Brummen – Interferenzen als eine Möglichkeit

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Brummen – Interferenzen als eine Möglichkeit. Magazin 2000plus, Nr. 12, 2004, S. 26 - 29

Konfrontation

Beim Lesen des Beitrages [BR] fiel mir auf, dass ich vor etwa drei Jahren in Wismar auch einmal mit diesem „Phänomen“ konfrontiert wurde. Im Endergebnis wurde es durch Umzug „gelöst“. Eine Person wohnte in einer Wohnung über einer Kaufhalle. Es gab vergleichbare Schilderungen wie in dem Beitrag.
Bei den hier vorgetragenen Untersuchungen und Gedanken handelt es sich nicht um E-Smok sondern um Möglichkeiten der Herkunft von mechanischen Schwingungen, die durchaus zu hören und zu fühlen, ev. auch zu sehen sind (Vibrationen durch Resonanz). Wo sollen die Schwingungen herkommen? Der Gedanke lag nahe, die vielen Motoren der verschiedensten Aggregate zu verdächtigen – hier einige Gedanken zu dem Warum?
Grundsätzlich findet man auch im Internet Beiträge zum Thema u. a. [BP].

Elektroantriebe

Die Stromerzeugung dreht mit 3000 U/min und erzeugt so 50 Hz. Viele Elektroantriebe haben viele Motoren in ihrem Inneren. Die Elektro-Motoren drehen alle mit annähernd gleicher Drehzahl, aber leicht unterschiedlich je nach Typ und Belastung. Die Drehzahlen der Elektro-Motoren sind ja nach Anwendung gestaffelt und drehen sich grundsätzlich etwas langsamer als 3000 U/min (Asynchron-Motoren): knapp 3000 (2800) oder 1500 (1400) U/min, was auf dem Motor-Typenschild steht. Elektroantriebe laufen europaweit mit der der gleichen 50 Hz Wechselspannung. Alle Stromlieferer müssen phasengleich und synchron ihre Spannung in das Netzt einspeisen.
Nun haben wir nicht nur stationäre Generatoren die mit Turbinen laufen sondern in kleineren Einheiten (Stadtwerke) auch mit Dieselmotoren betriebene Generatoren, die natürlich für die Stromerzeugung auch mit konstanter Drehzahl laufen müssen – und da steht nicht nur einer. Auch sie erzeugen Vibrationen. Die meisten Windgeneratoren laufen auch mit 3000 U/min, nachdem die Windkraft über ein Getriebe hochgesetzt wurde. Elektro-und andere Motoren – ohne und mit Getriebe - erzeugen besonders unter Last auch mechanische Schwingungen – und viele Schwingungen führen zu Überlagerungen/Interferenzen, die von den Gebäuden übertragen werden (können). Um die Vibrationen möglichst gering nach außen zu halten, werden spezielle Fundamente gebaut. Hier kommen wir rein in das Gebiet der Wellenleitung.

Meereswellen

Sie werden durch den Wind – manchmal auch mehrere - angeregt [MI]. Immer wieder haben Seeleute von Monsterwellen gesprochen – die Wissenschaft hielt das lange Zeit für Seemannsgarn. Heute gehört es zum Stand der Wissenschaft, dass sie gut und gern 30 m Höhe erreichen können.
Warum? Von einem Wind ist das wohl kaum möglich, aber hin und wieder werden vom Wettergeschehen mehrere Winde erregt die unterschiedlich laufen – und so auch Meereswellen generieren. Kommen jetzt die Wellenberge beider oder auch weiterer Wellen zusammen, entsteht die Monsterwelle, die zusätzlich noch einen steilen Anstieg hat. Dieser leitet sich daraus ab, dass Wellenberge mit verschiedener Frequenz aber gleicher Phasenlage (Anstieg) zu einem insgesamt steilen Anstieg führen (eine Rechteckschwingung besteht aus der Überlagerung von mehr als 10 Harmonischen Schwingungen).

In dem Oszillogramm Bild 1 sind eine Sinus- und Rechteck- (hier eine Mäanderform) Schwingung gegenüber gestellt. Einfache Versuch lassen sich sogar in der Badewanne durchführen – Anregung durch kurzes Fingereintauchen an zwei verschiedenen Stellen. Und was hat das jetzt mit dem Brummen zu tun?

Interferenzen und Resonanz

Die Elektro-Motoren laufen also mit annähernd gleicher Drehzahl und erzeugen so jeder eine mechanische Schwingungsfrequenz (Welle). Die Differenzfrequenz dieser mechanischen Schwingungen bezeichnet man als Schwebung. Im Oszillogramm Bild 2 sind zwei gleichgroße Spannungen mit annähernd gleicher Frequenz dargestellt.

Durch die konstante Drehzahl der Motoren (aber konstruktive und lastabhängige Differenzen) ist die Interferenzfrequenz weitgehend konstant und könnte das Brummen bzw. Schwingen im Infraschallbereich unter 15 Hz sein. (So einen Effekt kann man auch bei bestimmten Geschwindigkeiten mit dem Auto bei mehr oder weniger geöffneten Fenster erreichen – das sind meist unangenehme Schwingungen.)

Das Oszillogramm Bild 3 zeigt die Schwebung der beiden Frequenzen aus Bild 2: bei gleicher Spannung tritt eine Verdoppelung bzw. Auslöschung der Amplitude auf. Zusätzlich tritt im Nulldurchgang der Schwebung ein Phasensprung mit Frequenzverdopplung auf (im Bild zu sehen).
In den verschiedensten Betrieben laufen viele Aggregate für Kühlung, Lüftung... Nicht alle laufen ständig, sie werden ein- und ausgeschaltet, was zu unterschiedlichen Anregungen führt. Hinzu kommt, dass auch mechanische Baugruppen mitschwingen (können, Gläser im Schrank klirren). Den Soldaten wird deshalb gesagt, dass man nicht im Gleichschritt über eine Brücke marschieren darf. Viele kennen vielleicht das Bild der durch den Sturm schwingenden Brücke (Resonanz-Effekt) in den USA, die den Belastungen nicht mehr standhalten konnte.

Tiefe Frequenzen werden durch den im Allgemeinen nicht trockenen Boden gut übertragen und können an Stellen erscheinen, wo man es nicht für möglich hält. Hier ist sogar die Geologie der Region gefragt.
Denken wir aber auch mal daran, dass sich Elefanten auf ihren Wanderungen mit Infraschall verständigen – und das über Distanzen von mehr als 10 km!
Große Vakuumanlagen laufen mit starken E-Motoren bei konstanter Drehzahl und erzeugen mit ihren verschiedenen (Kompressor-) Pumpen auch Schwingungen.

Die Überlagerung von Schwingungen annähernd gleicher Frequenz führt zur Löschung auf der einen Seite und zur Summierung der Amplituden auf der anderen Seite (Bild 4), und das kann sehr störend wirken.

Hier möchte ich ein Beispiel einfügen: Im Flug mit einer IL 18 (4 Turboprop-Triebwerke) war eine Schwebung zwischen den geringen Unterschieden der Drehzahlen deutlich zu hören und zu spüren. Das Brummen wurde im Abstand von mehr als 5 Sekunden lauter und leiser, entsprechend verhielten sich die Vibrationen. Resonanzerscheinungen konnte ich auch bei Bussen im Leerlauf feststellen, bzw. wenn sie anfuhren. Geringe Drehzahlunterschiede des Motors ließen Teile am Bus deutlich vibrieren, bzw. wieder verstummen.

Warum gerade nachts?

Auch am Tage sind die Schwingungen, das Brummen durchaus vorhanden, Manche empfinden sie ja auch – man könnte das durchaus als selektiv bezeichnen. Ein Schiffsmaschinen-Ingenieur setzt sich zur Ruhe in einem Reihenhaus. Wenn die Kinder im Nachbarhaus die Treppe benutzen, fällt ihm das jedes mal störend auf. Schall- und andere Messungen ergeben keine Auffälligkeiten.
Was machte aber der Mann auf dem Schiff? Er überwacht die Machine – und hört jede Besonderheit, auch wenn sie noch so leise ist! Hier liegt also des Rätsels Lösung: Er muss „lernen“, dass er nicht mehr auf dem Schiff ist und Nebengräusche nun „keine Bedeutung“ mehr haben.
Am Tage kommen aber viele weitere Ereignisse hinzu z. B. der Verkehr – und so werden durch die vielen weiteren Schwingungsüberlagerungen die störenden Frequenzen in einem größeren „Wellensalat“ mehr oder weniger „untergehen“. Das fehlt dann in auch tagsüber ruhigen Zonen. Herr Benedikter schreibt [BR]: „Der Brummton ist durch eine sehr tiefe Bass-Frequenz gekennzeichnet, deren Rhythmus unregelmäßig ist. Er pulst für jeweils kurze Zeit regelmäßig in einer Geschwindigkeit, die einem beschleunigtem Herzschlag entspricht. Dann pulst er plötzlich diskontinuierlich, fällt fast ins Unhörbare zurück, um dann wiederzukehren und gewissermaßen neu mit seinem rhythmischen Pulsieren zu beginnen.“ So ließe sich das mit den Interferenzen erklären, nachvollziehen, s. o. Der Begriff Brummton ist zu allgemein und man sollte ihn durch Tests mit den Personen eindeutig auf einen Frequenzbereich eingrenzen, denn damit kann dann jeder etwas anfangen.

Schiffe

Große Schiffe haben Dieselmotoren mit einer Wellendrehzahl um 100 U/min. Da der Schiffsverkehr immer mehr zunimmt, die Antriebe immer leistungsfähiger werden, sind auch hier Ursachen nicht auszuschließen, da die Schiffs- und Schraubenschwingungen durch das Wasser besonders gut übertragen werden, vgl. Schiffsortung von Unterwasser-Schiffen. Man spricht hier von „Lärmverschmutzung der Meere“, was die Fische vergleichbar empfinden können – aber auch die Kommunikation der Wale stören kann.
An einem ruhigen Strand bei ruhigem Wetter kann man selber Schiffe gut verfolgen, weil die vielen Nebengeräusche eines belebten Strandes fehlen. Schiffsverkehr ist mehr oder weniger regelmäßig.
Nachts hört man sogar noch Flugzeuge in 10.000 m Höhe, was am Tage kaum möglich ist durch höhere Nebengeräusche.

Infraschall

Das Umweltlexikon [UL] definiert Infraschall: „Schall mit einer Frequenz unterhalb von 20 Hz außerhalb des menschlichen Hörbereichs. Als Körperschall können derartige Frequenzen jedoch als Schwingungen oder Erschütterungen wahrgenommen werden. Wird Infraschall als belästigend empfunden, gilt er per Definition als Lärm, obwohl er nicht hörbar ist.“ Wir können mit dem Körper Infraschall „fühlen“, vgl. Auto. Die Entdeckung des Infraschalls bei Elefanten kam aus der Zoo-Praxis, als die Forscherin neben einem Tier stand, dass diese Infraschallsignale „lautstark“ also fühlbar abgab. Das Bild 5 zeigt die Einteilung der Frequenzen im Spektrum an. In der Praxis gibt es an den Grenzen Überschneidungen.

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..|----|----|----|----|----|----|----|----|----|----|---
10^-1 10^0 10^1 10^2 10^3 10^4 10^5 10^6 10^7 10^8 10^9
--I-Schall--..Hörbereich...US.+LW+-MW-...KW..-UKW-UHF-µW
............................... Rundfunk ....... FS
US Ultra-Schall (Fledermäuse...)

Bild 5: log Frequenzdarstellung in Hz zur Einordnung

Wikipedia [WI] weicht bei der Grenzfrequenz etwas ab: „Unter Infraschall versteht man Schallwellen, deren Frequenz unter 16 Hz liegt. Infraschall ist für das menschliche Ohr nicht wahrnehmbar. Allerdings wird vermutet, dass manche Menschen Infraschall auf andere Art und Weise wahrnehmen...“ Beide Quellen [UL][WI] geben eine klaren Hinweis: Störmöglichkeiten durch Infraschall!
„Infraschall hoher Intensität kann bei Menschen und Tieren zu Schwingungen innerer Organe führen, die das Opfer lähmen oder dauerhaft verletzen können. Es gibt Bestrebungen, Infraschallwellen zum Auflösen von Demonstrationen, als Mittel gegen politische Gegner oder als Kriegswaffen zu entwickeln.“ [WI] Dass nicht alle Personen alles hören – das ist nicht das Problem. Es muss nur herausgefunden werden, warum es so ist und wie groß die Unterschiede sind. Hinzu kommt der Effekt, dass einige Leute nur Andeutungen brauchen, um mehr zu hören als da ist – vgl. Schmerz. Wenn ich über meinen Tinnitus rede „höre“ ich ihn auch – sonst fast nicht. Einzelpersonen könnten auch prozentual mehr betroffen sein als Paare.

Was tun?

Es ergibt sich keine einfache Lösung und eine Zusammenarbeit verschiedener Wissenschaftsdisziplinen ist notwendig. Die hier geschilderten Erklärungen wären bestimmt auch nur ein Teil des komplexen Systems Brummen. Zunächst ist es wichtig, die Personen, die diese Probleme haben zu erfassen. Mittels eines Tongenerators und Kopfhörer kann zum Einen der Hörbereich betroffener Personen im Infraschall getestet werden zum Anderen sollte mittels Lautsprecher mit definiertem Abstand sowie einer kleinen Leistung (wenige Watt) das Körperempfinden überprüft werden. Dabei können die Selbsthilfegruppen eine gute Zuarbeit leisten.
Weiter muss in Fernsehen, Rundfunk und Presse eine Information der Bevölkerung erfolgen, um weitere Betroffene zu erfassen. Sie müssen gefragt werden, welche Probleme sie konkret haben. Damit ließe sich ein Problemkatalog erarbeiten. Hier gibt es Ansätze. Der nächste Schritt wäre eine Zeiterfassung des Problems der Einzelperson oder Gruppe.
Mit der Zusammenfassung der Rechercheergebnisse in einer Karte und dem anschließenden Vergleich mit den geologischen Strukturen der Region ließen sich weitere Zusammenhänge erkennen, Ortswechsel innerhalb der Ortschaft empfehlen.
In Wohnungen mit besonders starken Störungen muss zuerst Messtechnik zum Einsatz kommen. Hier würden sich als Sensor Schwingungsaufnehmer sowie Mikrofone eignen und die Aufzeichnung auf einem Computer anbieten. Da die meisten Haushalte heute einen Computer haben, müssten sie Sensoren und vorübergehend ein Auswerteprogramm mit Anleitung erhalten. So wären an verschiedenen Orten gleichzeitig eine Datenerfassung möglich. Nicht ausreichend ist die Feststellung: „Für alle Betroffenen beginnt und endet das störende Geräusch in der Region zur gleichen Zeit.“ [BR]
Hier lässt sich wohl in der Region erfassen:
- Wann werden Kraftwerke hochgefahren?
- Wann beginnt welcher Betriebe zu arbeiten?
- Was gibt es in der Region für „besondere“ Betriebe? (Walzwerk, andere Großanlagen...).
Es geht hier meist um Infraschall – eine Aufzeichnung bis 500 Hz, also die Erfassung von Oberwellen – wäre wahrscheinlich sinnvoll. Schwingungen des Mobilfunks u. a. Funkdienste liegen über 1000 mal höher (MHz-Bereich) und scheiden wohl für Infraschallgenerierung aus.
In [WI] wird u. a. festgestellt: „Zusätzlich zu den fest installierten Infraschall-Messanlagen stehen vier mobile Infraschallstationen zur Verfügung, um an jedem beliebigen Ort Infraschallmessungen durchführen zu können. Einer ersten Bewährungsprobe wurden diese Systeme bei einem Einsatz bei Blaubeuren unterzogen, als es um die Klärung des Zusammenhangs zwischen Infraschall und dem Brummton-Phänomen ging.“ Es tut sich etwas!

Eine Antwort?

Spektrumdirekt als online Ausgabe hat einen Beitrag [FA] jüngst veröffentlicht, der das Brummphänomen angeblich löst. Mit Sicherheit sind hier wichtige Komponenten enthalten, die im Gesamtzusammenhang womöglich nicht unter den Tisch fallen dürfen: „Erdbeben und Vulkanausbrüche, verbunden mit hektisch ausschlagenden Seismometern, weisen uns immer wieder darauf hin, dass der feste Boden zu unseren Füßen ganz schön ins Wackeln geraten kann.“ - „Schon längere Zeit vermuten Wissenschaftler, dass Druckunterschiede in der Atmosphäre für das Brummen verantwortlich sein könnten.“ Ob sie sich dazu nicht zu langsam ändern?
Wie weit Frequenzen im Bereich von 0,005 bis 0,05 Hertz überhaupt noch den Menschen stören - müsste wohl noch nachgewiesen werden. Das eigentlich Phänomen der Störung des Menschen wird in dem Beitrag nicht angesprochen. Insgesamt bleibt nach wie vor vieles offen.

Literatur

[BR] Bennedikter, R.: Das Brummton-Phänomen. Annäherung an ein Rätsel. Magazin 2000plus, Nr. 200, S. 30-36
[BP] http://www.brummton.net/phaenomen.htm
[MI] MacIntyre; D.: Abenteuer Wetter, 1. Wind, Vierteilige Reihe, Sendung am 05.09.2004, http://www.3sat.de
[UL] Infraschall - http://www.umweltlexikon-online.de/fp/archiv/RUBsonstiges/Infraschall.php
[WI] Infraschall - http://de.wikipedia.org/wiki/Infraschall aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie [FA] Findeklee, A.: Warum unser Planet ständig vor sich hin summt. www.wissenschaft-online.de/abo/ticker/760419

Bildunterschriften

1 Sinus- und Rechteckwelle
2 Zwei Frequenzen mit geringen Unterschieden (< 5 %)aber gleicher Amplitude
3 Eine Schwebung im Bild
4 Zwei Schwebungen im Bild
5 log Frequenzdarstellung in Hz zur Einordnung

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