Behauptungen zur Windkraft – Infraschall

Dieser Artikel ist Teil einer Serie über alle Behauptungen zur Windenergie.

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Behauptung

Infraschall ist im Innenraum, insbesondere nachts und in Windrichtung deutlich wahrzunehmen, auch wenn man außen nichts hört oder merkt. Sensible Personen können den rhythmischen Infraschall der Windräder wahrnehmen und er macht krank. Messungen der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) zeigen klar, dass die Schalldrücke von Windräder enorm sind, insbesondere in schmalen Frequenzbereichen, die der Flügeldurchgangsfrequenz und ihren Obertönen entsprechen. (1)

Diskussion

Physikalische Grundlagen

Infraschall ist Schall, der unterhalb der menschlichen Hörschwelle, also unterhalb 16 Hertz (Schwingungen pro Sekunde) liegt. Er kann daher definitionsgemäß nicht gehört, wohl aber als Druckänderung oder Vibration in Ohren und Magen wahrgenommen werden, was man deutlich merkt, wenn man sich in der Nähe von Subwoofer-Lautsprechern bei Konzerten aufhält. Trotzdem ist auch Infraschall eine Art von Schall und unterliegt denselben physikalischen Gesetzen. Entscheidend sind folgende:

Schall ist schwingende Luft. Die wichtigste Größe zur Messung ist der Schalldruck, der in Pascal P gemessen wird, d.h. die Kraft pro Flächeneinheit. (2) Da dieser Druck dauernd zwischen einem negativen Wert (Zug) und positiven Wert (Druck) schwankt (eben durch die Schwingung der Luft), wird üblicherweise eine andere Größe gemessen, nämlich der Schall(druck)pegel mit der Einheit Dezibel dB. Diese ist aus dem Schalldruck abgeleitet, indem der Schalldruck quadriert wird (dadurch wird der negative Wert positiv), dann ins Verhältnis gesetzt wird zu einem festgelegten Bezugswert (nämlich der Hörschwelle des Menschen bei 1000 Hertz) und dieser Quotient wird dann logarithmiert – somit bedeutet eine Änderung von 10 dB des Schallpegels eine Änderung um eine Zehnerpotenz des Schalldrucks: 30 dB sind 10 mal lauter als 20 dB. (3)(4)

Der Schalldruck und damit auch der Schallpegel verhält sich umgekehrt proportional zur Entfernung – in doppelter Entfernung von der Schallquelle ist es halb so laut. (2)

Die Wahrnehmbarkeit von Schall ist abhängig von der Schallintensität. Diese ist das Produkt aus Schallschnelle und Schalldruck. Die Schallschnelle wiederum ist direkt proportional zur Frequenz. Das bedeutet, dass je tiefer der Ton, desto höher muss der Schalldruck sein, damit die Schallintensität und damit die Wahrnehmung gleich bleibt. (5) (6)(7)

Schallintensität von Windenergieanlagen

Misst man die Infraschall-Emissionen von Windrädern, so ist folgendes entscheidend: Die Grundfrequenz des emittierten Infraschalls ist identisch mit der sogenannten Flügeldurchgangsfrequenz, denn die drehenden Flügel sind ja die Ursache des Infraschalls. Hinzu kommen wie bei Musikinstrumenten die zugehörigen Obertöne, d.h. das doppelte, dreifache, … der Grundfrequenz. Es gibt zahlreiche Messungen zur Schallintensität von Windrädern (8) (9) (10) (11), darunter auch die im Argument zitierte Arbeit des BGR (1). Diese leidet allerdings an drei grundsätzlichen Fehlern:

a) Gemessen wurde der Schalldruck; Bei der Umrechnung des Schalldrucks in die Schalldruckpegel für die einzelnen Obertöne der Flügeldurchgangsfrequenzen wurde allerdings ein Rechenfehler gemacht, durch den die Schalldruckpegel um ca. 30 dB zu hoch angegeben wurden, also um den Faktor 1000. (12)

b) Die Messungen erfolgten für ein kleines Windrad mit Stall-Regelung (d.h. Strömungsabriss), die um einiges lauter sind als moderne Anlagen mit Pitch-Regelung (d.h. Flügelneigung). Eine Übertragung der (sowieso falsch berechneten) Ergebnisse auf moderne Anlagen ist daher unzulässig. (13)

c) Moderne Anlagen ändern beständig ihre Flügelneigung, um sich an unterschiedliche Windgeschwindigkeiten anzupassen, sogar während einzelner Böen drehen sie sich schneller. Dies bedeutet, dass sich die Flügeldurchgangsfrequenz beständig ändert – was wiederum der Aussage wiederspricht, dass der konstant rhythmische Infraschall ein Problem darstellt – zumindest nicht bei neueren Anlagen. (13)(8) Trotz der größeren Höhe und Flügelspannweite von neuen Anlagen sorgt also das Repowering (Ersetzen von alten Anlagen durch neue) durch die moderne Pitch-Regelung sogar zu einer Verminderung des Infraschalls.

Zur Verteidigung der Messungen des BGR wird oft angeführt, dass es sich bei den hohen Werten um kleine Frequenzbereiche handelt, nämlich die erwähnten Obertöne der Flügeldurchgangsfrequenz, während Messungen z.B. des Landesamtes für Umwelt Baden-Württemberg (LUBW) sogenannte Schmalbandspektren angeben – woraus fälschlicherweise der Schluss gezogen wird, die Messungen des LUBW seien nicht aussagekräftig. Hierzu muss man aber wissen, dass bei der Berechnung der Schmalbandspektren die einzelnen Frequenzen nicht gemittelt, sondern addiert werden – somit gehen Peaks einzelner schmaler Frequenzen voll in das Spektrum ein und werden nicht „weggemittelt“.

Abbildung 1: Berechnung der Schmalbandspektren der LUBW (gestrichelte Linien) als Summe der gemessenen Einzelfrequenzen (durchgezogene Linien): Die Summe liegt immer höher als die Einzelmessungen, es findet daher keine Mittelung statt (13)

Wenn diese Summe der Schalldruckpegel nun – wie das LUBW ermittelt hat – ab einer Entfernung von 700 Metern nicht mehr vom Hintergrundrauschen unterscheidbar ist, so bedeutet dies, dass auch die Peaks der Flügeldurchgangsfrequenzen ab dieser Entfernung nicht mehr messbar und wahrnehmbar sind. (13) (14)

Abbildung 2: Messergebnisse von Infraschallmessung in 300m Entfernung vom Windrad Harsdorf, kombiniert mit Betreiberdaten. Der obere Teil der Abbildung zeigt die Leistung des Windrades, der untere Teil zeigt eine “Heatmap” der Lautstärke (Farbe) als Funktion von Frequenz (y-Achse) über der Zeit (x-Achse). Hoher Schalldruckpegel in einer gewissen Frequenz über eine gewisse Zeit zeigt sich als waagrechte helle Linie. Hoher Schalldruckpegel zu einer gewissen Zeit in allen Frequenzen zeigt sich als senkrechte helle Linie. Von Messbeginn bis 4:00 Uhr war die Anlage fast bewegungslos (Leistung nahe 0), danach zeigt sich ein erhöhter Schalldruckpegel auf fast allen Frequenzen, je höher der Ton desto niedriger der Schalldruckpegel. Grün in der Heatmap eingeblendet sind die durch die Flügelgeschwindigkeit erwarteten Flügeldurchgangsfrequenzen und ihre Obertöne – die jedoch in der tatsächlichen Messung nur schwer ausgemacht werden können (die Heatmap unter den grünen Bereichen ist nur wenig heller als darüber oder darunter, d.h. bei anderen Frequenzen). Außerdem schwanken die Flügeldurchgangsfrequenzen offensichtlich mit der Windgeschwindigkeit. Man kann aus der Grafik deutlich ablesen, dass in 300 Meter Entfernung das Windrad je nach Windgeschwindigkeit mehr oder weniger Infraschall auf allen Frequenzen erzeugt, maximal jedoch 50 dB – es gibt nicht ein bestimmtes rhythmisches Geräusch. Die Wahrnehmungsschwelle von Infraschall bei 10 Hertz beträgt 90 dB – das 10.000 fache der gemessenen Schalldrücke.

Außer der genannten fehlerhaften Studie des BGR kommen sämtliche anderen Studien zu dem Ergebnis, dass die Infraschall-Emissionen von Windkraftanlagen bereits ab 200 Metern Entfernung unterhalb der Wahrnehmungsschwelle liegen (aber noch deutlich messbar sind) und ab 700 Metern auch messtechnisch kaum mehr vom Hintergrundrauschen zu unterscheiden sind. (15)

Abbildung 3: Schalldruckpegel und Wahrnehmungsschwelle von Schall in der Nähe von Windenergieanlagen (15)

Da man also hohe Töne besser hört als tiefe, und Infraschall immer zusammen mit hörbarem Schall auftritt, gibt es keine unhörbaren Wirkungen von Windkraftanlagen – so lange man nichts hört, gibt es auch keinen Infraschall.

Physiologische Effekte von Infraschall durch Windenergieanlagen

In einer Studie der Universitätsmedizin Mainz wurde nachgewiesen, dass Auswirkungen von Infraschall auf Herzmuskelfasern erst ab Schalldrücken von 110 dB auftreten (16) – das ist das 100.000-fache der maximal gemessenen Schalldrücke in der Nähe von Windenergieanlagen in einer Entfernung von 200 Metern (60 dB). (10) Zum Vergleich, übertragen auf hörbaren Lärm entsprechen 110 dB einer Motorsäge oder einem Disko-Aufenthalt, 60 dB laut ist eine Nähmaschine. (17) Darüber hinaus ist fraglich, ob die gemessenen Änderungen nicht vielmehr auf Vibrationen statt auf den Infraschall zurückzuführen sind. (18)

Obwohl der Schalldruck durch Windkraftanlagen im Infraschallbereich außer im direkten Nahbereich unterhalb der Wahrnehmungsschwelle liegt, und für Wohngebäude fast immer außerhalb der Messbarkeit, es also physikalisch unmöglich ist, dass der Infraschall irgendwelche Wirkungen haben kann, wird immer wieder darüber berichtet, dass Infraschall durch Windräder krank macht. Insbesondere genannt wird hier eine Studie von Frau Dr. Pierpont aus den USA, die den eingängigen Begriff „Wind-Turbinen-Syndrom“ prägte.

Es ist allerdings so, dass Frau Pierpont ihre Erkenntnisse ausschließlich aus Telefonaten mit 23 Personen gewann, die an Symptomen litten, welches sie selbst auf Windkraftanlagen zurückführten. D.h. nur die Beschreibungen von 23 Personen, die selbst glaubten, dass nahe gelegene Windräder sie krank machten, sind die Grundlage für das beschriebene Krankheitsbild. Die Personen wurden nicht medizinisch untersucht, es wurden keine Schall-/Infraschall-/Vibrationsmessungen an ihrem jeweiligen Wohnort durchgeführt, es wurde keine Kontrollgruppe untersucht oder befragt (also z.B. andere Personen, die ebenfalls im entsprechenden Abstand zu denselben Anlagen leben). Die Arbeit von Frau Dr. Pierpont erfüllt damit keinerlei wissenschaftliche Kriterien und ist damit wertlos. (19)

Eine Langzeitstudie am Windpark Wilstedt wies nach, dass es keine Zusammenhänge zwischen Infraschall und empfundener Belästigung gibt. (20) (21)

Psychologische Effekte

Tatsächlich ist es allerdings so, dass die Erwartung von negativen Effekten diese auch tatsächlich hervorrufen können. Da Windkraftanlagen deutlich sichtbar sind, können die von Frau Dr. Pierpont zusammengetragenen Symptome tatsächlich bei Personen auftreten, die durch entsprechende Konditionierung derlei Symptome erwarten. Es wurde dies auch wissenschaftlich experimentell bestätigt – Probanden, die durch einen Film davon überzeugt wurden, dass Infraschall negative Wirkung hätte, erlebten diese Wirkung tatsächlich, sobald sie glaubten, Infraschall ausgesetzt zu werden – auch wenn dies gar nicht der Fall war. Dieser Effekt wird als Nocebo-Effekt bezeichnet. (19)

Die gesundheitlichen Symptome werden also von den Falschinformationen durch Windkraftgegner selbst hervorgerufen – sie verbreiten Angst, und diese Angst macht krank.

Fazit

So lange man ein Windrad nicht hören kann, gibt es auch keinen Infraschall – aber die unbegründete Angst vor unhörbaren Effekten kann tatsächlich krank machen.

Quellen

  1. Lars Ceranna, Gernot Hartmann & Manfred Henger. Der unhörbare Lärm von Windkraftanlagen – Infraschallmessungen an einem Windrad nördlich von Hannover. Hannover  : Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) , 2004. https://www.bgr.bund.de/DE/Themen/Erdbeben-Gefaehrdungsanalysen/Seismologie/Downloads/infraschall_WKA.pdf?__blob=publicationFile&v=2.
  2. Wikipedia. Schalldruck. 2020. https://de.wikipedia.org/wiki/Schalldruck.
  3. —. Schalldruckpegel. 2020. https://de.wikipedia.org/wiki/Schalldruckpegel.
  4. —. Definition von Bel und Dezibel. 2020. https://de.wikipedia.org/wiki/Bel_(Einheit)#Definition_von_Bel_und_Dezibel.
  5. LUBW. Infraschall. [Online] : Landesamt für Umwelt Baden-Württemberg, 2020. https://www.lubw.baden-wuerttemberg.de/erneuerbare-energien/infraschall.
  6. Wikipedia. Schallschnelle. 2020. https://de.wikipedia.org/wiki/Schallschnelle.
  7. —. Schallintensität. 2020. https://de.wikipedia.org/wiki/Schallintensit%C3%A4t.
  8. Holzheu, Stefan. Messkampagne Windrad Harsdorf 05/2020. Bayreuth : Universität Bayreuth – Zentrum für Ökologie und Umweltforschung, 05.2020. https://www.bayceer.uni-bayreuth.de/infraschall/de/windenergi/gru/html.php?id_obj=156535.
  9. —. Messungen am Windpark Sessenreuth. Bayreuth : Universität Bayreuth – Zentrum für Ökologie und Umweltforschung, 2020. https://www.bayceer.uni-bayreuth.de/infraschall/de/windenergi/gru/html.php?id_obj=156604.
  10. LUBW. Tieffrequente Geräusche inkl. Infraschall von Windkraftanlagen und anderen Quellen. [Online] : Landesanstalt für Umwelt Baden-Württemberg, 2016. https://pudi.lubw.de/detailseite/-/publication/84558.
  11. Panu Maijala, Anu Turunen, Ilmari Kurki, et. alii. Infrasound Does Not Explain Symptoms Related to Wind Turbines. Helsinki, Finland : Government’s analysis, assessment and research activities, 2020. http://julkaisut.valtioneuvosto.fi/bitstream/handle/10024/162329/VNTEAS_2020_34.pdf?sequence=1&isAllowed=y.
  12. Holzheu, Stefan. Warum die Infraschalldrücke der BGR falsch sind. Bayreuth  : Universität Bayreuth – Zentrum für Ökologie und Umweltforschung, 2020. https://www.bayceer.uni-bayreuth.de/infraschall/de/windenergi/gru/html.php?id_obj=157380.
  13. —. Infraschallmessungen der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR). Bayreuth  : Universität Bayreuth – Zentrum für Ökologie und Umweltforschung, 2020. https://www.bayceer.uni-bayreuth.de/infraschall/de/windenergi/gru/html.php?id_obj=156886.
  14. LUBW. Fragen und Antworten zum Messbericht „Tieffrequente Geräusche inkl. Infraschall von Windkraftanlagen und anderen Quellen“. [Online] : Landesanstalt für Umwelt Baden-Württemberg, 2020. https://www.lubw.baden-wuerttemberg.de/erneuerbare-energien/messbericht-infraschall.
  15. LfU. Windenergieanlagen – beeinträchtigt Infraschall die Gesundheit? Augsburg : Bayerisches Landesamt für Umwelt, 2016. https://www.lfu.bayern.de/buerger/doc/uw_117_windkraftanlagen_infraschall_gesundheit.pdf.
  16. Ryan Chaban, Ahmed Ghazy, Eleni Georgiade, Nicole Stumpf, Christian-Friedrich Vahl. Negative Effect of High-Level Infrasound on Human Myocardial Contractility: In-Vitro Controlled Experiment. Mainz : University of Mainz, Mainz, Germany, 3.11.2019. https://www.unimedizin-mainz.de/typo3temp/secure_downloads/40563/0/2f769255d1120a41e6129364dc2f9aeba95f6cf2/NAH_28_19R5__Chaban_Vahl.pdf.
  17. WELT. Vom Ticken der Uhr bis zum Presslufthammer. [Online] : WELT, 14.08.2004. https://www.welt.de/print-welt/article334313/Vom-Ticken-der-Uhr-bis-zum-Presslufthammer.html.
  18. Holzheu, Stefan. Diskussionsseite: Studie Prof. Vahl (Johannes Gutenberg-Universität Mainz). Bayreuth : Universität Bayreuth – Zentrum für Ökologie und Umweltforschung, 01.11.2020. https://www.bayceer.uni-bayreuth.de/infraschall/de/windenergi/gru/html.php?id_obj=158177.
  19. LUBW. Fragen und Antworten zu Windenergie und Schall. [Online] : Landesanstalt für Umwelt Baden Württemberg, 11.2015. https://www.lubw.baden-wuerttemberg.de/erneuerbare-energien/windenergie-und-schall.
  20. Engelhardt, Daniel. Windpark Wilstedt: Erste Langzeit-Schall-Studie veröffentlicht. [Online] : wpd windmanager, 7.9.2020. https://www.windmanager.de/blog/windpark-wilstedt-erste-langzeit-schall-studie-veroeffentlicht.
  21. Esther Blumendeller, Ivo Kimmig, Gerhard Huber, Philipp Rettler and Po Wen Cheng. Investigations on Low Frequency Noises of On-Shore Wind Turbines. Stuttgart : MDPI acoustics, 4.5.2020. https://www.mdpi.com/2624-599X/2/2/20.

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