereignis nicht gestört zu werden aus

5 Das entspricht der üblichen Definition, vgl. bspw. DIN 45642, wenn T auf T0 = 1s bezogen wird.

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Projekt-Nr. 14-03 Seite 29

𝑷𝟎 = ∏ (𝟏 − 𝑷𝒘,𝒊)𝑵𝒊=𝟏 (4)

mit der Wahrscheinlichkeit PW,i dass das Ereignis I eine Aufwachreaktion erzeugt. Die Wahr-scheinlichkeit für mindestens einmaliges Aufwachen P1+ ist dann durch P1+ = 1 - P0 gegeben. Die Wahrscheinlichkeit für ein m-maliges Aufwachen bei N Zügen kann damit zu

𝑷𝒎 = 𝑷𝟎 ∙ ∑ ∑𝑵−𝒎+𝟏𝒋=𝒊+𝟏 … ∑

𝑷𝒘,𝒋

(𝟏−𝑷𝒘,𝒋)

𝑵𝒔=𝒓+𝟏

𝑵−𝒎+𝟏𝒊=𝟏 …

𝑷𝒘,𝒔

(𝟏−𝒔) (5)

berechnet werden. Unter Annahme eines Wertes für die Schalldämmung der Außenbauteile lassen sich mit den ANSI-Kurven für die Aufwachwahrscheinlichkeit mit den aus dem gemes-senen LAeq ermittelten SEL die Wahrscheinlichkeiten P1, P2 etc. errechnen. Es zeigte sich, dass bereits P4 und P5 so kleine Werte aufweisen, dass 1-P0 ≈ P1 + P2 + P3. In der nachfol-

genden Abbildung sind die so erhaltenen Wahrscheinlichkeiten in Abhängigkeit von der Zug-zahl für eine Schalldämmung von 30 bzw. 20 dB dargestellt.

Abbildung 23 Wahrscheinlichkeit für mehrfaches Aufwachen in Abhängigkeit von der Zahl

der Zugvorbeifahrten [50]

Auch eine Auswertung der Wahrscheinlichkeiten für Mehrfachaufwachen in Abhängigkeit vom LNight wurde angegeben und mit den Kurven von Miedema und Kim verglichen.

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Projekt-Nr. 14-03 Seite 30

Abbildung 24 Wahrscheinlichkeit für mehrfaches Aufwachen in Abhängigkeit vom LNight

[50]

Es wird deutlich sichtbar, dass die Aufwachwahrscheinlichkeiten besser mit der Zahl der Vor-beifahrten als mit dem LNight korrelieren.

In [52] befragten Aasvang et al. in einer Feldstudie in der Umgebung von Oslo 1.349 Be-troffene nach ihrer Schlafqualität (Einschlafschwierigkeiten, Aufwachen) in den letzten 3 Monaten in Anlehnung an die Fragestellungen des Basic Nordic Sleep Questionnaire. Die Lärmbelastung wurde auf der Grundlage des Nordic Prediction Models (Nord 2000) berech-net. Die Metriken LAeq und LAmax wurden zur Beschreibung der nächtlichen Lärmexposition herangezogen. Beide wiesen eine hohe Korrelation auf und erwiesen sich als geeignet, um lärmbedingte Schlafstörungen zu beschreiben. Aus den Kenntnissen über die Lage des Schlafzimmers (Berücksichtigung der Fassadenausrichtung) und die Bauteildämmung wurden Innenpegel berechnet. Neben einem signifikanten Zusammenhang (odds ratio OR) für die Zunahme lärminduzierter Aufwachreaktionen ab Innenpegeln von 25 dB(A), wurden auch signifikantes OR für Einschlafschwierigkeiten und lärmbedingtes Erwachen bei Innenmaxi-malpegeln ≥ 50 dB(A) gefunden, s. Abbildung.

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Abbildung 25 Schlafstörungen in Abhängigkeit vom Lmax [52]

Die Zahl der Vorbeifahrten hatte einen signifikanten Einfluss auf den Einschlafprozess.

Auch Aasvang et al. [53] führten polysomnografische Messungen durch. 40 Probanden wur-den an zwei aufeinanderfolgenden Nächten in ihren eigenen Schlafräumen untersucht. Si-multane Schallpegelmessungen erfolgten außen und innen und verschiedene Metriken (LAeq, LAFmax, LAF5) wurden in ihren Relationen zu den Schlafparametern betrachtet. Die Probanden, die Schienenlärm ausgesetzt waren, zeigten einen deutlich erniedrigten REM-Schlaf als die Probanden, die Straßenlärm ausgesetzt waren. Es wurde ein signifikanter Zusammenhang zwischen REM-Schlafzeit und Maximalpegel gefunden: Eine Verkürzung trat bereits bei einem einmaligen Lärmereignis mit einem Innenpegel > 50 dB(A) auf. Es wird argumentiert, dass diese Ergebnisse Untersuchungen stützen, die auf eine stärkere Beeinträchtigung des Schlafs durch Schienenlärm und die Rolle des Maximalpegels als Prädiktors für Effekte auf den Schlaf hinweisen.

4.2.3 Erkrankungen

In mehreren Studien wird gezeigt, dass intermittierender Verkehrslärm eine Änderung der Herzschlagfrequenz bewirkt. Erfolgt gleichzeitig eine Aufwachreaktion, können ausgeprägte und länger dauernde Beschleunigungen der Herzschlagfrequenz auftreten (vgl. [47], s. Abbil-dung).

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Abbildung 26 Änderung der Herzschlagfrequenz [47]

Hier wurde auch gezeigt, dass das Ausmaß und die Häufigkeit von kardialen Reaktionen mit der Höhe des Maximalpegels zu- und mit der Anstiegszeit des Pegels abnehmen. Es wurde die Wirkung der verschiedenen Verkehrsträger untersucht; dabei zeigte der Schienenver-kehrslärm den steilsten Anstieg der Änderung der Herzschlagrate und den höchsten Wert. Die Unterschiede waren numerisch jedoch unwesentlich.

Abbildung 27 Änderung der Herzschlagfrequenz ohne Aufwachreaktionen nach

Verkehrsträgern [47]

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Abbildung 28 Änderung der Herzschlagfrequenz mit Aufwachreaktionen nach

Verkehrsträgern [47]

In [16] (s.o.) wurde keine Tendenz für eine Prävalenz von Bluthochdruck (BHD) für Perso-nen, die höheren Pegeln (LAeq oder Lmax) ausgesetzt sind, gefunden. In einer weiteren schwedischen Studie von Barregard et al. [54] wurde ebenfalls kein Effekt von Schienenlärm auf eine Risikoerhöhung von BHD festgestellt.

Sørensen et al. untersuchten in [55] in einer zwischen 1993 und 1997 durchgeführten Kohor-tenstudie mit insgesamt 57.053 Teilnehmern zwischen 50 und 64 Jahren die Auswirkungen von Verkehrslärm auf selbstberichteten Bluthochdruck. Mit den bekannten Verkehrsparame-tern wurden auf der Basis des Berechnungsmodells Nord der LAeq und auch der LDEN ermittelt. Es wurde eine Zunahme des Risikos um 8 % für selbstberichteten BHD für Pegel LDEN > 60 dB(A) (5 % CI: -2%; 19 %, P = 0.11).

Smith et al. [56] berichten über die Laboruntersuchungen im Rahmen des CargoVibes Pro-jekts. Mit 12 Probanden wurden polysomnografische Messungen sowie Befragungen durch-geführt. Die Maximalpegel der eingespielten Zugvorbeifahrten lagen zwischen 47,2 und 49,8 dB(A), der LAeq zwischen 42,4 und 45,6 dB(A) und die Vorbeifahrzeiten betrugen 11,5 bis 56,9 s (L > 35 dB(A)). Zusätzlich wurden die Probanden Vibrationen unterschiedlicher Schwingstärke ausgesetzt. Es konnten Veränderungen der Herzschlagrate durch Lärmereig-nisse allein bei 6 Teilnehmern festgestellt werden, s. Abbildung6.

6 Bei zusätzlichen Vibrationen lag die Zahl höher.

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Abbildung 29 Änderung der Herzschlagfrequenz durch Lärm und Vibrationen [56]

Tassi et al. berichten in [57] über Laboruntersuchungen an insgesamt 38 jungen und mittelalten Probanden, um etwaige Auswirkungen nächtlichen Schienenlärms auf die kar-diovaskuläre Aktivität zu finden. Es wurden Geräusche verschiedener Zugtypen mit unter-schiedlichen LAeq dargeboten. Herzschlagrate, Fingerpulsamplitude und weitere Größen wur-den erfasst. Es zeigte sich, dass Güterzüge die höchsten Reaktionen auf HRR, HRA und HRL7 auslösten. Die Auswirkungen auf Gefäßreaktionen waren jedoch unabhängig vom Zugtyp.

4.2.4 Wirkung tiefer Frequenzen

In vielen Studien wird auf die belästigende Wirkung tieffrequenter Geräuschanteile einge-gangen, bspw. [58], [59],[60], [61]. Eine Zusammenfassung zum Forschungsstand hinsicht-lich tieffrequenter Geräusche ist mit Krahe et al. [62] gegeben. In Lercher et al. [63] wurden messtechnisch Hinweise auf tieffrequente Geräuschanteile von Schienenlärm aus der Diffe-renz von LC und LA gefunden.

In Griefahn et al. [47] wurde die Wirkung der selektiven Dämmung tieffrequenter Geräuschanteile untersucht; ein positiver Effekt auf die Aufwachwahrscheinlichkeit bei Schie-nenlärm konnte nicht nachgewiesen werden.

Resümee

Auch wenn keine systematische Recherche zu den Belästigungsreaktionen, die mit einer vom LAeq hergeleiteten Metrik durchgeführt wurde, fällt auf, dass ermittelte Dosis-Wirkungskurven i.A. auf eine deutlich höhere Belästigung hinweisen als die Miedema-Kurven. Ähnliches trifft auf Schlafstörungen (% HSD) zu. In vielen Studien wird kein deutlicher Hinweis auf eine ge-ringere Lästigkeit von Schienenverkehrslärm gefunden. Einen Effekt auf das Belästigungsur-teil scheinen gleisnah auftretende Vibrationen zu haben. Aussagen zur Entfernungsabhängig-keit des Belästigungsurteils, zur Zahl der Vorbeifahrten sind nicht einheitlich. Güterzüge scheinen ein stärkeres Belästigungspotential zu haben als Personenzüge.

7 HRR: Heart rate response, HRA: Heart response amplitude, HRL: Heart response latency

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Schlafqualität, Aufwachreaktionen, Motalität und Herzschlagrate werden in Zusammenhang mit dem Maximalpegel einer Zugvorbeifahrt gebracht. Bei kürzeren Pegelanstiegszeiten tre-ten Aufwachreaktionen und Erhöhungen der Herzschlagrate deutlicher in Erscheinung. Be-lastbare Hinweise für gesundheitliche Gefährdungen oder Leistungseinschränkungen werden nicht gefunden.

Eine unterschiedliche Verteilung der Lärmereignisse über die Nacht hat Auswirkungen auf den Schlaf; morgendliche Lärmpausen haben einen positiveren Effekt als solche während des Einschlafens oder nachts.

Die untersuchten Studien weisen unterschiedliche Qualität auf. Ein Nachvollziehen der Er-gebnisse ist nicht immer möglich. Häufig werden Resultate einer größeren Untersuchung in verschiedenen Aufsätzen publiziert, ohne dass substantiell Neues berichtet wird.

4.3 Akustische Größen

4.3.1 Metrik

Bereits in den Night Noise Guidelines for Europe [13] wird die Metrik LAmax als hilfreich zur Voraussage kurzzeitiger oder instantaner Gesundheitseffekte angesehen. Allerdings wurde auf einem Expertenmeeting in Den Haag 2005 ein Konsens darüber gefunden, dass in diesen Guidelines der LNight als Metrik zur Beschreibung der Schlafstörungen herangezogen werden soll, da er in effektiver Weise die Zahl der Ereignisse und den Maximalpegel dieser im Jah-resmittel widerspiegelt.

In den Night Noise Guidelines for Europe werden, allerdings nur für Fluglärm abgeleitete, Zusammenhänge zwischen dem LNight, LAmax und SEL sowie der Zahl N der Ereignisse ange-geben:

𝑺𝑬𝑳 = 𝟐𝟑, 𝟗 + 𝟎, 𝟖𝟏 ∙ 𝑳𝑨𝒎𝒂𝒙 (6)

𝑳𝑵𝒊𝒈𝒉𝒕 = 𝑺𝑬𝑳 + 𝟏𝟎 ∙ 𝐥𝐠(𝑵) − 𝟕𝟎, 𝟐 (7)

Auch in dem Abschlussbericht des ENNAH-Projekts [64] wird es als sinnvoll angesehen, ereignisbezogene Pegelgrößen wie LAmax, Zahl der Ereignisse, SEL zusätzlich zum LAeq zu be-trachten.

Zur Bestimmung der Lärmbelastung durch Shinkansen-Züge wird in Japan gemäß dem „En-vironmental Quality Standard for Shinkansen Super-Express Railway Noise“ von 1975 der LAmax herangezogen. Dieser ist hier der energetische Mittelwert der 10 von 20 lautesteten Lärmereignissen. Da zur Beurteilung der anderen Lärmarten LAeq und LDEN verwendet werden, wird eine Diskussion über die Verwendung dieser Größen auch für den Shinkansen erwartet. In Yokoshima et al. [65] wird klar herausgestellt, dass der LAmax gegenüber dem LAeq eine größere Konsistenz zur Beschreibung der Belästigungswirkung aufweist (vgl. dazu auch Mo-rihara et al. [32]).

Um Aussagen dazu auch für konventionelle Bahnstrecken treffen zu können, wurden durch Ota et al. [66] in einer Feldstudie mit ergänzenden Simulationsexperimenten an insgesamt 653 Probanden Untersuchungen vorgenommen. Auch hier werden LAmax, LAE und die Zahl der Züge erfasst und daraus LAeq berechnet. Hinsichtlich der Metrik zeigten sich keine gravieren-den Unterschiede zwischen LAeq und LAmax; auch die Zahl der Züge hatte auf die Belästi-gungsurteile keinen wesentlichen Effekt, (vgl. Abbildung).

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Abbildung 30 Belästigungsaussagen in Abhängigkeit von Metrik und Zugzahl [66]

In Japan wird zur Beschreibung der Lärmbelastung durch den Shinkansen im Rahmen des „Environmental Quality Standard“ (EQS) der LASmax angewendet, vgl. bspw. [29], [67].

Tachibana et al. [68] und Kobayashi et al. [69] beschreiben mit dem „Power-Intensive Mo-del“ die Bestimmung der Schallleistung auf des Basis des gemessenen Vorbeifahrpegels LASmax. Bei gegebener Zuglänge l und Geschwindigkeit v gilt zwischen dem LASmax und dem LAE gemäß den EQS-Richtlinien der folgende Zusammenhang:

𝑳𝑨𝑬 ≈ 𝑳𝑨𝑺𝒎𝒂𝒙 + 𝟏𝟎 ∙ 𝒍𝒈 (𝒍

𝒗) (8)

Für eine einzelne, allseitig abstrahlende Punktquelle, die den Maximalpegel bestimmt, kann die Schallleistung LW gemäß der nachfolgenden Gleichung berechnet werden.

𝑳𝑾 = 𝑳𝑨𝑬 + 𝟏𝟎 ∙ 𝒍𝒈𝒅 + 𝟏𝟎 ∙ 𝒍𝒈𝒗 + 𝟑 (9)

Dabei ist d die Entfernung des Punktes, an dem LAE ermittelt wurde.

In der nachfolgenden Abbildung ist der Zusammenhang zwischen Schallleistung und Vorbei-fahrgeschwindigkeit dargestellt; es fällt auf, dass Güterzüge (mit Längenangaben in der Gra-fik) deutlich höhere Schalleistungspegel aufweisen.

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Abbildung 31 Schalleistungspegel in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit [68]

Der Immissionspegel kann bei bekannter Schallleistung durch Ausbreitungsrechnungen be-stimmt werden.

Möhler [70] gab bereits 1990 ein Verfahren an, mit dem Maximalpegel bei Schienenverkehrs-lärm berechnet werden können. Er gibt folgenden Zusammenhang für die Berechnung des maximalen Vorbeifahrpegels an:

𝑳𝑨𝑭,𝒎𝒂𝒙 = 𝑳𝑨𝑭𝒎,𝟏𝒉 + 𝟏𝟎 𝐥𝐨𝐠 (𝟏𝟎𝟎𝟎 ∙𝒗

𝒏∗𝑳) = 𝑳𝒆𝒒 + 𝟏𝟎𝐥𝐨𝐠 (

𝒗

𝒏∙𝑳) (10)

LAFm, 1h Mittelungspegel bezogen auf 1 h

LAF,max Maximalpegel während einer Vorbeifahrt

t Vorbeifahrtzeit für einen Zug (Einwirkzeit)

n Anzahl der Vorbeifahrten in einer Stunde

l Zuglänge in m

v Geschwindigkeit in km / h

Der Zug wird dabei als eine bewegte Linienschallquelle angesehen. Die Länge derselben ist die Länge des Zuges. Da die Emission gleichmäßig über den ganzen Zug verteilt wird, kön-nen Effekte, die durch Inhomogenitäten verursacht werden und den Maximalpegel erhöhen, wie z.B. schlechtlaufende Räder, durch diese Methode nicht abgebildet werden.

Die Berechnungsmethode Nord 2000 [15] berücksichtigt den lautesten Zug. LFmax wird vom Schallleistungspegel Lw,j der n Schallquellen desselben berechnet. Ein hinreichend genaues Verfahren ermittelt den Pegel gemäß:

𝑳𝒑𝒎𝒂𝒙 = 𝒎𝒂𝒙(𝑳𝒑𝒎𝒂𝒙(𝒊)) = 𝒎𝒂𝒙[𝟏𝟎 ∙ 𝒍𝒈 ∑ 𝟏𝟎𝟎,𝟏∙(𝑳𝑾,𝒊𝒋)+∆𝑳(𝝋)+∆𝑳(𝝍)+∆𝑳𝒊𝒋𝒏𝒋=𝟏 ] (11)

Dabei wird der lauteste Zug durch 7 Quellen gleicher Schallleistung LWi beschrieben. max(Lpmax(i)) gibt den höchsten Pegel der durch die Quelle i (gesamt 7) während der Vor-beifahrt erzeugten Pegel, ∆L(φ) und ∆L(ψ) sind horizontale bzw. vertikale Richtwirkungs-

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korrekturen. ∆Lij beinhaltet alle Pegelminderungen (Entfernung, Boden etc.). Es zeigt sich, dass der so berechnete Wert Lpmax gut dem LSpmax entspricht. Um daraus LFpmax zu bestim-men, muss berücksichtigt werden, dass lokale Effekte, wie bspw. ein einzelnes Rad, welches lauter als andere ist, den Pegel erhöhen. Dieser Effekt verringert sich mit zunehmender Ent-fernung d. So wird zur Bestimmung von LFpmax folgender Zusammenhang vorgeschlagen:

𝑳𝒑𝑭𝒎𝒂𝒙 = 𝑳𝒑𝒎𝒂𝒙 + 𝟑 − 𝟐 ∙ 𝐥𝐠 (𝟎, 𝟏 ∙ 𝒅) (12)

Der Fehler des Modells bei schallausbreitungsgünstigen Bedingungen wird mit 2,1 dB ange-geben.

Windelberg [71] schlägt vor, verschiedene Parameter, die einen Einfluss auf das Belästigungsempfinden haben können, in einem Vektor zusammenzufassen. Dieser soll, da die akustische Belastung insbesondere während der Nacht stündlich deutlich unterschiedlich sein kann, stundengenau erhoben werden und berücksichtigt neben dem LAeq, dem Maximal-pegel auch die Zahl der Vorbeifahrten und Lärmpausen. Dabei werden Setzungen vorgege-ben, wie hoch bspw. die Belästigung bei bestimmten Werten des maximalen Pegels ist, um daraus den allgemeinen Verlauf dieser Dosis-Wirkungskurve als einer Komponente des Vek-tors ableiten zu können.

Eine stundengenaue Betrachtung wird auch in [72], allerdings hier aus Wirkungssicht (Berücksichtigung unterschiedlicher Schlaf- und Zubettgehzeiten in der Bevölkerung) vorge-schlagen.

In [73] versucht Windelberg die großen Unterschiede zwischen den tatsächlichen und den nach Schall 03 (1990) berechneten Vorbeifahrpegeln von Güterzügen zu erklären. Ausgangs-punkt ist dabei der Grundwert der Schall 03. Daraus wird ein auf die Stunde bezogener Mit-telungspegel berechnet, aus dem unter Berücksichtigung der Korrekturen nach Schall 03 für Zuglänge und Geschwindigkeit ein Vorbeifahrpegel berechnet wird. Dieser kann mittels einer Ausbreitungsrechnung in einen immissionsseitigen Maximalpegel überführt werden. Ver-schiedene Maximalpegel sind durch verschiedene Grundwerte, die sich durch tatsächlich vor-handene Gleiszustände ergeben, bedingt.

Um die Geräusche von Zugvorbeifahrten aus Emissionssicht (Stichwort Interooperabilität) zu charakterisieren wurde historisch der LAmax benutzt. Mittlerweile hat sich der LAeq,tp, der LAeq über die Zugvorbeifahrzeit pass-by time tp durchgesetzt [11]. Um unterschiedliche Anstiegszeiten zu berücksichtigen, wird eine TEL mit

𝑻𝑬𝑳 =𝑺𝑬𝑳

𝒕𝒑 (13)

angegeben. Für einen Hochgeschwindigkeitszug beträgt der Unterschied in 25 m etwa 0,6 dB und wird mit abnehmender Entfernung von der Gleisachse kleiner. Allerdings weist der TEL auch Artefakte auf: So kann er bei kurzen Zügen in größeren Entfernungen höher als der LAmax werden. Deshalb wird vorgeschlagen, im Rahmen der europäischen Grenzwertsetzung (TSI) den LAeq,tp zu verwenden.

Um aus Emissionsmessungen Pegelwerte ableiten zu können, wird die Schallintensität als eine Größe, die die Schallabstrahlung eines Zuges kennzeichnet, herangezogen. So beschrei-ben bspw. Sumita et al. [74] eine solche Methode, mit der sich gut einzelne Quellen lokalisie-ren lassen.

Kim und Park [75] untersuchten in einer Laborstudie den Einfluss unterschiedlich langer Lärmpausen für verschiedene Verkehrsarten (u.a. auch Schiene) auf die Belästigung. In der Auswertung wird auf die Schiene allerdings kein Bezug genommen.

Im Rahmen der Einführung eines Lärmmonitoring-Netzwerks in Korea (vgl. [76]]) wurden auch Messungen durchgeführt. Kang et al. [77] haben den äquivalenten Dauerschallpegel

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sowie den Maximalpegel in verschiedenen Entfernungen von der Gleisachse gemessen. Sie geben folgenden Zusammenhang zwischen dem Maximalpegel und der Geschwindigkeit an:

𝑳𝒎𝒂𝒙 = 𝒌 ∙ 𝒍𝒐𝒈𝒗 + 𝑪 (14)

Dabei sind k und C Konstanten, die von der Zugart abhängen. Auch für die Abhängigkeit des äquivalenten Dauerschallpegels von der Geschwindigkeit wird ein solcher logarithmischer Zusammenhang angegeben. Ferner wird folgende Möglichkeit der Bestimmung des LAeq aus Messungen des Lmax aufgestellt:

𝑳𝒆𝒂 = 𝑳𝒎𝒂𝒙̅̅ ̅̅ ̅̅ + 𝟏𝟎 ∙ 𝒍𝒐𝒈

𝒏∙𝑻𝒆

𝑻− 𝟏𝟓 ∙ 𝒍𝒐𝒈

𝒅

𝒅𝟎 (15)

mit der Zahl der Züge n, die in der Gesamtzeit T vorbeifahren, der Vorbeifahrtszeit Te, der Entfernung d und einer Bezugsentfernung d0.

4.3.2 Zugzahl / Zugart

Bereits 1993 regten Rylander et al. [78]; zitiert in [11] an, die Lärmbelastung durch die Zahl der Lärmereignisse und deren Maximalpegel zu charakterisieren. Bei Schienenlärm sei die Reaktion bis etwa 60 Zügen in 24 h abhängig von der Zahl der Zugvorbeifahrten und deren Maximalpegeln, bei höheren Verkehrszahlen sei nur der Maximalpegel die wesentliche Ein-flussgröße.

In Elmenhorst et al. [79] wurde u.a. auch die Zahl der Zugvorbeifahrten (bzw. Zahl der Vorbeiflüge) auf das Belästigungsempfinden untersucht, s. Abbildung. Die Belästigung liegt bei Fluglärm höher, jedoch kann kein Zusammenhang zwischen Zahl der Lärmereignisse und moderater Belästigung hergestellt werden.

Abbildung 32 Belästigung in Abhängigkeit von der Zahl der Ereignisse (Flug – Schiene)

[79]

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Im Rahmen des TVANE-Projekts wurde auch der Einfluss der Zahl der Vorbeifahrten auf das Lästigkeitsempfinden untersucht: Die Belästigung einer stark befahrenen Schienenstrecke ist bei gleichen Pegeln deutlich höher als die einer weniger stark befahrenen. Dieser Effekt konnte durch Untersuchungen von Griefahn und Möhler allerdings nicht bestätigt werden.

Da Güterzüge in der Regel länger sind als Fernreisezüge oder Regionalzüge und langsamer fahren, resultieren längere Vorbeifahrzeiten. Zugstrecken werden meist in den Abend- und Nachtstunden stärker für den Güterverkehr genutzt, während tagsüber der Personenverkehr dominiert. Güterzüge können zudem vergleichsweise hohe Maximalpegel aufweisen und auch eher Vibrationen verursachen. Deshalb wird in mehreren Studien eine höhere Lästigkeit des Güterverkehrs berichtet.

4.3.3 Psychoakustische Größen

Durch Cik und Fallast [80] wurde dazu auf der Basis von Laborversuchen eine Index PNRS (Personal Noise Ranking Scale) entwickelt. Die Probanden geben ihre Lästigkeitseinschätzung zu einem Soundsample verbal oder mittels Kraftbewertung ab (Handkraftdynamometer). Fragebögen zur Lärmempfindlichkeit, zu einem „Lästigkeitsindex“ sowie ein mehrdimensio-naler Befindlichkeitsfragebogen begleiteten den Versuch. Es wurden statistisch signifikante Unterschiede zwischen von Straßen- und Schienenverkehrslärm bei Pegeln von 55, 65 und 75 dB(A) festgestellt, die die höhere Lästigkeit der Schienengeräusche zeigen. Der Index PNRS korreliert mit dem LAeq sowie mit psychoakustischen Parametern wie Lautheit und Schärfe.

Durch Lercher et al. [63] wurde in 2012 im Gasteiner Tal neben akustischen Messungen auch Messungen psychoakustischer Parameter (mit Kunstkopf) durchgeführt. Die Vorbeifahrpegel nachts liegen bis zu 30 dB(A) über dem Hintergrund; Güterzugvorbeifahrten wiesen im Durchschnitt einen um 7 dB höheren SEL auf als Personenzüge. Hinweise auf impulshaltige und tieffrequente Geräuschanteile wurden gefunden (LAmax, LC-LA). Die Lautheitsmessungen zeigen sehr hohe Werte bei den GZ-Vorbeifahrten (s. Abbildung).

Abbildung 33 Lautheit bei GZ-Vorbeifahrten [63]

4.3.4 Vibrationen

In vielen Publikationen, insbesondere aus den skandinavischen Ländern (u.a. im Projekt Car-goVibes) und Japan werden deutliche Hinweise darauf gefunden, dass Vibrationen einen Ein-

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fluss auf Belästigung und Schlafstörungen haben können. Neben den bereits oben erwähn-ten Studien können hier Tetsuya et al. [81] angeführt werden.

4.4 Gesetzliche Vorgaben

In Österreich wird mit der ÖAL-Richtlinie Nr. 3 Blatt 1 „Beurteilung von Schallimmissionen im Nachbarschaftsbereich“ [82] ein Verfahren zur Beurteilung von Schallimmissionen auch von Schienenstrecken vorgegeben. Der Spitzenpegel einer Zugvorbeifahrt wird durch den LASmax charakterisiert. Dieser wird allerdings nur zur Beurteilung von sekundärem Luftschall inner-halb von Gebäuden verwendet. In der ÖAL-Richtlinie Nr. 6/18 „Die Wirkungen des Lärms auf den Menschen, Beurteilungshilfen für den Arzt“ [82] werden wirkungsbezogene Schallimmissionsrichtwerte tags angegeben. Bei einem LAmax > 60 dB(A) gibt es Hinweise auf akute physiologische Reaktionen (unter Laborbedingungen).

In einem Übersichtartikel stellen Lambert et al. [83] die in Europa geltenden Grenzwerte für Schienenverkehrslärm zusammen. Nur in den skandinavischen Ländern wird nachts auch der LAmax als Pegelmaß herangezogen. So hat Dänemark als Grenzwert außen einen Wert von 85 dB(A)8, während Schweden einen Innenwert von 45 dB(A) festsetzt. Seit 1996 gibt es in Schweden auch für außen einen Freifeldgrenzwert von 70 dB(A).9 In Norwegen richtet sich der Schutzanspruch nach der Zeit der Bebauung: In der gelben Zone (Planung, Neubau) gilt eine Außenwert L5AF von 75 dB(A) als Maximalwert, in der roten Zone (Bestand) ein Wert von 90 dB(A) [84].

Macpherson beschreibt in [85] die australischen Beurteilungsgrundlagen. In einem Entwurf („2005 draft policy“) wird für Schienenlärm neben dem LAeq-Kriterium auch ein Maximalpe-gelkriterium angegeben, das sich nach dem Zielanspruch (target) richtet und Werte von 75, 75 - 80 und > 80 dB(A) aufweist. Im endgültigen Papier wurde jedoch das Maximalpegelkri-terium nicht berücksichtigt, mit der Begründung der Vereinfachung und dem Hinweis darauf, dass der LAmax insbesondere dann relevant ist, wenn wenige Einzelereignisse auftreten; bei Schienenstrecken mit mehr als einer Zugvorbeifahrt pro Stunde würde tendenziell der LAeq die Exposition beschreiben.

Obwohl in Japan bei der Beurteilung der Immissionen des Shinkansen der Lmax betrachtet wird, sehen die gesetzlichen Vorschriften kein Maximalpegelkriterium bei der Beurteilung vor, vgl. [86]. Für die Bestimmung des LASmax wird angegeben, dass von 20 nachfolgenden Zugvorbeifahrten die 10 lautesten Ereignisse für die energetische Mittelwertbildung des Ma-ximalpegels zu berücksichtigen sind.

4.5 Qualität

Möhler et al. [87] zeigen, dass die Abweichungen zwischen Mess- und Berechnungsergebnis-sen für den Emissionspegel von Schienenlärm für verschiedene Zugtypen unterschiedlich sind: keine Abweichungen bei GZ, bis zu 5,8 dB höhere Werte bei den Berechnungen bei Personenzügen (Expresszüge); im Mittel liegen die Berechnungsergebnisse um 2,7 dB über den Messwerten. Als Ursache wird genannt, dass es eine systematische Differenz zwischen den offiziell in den Berechnungen verwendeten Daten und den tatsächlich beobachtbaren Daten gibt, besonderes hinsichtlich Geschwindigkeit und Zuglänge. Bei gleicher Zuglänge und Geschwindigkeit für die Berechnungen wie für die Messungen, liefern die Berechnungen nach der Schall 03 1990 um etwa 3 dB höhere Werte; insgesamt ergeben sich somit Unter-schiede von ca. 6 dB.

8 Hier gibt es zusätzlich einen Grenzwert für die die Vibrationen kennzeichnende Schwingstärke.

9 Vgl. [18]

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Literaturstudie Spitzenwertkriterium beim Schienenlärm

Projekt-Nr. 14-03 Seite 42

Möhler und Liepert [88] betonen die Bedeutung der Berücksichtigung der richtigen Fassade. Zwischen quellenzu- und abgewandter Fassade kann der Pegelunterschied 20 dB betragen. Nicht der Realität entsprechende Schallimmissionen können einen großen Einfluss auf die Dosis-Wirkungskurven der untersuchten Effekte haben, s. Abbildung.

Abbildung 34 Veränderung des Lästigkeitsunterschieds in Abhängigkeit vom Pegel [88]

Ferner werden hier Mindestanforderungen für die Erfassung der akustischen Parameter auf-gestellt, wie bspw.:

Erhebung der Verkehrsparameter vor Ort

Absicherung von Parametern durch akustische Messungen

Berücksichtigung von Fremdschallquellen

Berücksichtigung des Grundgeräuschpegels

Aufzeichnung der Mittelungspegel in möglichst kurzen Zeitintervallen (bspw. 1/2 h-Intervalle)

In der Schweiz steht mit sonRail [89] ein modernes Tool zur Schienenlärmberechnung bereit. Allerdings werden hier keine Maximalpegel berücksichtigt. Die Unsicherheit des Modells wird mit 2,5 dB(A) angegeben.

Ögren et al. [90] betrachten den Einfluss unterschiedlicher Berechnungshöhen auf die Immissionspegel. Es wurden im Durchschnitt Unterschiede von 2,2 dB gefunden, allerdings traten auch Abweichungen bis 11 dB auf, was hauptsächlich auf andere Abschirmbedingun-gen zurückzuführen ist.

Für Messungen geben Jabben und Potma [50] als Kriterium für die Registrierung einer Zugvorbeifahrt an: Es muss eine bestimmte Pegelschwelle erreicht werden, der Vorbeifahr-pegel muss 10 dB über dem Hintergrundpegel sein und die Vorbeifahrzeit muss im Rahmen einer gewählten Zeitspanne (Minimum, Maximum) liegen.

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Literaturstudie Spitzenwertkriterium beim Schienenlärm

Projekt-Nr. 14-03 Seite 43

5 Probleme, Ausblick, Kritik

Die im Rahmen der Literaturstudie insbesondere der Klärung zuzuführenden Fragen

Gibt es bei den derzeitigen Verfahren zur Ermittlung von Schienenverkehrsgeräu-schen Defizite? Wo liegen diese? Hierbei sind insbesondere neue Erkenntnisse der Lärmwirkungsforschung zu berücksichtigen. Lassen sich diese ggf. vorhandenen Defi-zite durch zusätzliche akustische Lärmindices reduzieren?

Wie wären aus dem Blickwinkel der Lärmwirkungsforschung Zugvorbeifahrten zu cha-rakterisieren und zu bewerten?

Gibt es Ansätze für einen neuen Beurteilungsmaßstab in der Literatur?

Wie lässt sich bei Berücksichtigung zusätzlicher akustischer Indices eine Prognosefähigkeit sichern?

können nicht abschließend und umfassend beantwortet werden.

Problemkomplex 1: Defizite bei den derzeitigen Verfahren zur Ermittlung von Schienenver-kehrsgeräuschen

Momentan wird in Deutschland, und das ändert sich auch nicht mit der Einführung der Schall 03 2012 zum 01.01.2015, nur der Mittelungspegel, also ein äquivalenter Dauerschall-pegel zur Beurteilung von Schienenlärmimmissionen herangezogen.

Dauerschallpegel sind als Metrik geeignet, um in Dosis-Wirkungskurven langfristige Effekte, wie Belästigung und gesundheitliche Gefährdungen, aber auch Müdigkeit, Veränderungen von Reaktionszeit und Leistungsfähigkeit zu beschreiben. Zur Charakterisierung kurzfristig auftretender (Betrachtungszeitraum eine Nacht) oder akuter Effekte ist der LAeq allein nicht aussagekräftig. Bei der Bewertung der Auswirkungen des Schienenlärms auf den Nachtschlaf zeigt es sich, dass, ähnlich wie beim Fluglärm, Veränderungen der Schlafstruktur wie Wech-sel der Schlafstadien und Aufwachreaktionen maßgeblich durch den Maximalpegel und die Zahl der Ereignisse pro Nacht bedingt werden. Ebenso werden Akutreaktionen, wie Änderun-gen in der Motilität und Herzschalgrate mit dem LAmax in Verbindung gebracht. Es ist erwie-sen, dass langanhaltende Beeinträchtigungen des Schlafs negative gesundheitliche Auswir-kungen bspw. auf Stoffwechsel und endokrine Funktionen haben können. Chronische Müdig-keit, Verringerungen der Leistungsfähigkeit, Zunahme des Depressionsrisikos sind weitere Outcomes, die ausgelöst werden können (vgl. [13]).

Ebenso wie beim Fluglärm erscheint es für den Nachtzeitraum dringend erforderlich, ein Spit-zenwertkriterium („Maximalpegel“) zusätzlich zu dem Mittelungspegel in die Bewertung von Schienenverkehrslärm zu implementieren. Da in Studien gezeigt wurde, dass neben dem Wert des Maximalpegels (innen) auch die Zahl der Vorbeifahrereignisse einen Einfluss auf die Aufwachreaktionen hat, ist es nicht ausreichend, einen Grenzwert für den Maximalpegel in-nen festzulegen, auch die Zahl der Ereignisse ist zu begrenzen. Ein reines NAT-Kriterium, dass sich nur an der Zahl der Überschreitungen eines bestimmten Pegelwerts orientiert, ohne den konkreten Wert der Überschreitung zu berücksichtigen, scheint nicht ausreichend, da die Wahrscheinlichkeit von Aufwachreaktionen mit zunehmender Höhe des Innenpegels (über einem Schwellenwert) ansteigt.

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Literaturstudie Spitzenwertkriterium beim Schienenlärm

Projekt-Nr. 14-03 Seite 44

Problemkomplex 2: Charakterisierung von Zugvorbeifahrten aus dem Blickwinkel der Lärm-wirkungsforschung

Anders als beim Straßenverkehrslärm, aber ähnlich wie beim Fluglärm, sind Schienenver-kehrsgeräusche durch einen eher intermittierenden als kontinuierlichen Zeitverlauf charakte-risiert. Einzelereignisse bekommen damit eine höhere Bedeutung für die Wahrnehmung und Bewertung dieser Geräusche.

Eine stundengenaue Betrachtung der Lärmbelastung erscheint insbesondere dann relevant, wenn sich die Verkehrsparameter in den Einzelstunden deutlich unterscheiden. Eine unter-schiedliche Verteilung der Lärmereignisse über die Nacht hat deutliche Auswirkungen auf die physiologischen Schlafparameter: Mmorgendliche Ruhephasen haben einen deutlich positi-veren Effekt als solche während der Nacht oder zu Beginn des Einschlafens.

Zugvorbeifahrten in Gleisnähe zeichnen sich durch, im Vergleich zum Fluglärm, kurze Pegel-anstiegszeiten aus. Diese verkürzen sich bei hohen Zuggeschwindigkeiten, was bei Hochge-schwindigkeitsstrecken (ICE), aber auch bei der Ertüchtigung von bis jetzt mit Geschwindig-keiten von < 100 km / h befahrenen Güterzugstrecken bedeutsam sein kann. Die Aufwach-häufigkeit aber auch die Beschleunigung der Herzschlagfrequenz werden signifikant durch die Pegelanstiegszeit beeinflusst.

Die energetische Wirkung eines Einzelereignisses wird gut durch den SEL (Sound Exposure Level) oder auch Einzelereignispegel, der den energetischen Eintrag über die Vorbeifahrzeit beschreibt und auf eine Bezugszeit T0 von einer Sekunde normiert, widergespiegelt. LAeq und SEL stehen in einer festen Beziehung. Die Einwirkungszeit T ist dabei i.d.R. durch die Zeit charakterisiert, in der der Schalldruckpegel des Ereignisses höchstens 10 dB unter dem Ma-ximalwert liegt. Auch ein Zusammenhang zwischen dem SEL und dem LAmax kann hergestellt werden.

Hinsichtlich der Belästigung von Schienen- und Straßenverkehrslärm sowie Fluglärm wird i.A. kein Hinweis mehr für eine geringere Lästigkeitswirkung des Schienen- im Vergleich zum Straßenverkehrslärm gesehen. Die in der Literatur angegebenen Dosis-Wirkungskurven für Belästigung liegen i.d.R. deutlich über den „Miedema-Kurven.“

Ein wesentlicher Faktor, der die Wirkung des Schienenlärms verstärken kann, sind insbeson-dere gleisnah auftretende Erschütterungen. Insofern hat auch die Entfernung zur Schienen-strecke einen Einfluss, auch wenn die Untersuchungen zu den akustischen Auswirkungen keinen sicheren Hinweis auf einen solchen Zusammenhang geben.

Auch das Vorhandensein tieffrequenter und impulshaltiger Geräuschkomponenten kann zu einer höheren Störwirkung von Schienenverkehrsgeräuschen beitragen.

Problemkomplex 3: Ansätze für einen neuen Beurteilungsmaßstab

Infolge der Berechnungsmethode (Nord 2000) wird in den skandinavischen Ländern auch ein Maximalpegel ermittelt. Dieser geht (als Grenzwert für innen oder außen) in die Beurtei-lungsvorschriften von Dänemark, Norwegen und Schweden ein.

In Japan wird bei der Ermittlung der Lärmimmissionen des Hochgeschwindigkeitszugs Shin-kansen ebenfalls der Maximalpegel herangezogen.

Insbesondere aus der Schlafforschung lässt sich die Notwendigkeit der Berücksichtigung ei-nes Maximalpegelkriteriums für den Nachtzeitraum ableiten. Ab etwa 30 dB(A) Innenmaxi-malpegel ist eine lärminduzierte Zunahme an Aufwachreaktionen zu verzeichnen.

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Literaturstudie Spitzenwertkriterium beim Schienenlärm

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Konkrete Hinweise, wie ein Beurteilungsmaßstab unter Berücksichtigung von Maximalpegel, Häufigkeit und Verteilung der Ereignisse aussehen konnte, wurden in der Literatur nicht ge-funden.

Problemkomplex 4: Prognosefähigkeit

Die Unsicherheit der akustischen Berechnungsmodelle liegt bei unter 3 dB. I.A. liegen die Berechnungsergebnisse höher als die Messwerte. Den größten Einfluss auf die Unsicherheit haben allerdings die eingehenden Verkehrsparameter. Die dadurch hervorgerufenen Abwei-chungen können deutlich höher als 3 dB sein. Eine bessere Übereinstimmung zwischen Prognose- und Messwerten kann nur erreicht werden, wenn zur Beschreibung der Quellen detailliertere Modelle mit dann auch verfügbaren Eingangsparametern zur Verfügung stehen. Hier kann mit der neuen Schall 03 2012 auf eine Verbesserung gehofft werden.

Gegenüberstellungen von berechneten und gemessenen Maximalpegeln konnten in der Lite-ratur nicht gefunden werden.

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Literaturstudie Spitzenwertkriterium beim Schienenlärm

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Literaturstudie Spitzenwertkriterium beim Schienenlärm

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