Infraschall und Berechnungsmodelle

Bei der Planung von Windenergieanlagen und anderen tieffrequenten Schallquellen werden verschiedene Modelle zur Prognose der Schallausbreitung eingesetzt. In Deutschland ist das ISO 9613-2 Modell (Interimsverfahren) gesetzlich vorgeschrieben, in skandinavischen Ländern wird häufig das Nord2000-Modell verwendet. Doch gerade im Infraschallbereich zeigen diese Modelle fundamentale Schwächen, die aus ihren methodischen Grundlagen resultieren.

Vergleich von ISO 9613-2 und Nord2000:

Beide Modelle sind für Infraschall fundamental ungeeignet, aber ISO 9613-2 ist noch schlechter:

1. Frequenzbereich: Der äquivalente Dauerschalldruckpegel wird für die Oktavmittenfrequenzen 63 Hz, 125 Hz, 250 Hz, 500 Hz, 1000 Hz, 2000 Hz, 4000 Hz und 8000 Hz berechnet – Infraschall unter 63 Hz wird praktisch nicht erfasst!
2. Geometrische Vereinfachungen: ISO 9613-2 ist noch stärker vereinfacht als Nord2000 und für hohe Quellen nie konzipiert worden
3. Keine wellenakustischen Effekte: Wie Nord2000 basiert es auf geometrischer Akustik und kann Beugung, Interferenz und Wellenleitung bei langen Wellenlängen nicht abbilden

Deutschland: ISO 9613-2 – Ein Modell für bodennahe Quellen

Das in Deutschland für den Bau von Windkraftanlagen erstellte Schallgutachten muß nach ISO 9613-2 in der Variante „Interimsverfahren“ erfolgen. Dieses Modell wurde jedoch ursprünglich für etwas völlig anderes konzipiert und ist auf die Berechnung der Schallausbreitung bei bodennahen Schallquellen bis 60 Meter Höhe ausgelegt. Da moderne Windindustrieanlagen mit Nabenhöhen von 160-179 m und Rotordurchmessern bis zu 175 m heute Gesamthöhen von 250-300m erreichen, wird das ISO Modell damit um den Faktor 4-4,5 außerhalb seines ursprünglichen Anwendungsbereichs und ist damit bereits vollkommen ungeeignet. Dies ist vergleichbar damit, ein Berechnungsverfahren für Kleinwagen auf Lastzüge anzuwenden. Als die systematische Unterschätzung der Schallausbreitung des Vorgängermodells durch Messungen der Schallimmissionen entlarvt wurde, ließ man im Interimsverfahren die Bodendämpfung wegfallen und machte die Berechnung frequenzabhängig. Der äquivalente Dauerschalldruckpegel wird allerdings für die Oktavmittenfrequenzen (63 Hz, 125 Hz, 250 Hz, 500 Hz, 1000 Hz, 2000 Hz, 4000 Hz und 8000 Hz) berechnet. Infraschall unter 63 Hz wird praktisch NICHT erfasst. Gerade der Bereich von 0,5 bis 20 Hz, in dem Windkraftanlagen ihre charakteristischen pulsierenden Emissionen haben, fällt damit vollständig aus der Betrachtung heraus. Das Modell ist blind für genau den Frequenzbereich, der bei Windkraftanlagen das größte Problem darstellt.

Skandinavien: Das Nord2000-Modell

In skandinavischen Ländern wird häufig das Nord2000-Modell verwendet. Es gilt als eines der elaborierteren Prognosewerkzeuge zur Berechnung von Umgebungslärm (Straßenverkehrs-, Schienen- und Industrielärm, Windenergieanlagen). Das Modell basiert ebenfalls auf einem geometrischen Point-to-Point-Ansatz, bei dem verschiedene Ausbreitungspfade zwischen Schallquelle und Empfänger berechnet werden. Dabei werden Direktschall, Reflexionen, Beugung über Hindernisse und Bodenreflexionen berücksichtigt. Ein besonderer Vorteil von Nord2000 gegenüber ISO 9613-2 ist die detaillierte Einbeziehung meteorologischer Einflüsse wie Windgradienten und Temperaturschichtungen, die die Schallausbreitung über größere Distanzen maßgeblich beeinflussen.

Beide Modelle – sowohl ISO 9613-2 als auch Nord2000 – basieren auf Prinzipien der geometrischen Akustik. Sie behandeln Schall ähnlich wie Lichtstrahlen: als geradlinige Strahlen, die an Hindernissen reflektiert oder gebeugt werden. Nord2000 verwendet dabei die elaboriertere Ray-Tracing-Methode, während ISO 9613-2 mit noch stärkeren Vereinfachungen arbeitet. Dies mag gut funktionieren, wenn die Wellenlängen klein sind im Vergleich zu den Abmessungen von Hindernissen und Strukturen in der Umgebung. In diesem Fall verhält sich Schall tatsächlich näherungsweise wie ein Strahl, und diese Modelle liefern akzeptable Ergebnisse.

Quelle: Professor Ken Mattsson, Universiät Uppsala, Schweden

Der in Bild 3 gezeigte Vergleich von SoundSim360 und Nord2000 bezieht sich auf niederfrequenten Schall von 31,5 Hz. Diese Frequenz liegt noch über dem Infraschallbereich – dort wäre die Diskrepanz der Modelle noch größer. In Schweden werden allerdings nur Schallfrequenzen zwischen 31,5 – 200 Hz von externen Geräuschquellen betrachtet. Wie man im Modellvergleich leicht erkennen kann, unterschätzt das bislang als „Goldstandard“ anerkannte Modell Nord2000 die Immisionen bereits im niederfrequenten Bereich eklatant.

Infraschall umfasst Frequenzen unterhalb von 20 Hz, die physikalischen Dimensionen sind beeindruckend:

• Bei 20 Hz: Wellenlänge etwa 17 m
• Bei 10 Hz: Wellenlänge 34 m
• Bei 5 Hz: Wellenlänge 68 m
• Bei 1 Hz: Wellenlänge 343 m

Beugung statt geometrischer Reflexion

Wenn die Wellenlänge in der gleichen Größenordnung oder größer ist als Hindernisse, tritt massive Beugung auf. Infraschall „fließt“ förmlich um Gebäude, Wälle und Geländeerhebungen herum. Die geometrische Vorstellung von Schallstrahlen, die an Hindernissen reflektiert oder abgeschattet werden, trifft hier nicht zu. Ein Lärmschutzwall, der bei 1000 Hz noch eine deutliche Abschirmwirkung hat, ist für 10-Hz-Infraschall praktisch transparent. Für die 0,5-Hz-Emissionen (Blade-Passing-Frequenzen) moderner Schwachwindanlagen mit ihren 686-Meter-Wellenlängen sind selbst große Gebäudekomplexe oder Hügelketten akustisch nahezu „unsichtbar“. Ray-Tracing berechnet hier fälschlicherweise eine Schallschattenzone, während in der Realität der Schall das Hindernis großflächig umströmt. Infraschallwellen überlagern sich über große Distanzen und bilden komplexe Interferenzmuster. An manchen Orten verstärken sich die Wellen konstruktiv, an anderen löschen sie sich destruktiv aus. Diese Effekte sind rein wellenakustischer Natur und können durch Ray-Tracing prinzipiell nicht abgebildet werden.

Fernausbreitung und atmosphärische Wellenleitung

Infraschall kann sich über Dutzende von Kilometern ausbreiten. In der Atmosphäre kommt es durch Temperatur- und Windgradienten zu Wellenleitung-Effekten, bei denen Schall in bestimmten Höhenschichten eingefangen und über große Distanzen kanalisiert wird. Mit Schallquellen in 235-267 Metern Höhe (Nabenhöhe + Rotorradius) befinden sich die Emissionspunkte bereits in atmosphärischen Schichten, in denen andere Temperatur- und Windprofile herrschen als am Boden. Diese Höhenlage begünstigt:

• Reduzierte Bodendämpfung: Der Schall muss kaum noch mit dem Boden interagieren
• Direkte Ausbreitungspfade: Schall kann „über“ bodennahe Hindernisse hinweg propagieren
• Atmosphärische Inversion: Besonders nachts bilden sich stabile Temperaturschichtungen, die als „akustischer Wellenleiter“ wirken und den Schall über Dutzende Kilometer tragen können

Während Nord2000 immerhin atmosphärische Strahlkrümmung berücksichtigt, erfasst es nicht die komplexen wellenakustischen Moden, die bei der Fernausbreitung von Infraschall aus 250+ Meter Höhe entstehen. Das Interimsverfahren nach ISO 9613-2 berücksichtigt diese Höheneffekte überhaupt nicht – es wurde ja für 60-Meter-Quellen entwickelt.

Praktische Konsequenzen der methodischen Unzulänglichkeit

Die Verwendung geometrischer Akustikmodelle für Infraschall führt zu systematischen Fehlern, die nicht durch Kalibrierung oder Anpassung von Parametern behebbar sind

Bei ISO 9613-2 (Deutschland):

• Komplette Blindheit: Infraschall unter 63 Hz wird nicht erfasst
• Dramatische Diskrepanz: Konzipiert für 60m hohe Quellen, tatsächlich verwendet für 235-267m hohe Schwachwindanlagen – Faktor 4-4,5 außerhalb des Anwendungsbereichs
• Fehlende Höhenanpassung: Die atmosphärischen Effekte bei Emissionen aus 250+ Meter Höhe werden nicht berücksichtigt
• Systematische Unterschätzung: Musste durch „Interimsverfahren“ korrigiert werden, weil gemessene Werte signifikant höher lagen – aber selbst dieses wurde nur für ~120m hohe Anlagen kalibriert
• Ignoriert Blade-Passing-Frequenzen: Die charakteristischen 0,5-0,6 Hz Pulsationen moderner Großanlagen liegen weit unterhalb der 63-Hz-Untergrenze

Bei Nord2000 (elaborierter, aber ebenfalls ungeeignet):

• Überschätzung von Abschirmeffekten: Hindernisse werden als wirksamer dargestellt, als sie tatsächlich sind.
• Unterschätzung der Reichweite: Die Fernausbreitung von Infraschall wird nicht korrekt erfasst.
• Falsche räumliche Verteilung: Interferenzmuster und lokale Verstärkungen werden nicht abgebildet.
• Fehlende Resonanzeffekte: Räumliche Resonanzen in Tälern oder zwischen Gebäuden werden nicht erkannt.

Die DIN 45680: Wenn auch die Beurteilungsnorm versagt

Selbst wenn man durch aufwendige Messungen die tatsächliche Infraschallbelastung erfasst, stößt man auf das nächste fundamentale Problem: Die deutsche Norm DIN 45680 zur „Messung und Bewertung tieffrequenter Geräuschimmissionen“ ist für die Beurteilung von Infraschall aus Windkraftanlagen ebenfalls ungeeignet, denn sie betrachtet normativ nur den Frequenzbereich von 8 Hz bis 100 Hz. Der Bereich von 1 Hz bis 8 Hz – also der eigentliche Infraschall – wird lediglich „informativ“ behandelt und ist nicht verbindlich. Damit fehlt für den Kernbereich des Problems eine rechtsverbindliche Bewertungsgrundlage. Die Norm verwendet als Beurteilungsmaßstab eine Hörschwellen-Referenzkurve, die dem 25%-Perzentil entspricht. Das bedeutet: Etwa 25% der Bevölkerung können tieffrequenten Schall besser wahrnehmen, als die Norm es vorsieht. Diese Menschen erhalten keinen ausreichenden Schutz. Hinzu kommt: Die Norm geht davon aus, dass nur hörbarer Schall relevant ist. Nicht-aurale Wahrnehmungen über Mechanorezeptoren, Barorezeptoren oder das Vestibularorgan werden nicht berücksichtigt – obwohl gerade diese bei Infraschall eine wichtige Rolle spielen.

Pulsierende Quellen: Die entscheidende Lücke

Ein nicht minder gravierendes Versäumnis der DIN 45680 ist jedoch die fehlende Berücksichtigung von Modulation und Impulshaltigkeit. Die Norm bewertet ausschließlich energieäquivalente Dauerschallpegel, eine zeitliche Strukturierung des Geräusches bleibt unberücksichtigt. Windkraftanlagen erzeugen jedoch keine kontinuierlichen, gleichförmigen Infraschallemissionen, sondern hochgradig pulsierende Signale:

• Blade-Passing-Harmonics: Jedes Vorbeischwingen eines Rotorblatts am Turm erzeugt einen Druckimpuls
• Niederfrequente Modulation: Bei drei Rotorblättern und 10-30 Umdrehungen pro Minute entstehen repetitive Pulse mit einer Grundfrequenz von 0,5-1,5 Hz
• Harmonische Obertöne: Diese Pulse erzeugen eine Kaskade von harmonischen Frequenzen im gesamten Infraschallbereich

Diese pulsierenden Charakteristika sind psychoakustisch weitaus belästigender als kontinuierlicher Schall gleicher Energie. Forschungen zeigen, dass impulshaltige und modulierte Geräusche bei gleichen Pegeln als deutlich störender empfunden werden als stationäre Geräusche. Die DIN 45680 erfasst diesen entscheidenden Unterschied nicht. Während die Norm immerhin vorschreibt, dass in Innenräumen gemessen werden soll (nicht an der Fassade), fehlt eine angemessene Bewertung der dort auftretenden Raummoden und stehenden Wellen. Bei Wellenlängen von 17-68 Metern (für 5-20 Hz) können sich in Räumen ausgeprägte Interferenzmuster bilden, die zu lokalen Verstärkungen von 10-15 dB führen. Die Norm gibt zwar an, wo gemessen werden soll, bewertet diese Verstärkungen aber nicht angemessen.

Leitfaden vom Fachverband Strahlenschutz e.V. zum Thema Infraschall

Der Leitfaden ist zwar als seriöse Quelle anerkannt und bereits kritisch, bildet jedoch für den Immissionsschutz der Bevölkerung leider nur eine unzureichende Bewertungsgrundlage:

• Veralteter Stand (2005): Der Leitfaden stammt aus 2005 und bezieht sich auf deutlich kleinere Windenergieanlagen. Moderne 5-7 MW Anlagen mit 250-300m Höhe haben völlig andere Emissionscharakteristiken. Die größeren rotierenden Massen hoher Schwachwindindustrieanlagen erzeugen höheren Infraschall mit tieferen Frequenzen. Zudem breitet sich der Schall aufgrund der Höhe noch weiter aus, bei mehreren Anlagen kummulieren die Effekte
• Unzureichende Grenzwerte und Bewertungsverfahren: Die G-Bewertung (Schwerpunkt bei 16 Hz) ist für tiefere Infraschallfrequenzen ungeeignet, Die A-Bewertung wird als „ungeeignet“ für Infraschall erkannt, ist aber in vielen Regelwerken noch Standard, der Leitfaden selbst konstatiert fehlende fundierte Kenntnisse. Der Dauerbetrieb bedeutet eine chronische Exposition für betroffene Anwohner., Langzeiteffekte werden nicht berücksichtigt.

Hörbarkeit ≠ Wirkung

Alle drei Bewertungen basieren auf HÖREMPFINDUNG, aber:

Infraschall wirkt NICHT primär über das Hören! Biologische Wirkungen treten unterhalb der Hörschwelle auf

Wirkungsmechanismen:

• Direkte mechanische Einwirkung auf Organe
• Druckschwankungen in gasgefüllten Körperhöhlen
• Beeinflussung des Gleichgewichtsorgans
• Vegetative Reaktionen (Stress, Blutdruck)

Quelle: Leitfaden vom Fachverband Strahlenschutz e.V.

Problem 1: Extreme Untererfassung
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Bei WEA-typischen Frequenzen (1-20 Hz):
- Reale Belastung: potenziell gesundheitsschädlich
- Angezeigter Wert: "harmlos" oder nicht messbar

Problem 2: Falsche Signalwirkung
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Messung zeigt: 35 dB(A) → "sehr leise, unbedenklich"
Real vorhanden: 100 dB bei 8 Hz → potenziell problematisch

Problem 1: Immer noch Untererfassung
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Beispiel Windkraftanlage:
- Bei 10 Hz: -14 dB Dämpfung
- Bei 5 Hz: -20 dB Dämpfung
- Bei 2 Hz: -30 dB Dämpfung

→ Gerade die tiefsten (und problematischsten) 
  Frequenzen werden unterschätzt!

Problem 2: Ungeeignet für Schwellenwerte
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C-Bewertung orientiert sich an HOHEN Pegeln (>85 dB)
Aber: Infraschallwirkungen treten auch bei niedrigeren Pegeln auf (Langzeitexposition!)

Problem 1: Keine Validierung
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Leitfaden 2005: "Erfahrungen liegen nicht vor"
Status 2025: Kaum Verbesserung
→ Grenzwerte auf Basis von dB(G) sind spekulativ!

Problem 2: Fokus auf 10-16 Hz
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Moderne WEA im Schwachwindgebiet:
- Langsamere Rotordrehzahlen
- Emissionsschwerpunkt oft bei 1-8 Hz
→ Genau dieser Bereich wird von G-Bewertung 
  wieder abgeschwächt!

Traditionelle Lärmbeurteilung:
→ Mittelwertbildung über 8h (Arbeit) oder 24h (Wohnen)
→ Peaks werden "weggemittelt"

Infraschall-Realität:
→ Kontinuierliche Exposition 24/7
→ Auch niedrige Dauerpegel haben Wirkung
→ Keine Erholungsphasen
→ Sensibilisierung über Wochen/Monate

Bewertungskurven betrachten jede Frequenz einzeln

Realität bei WEA:
→ Mehrere Frequenzen gleichzeitig
→ Grundfrequenz + Harmonische
→ Interferenzen zwischen mehreren Anlagen
→ Amplitudenmodulation (pulsierende Wirkung)

Beispiel 3 WEA nebeneinander:
Jede einzeln: vielleicht "grenzwertig"
Zusammen: Überlagerungseffekte nicht erfasst!

Charakteristika:
• Große Rotordurchmesser (150-180m)
• Langsame Drehzahlen (6-10 U/min)
• Emission bei 0,1-2 Hz Grundfrequenz!

→ UNTERHALB des Optimums aller Bewertungskurven!

Frequenzspektrum:
0,1-0,2 Hz: Turmdurchbiegung, Gründungsschwingungen
0,5-2 Hz: Rotorgrundfrequenz
1-8 Hz: Harmonische, Blattvorbeigang
4-20 Hz: Aerodynamische Effekte

→ G-Bewertung erfasst nur 4-20 Hz gut
→ C-Bewertung unterschätzt alles unter 10 Hz
→ A-Bewertung ist komplette Fehlinformation

Fazit: Alle drei Bewertungskurven sind für Infraschall von Windenergieanlagen ungeeignet, weil:

1. Sie für Hörempfindung, nicht für biologische Wirkung entwickelt wurden
2. Sie systematisch unterschätzen, je tiefer die Frequenz
3. Moderne WEA emittieren im Bereich maximaler Untererfassung (1-10 Hz)
4. Sie Langzeiteffekte nicht abbilden können
5. Sie eine falsche Sicherheit suggerieren

Der Leitfaden räumt all diese Probleme selbst ein – sie werden nur in der Praxis ignoriert.

Negation von Infraschall: Ein wissenschaftlicher Doppelstandard

ELEKTROMAGNETISCHES SPEKTRUM
════════════════════════════

Gamma     Röntgen    UV    SICHTBAR   Infrarot    Mikro    Radio
  |─────────|────────|─────|────────|──────────|─────────|────→
  ↑         ↑        ↑           ↑            ↑         ↑
TÖDLICH  SCHÄDLICH SCHÄDLICH  OK!      UNSICHTBAR      OK(?)

Sichtbarer Bereich: ~380-780 nm
Gesamtes Spektrum: ~0,001 nm - 100 km
→ Sichtbar = ca. 0,0000001% des Spektrums!

GESELLSCHAFTLICHER KONSENS:
✓ Gammastrahlung: hochgefährlich (obwohl unsichtbar!)
✓ Röntgenstrahlung: streng reguliert (obwohl unsichtbar!)
✓ UV-Strahlung: Schutzmaßnahmen Standard (obwohl unsichtbar!)
✓ Mikrowellen: Grenzwerte, Abschirmung (obwohl unsichtbar!)

→ NIEMAND behauptet: "Kann man nicht sehen = ist harmlos"

AKUSTISCHES SPEKTRUM
════════════════════

Infraschall      HÖRBAR        Ultraschall
    |──────────────|───────────────|────────────────→
    ↑              ↑               ↑
"UNGEFÄHRLICH?" OK!        KANN SCHÄDLICH SEIN

Hörbarer Bereich: ~20 Hz - 20 kHz
Infraschall: <20 Hz
Ultraschall: >20 kHz

GESELLSCHAFTLICHER DOPPELSTANDARD:
✓ Ultraschall: Arbeitsschutz-Grenzwerte existieren
✓ Hörbarer Lärm: streng reguliert
✗ Infraschall: "Kann man nicht hören = ist harmlos"

→ ABSURDE LOGIK bei identischer Situation!

Die Rolle der Frequenzbewertung

Biologische Wirkungsmechanismen

Gammastrahlung:
→ Ionisation von Molekülen
→ DNA-Schäden
→ Krebs

UV-Strahlung:
→ Energieeintrag in Hautzellen
→ Zellschäden
→ Hautkrebs

Mikrowellen:
→ Erhitzung von Gewebe
→ Gewebeschäden
→ Reguliert!

Sehr tiefe Frequenzen (1-20 Hz):
→ Resonanz in Körperhöhlen (Lunge, Schädel, Bauch)
→ Mechanische Belastung von Gewebe
→ Druckschwankungen im Innenohr
→ Störung des Gleichgewichtsorgans
→ Vegetative Stressreaktion

DOKUMENTIERT im Leitfaden (S. 10-12):
- Gleichgewichtsstörungen
- Blutdruckveränderungen  
- Konzentrationsstörungen
- Hörschwellenverschiebung

→ Mechanismen sind bekannt, werden aber ignoriert!