Metrologie für Ultraschallfelder am Arbeitsplatz - Ein praxistaugliches Messverfahren zur validen Bestimmung der Luftultraschallexposition im Kontext des Arbeitsschutzes

Luftultraschall emittierende Quellen sind heutzutage in vielen Bereichen des Lebens anzutreffen. Insbesondere an industriellen Arbeitsplätzen haben Technologien mit Hochleistungsultraschall zahlreiche und vielfältige Anwendung gefunden. Aufgrund der zunehmenden Verbreitung von Ultraschalltechnologien ist ein anwachsender Personenkreis gegenüber Luftultraschall exponiert. Arbeitgebende sind gesetzlich dazu verpflichtet, zum Schutz vor tatsächlichen und möglichen Gefährdungen der Gesundheit und Sicherheit der Beschäftigten eine Gefährdungsbeurteilung durchzuführen. Hierfür ist die Exposition gegenüber jedem Schall - also auch Ultraschall - zu ermitteln und zu bewerten. Bislang existierte jedoch kein praxistaugliches, wissenschaftlich fundiertes, standardisiertes Messverfahren, um die Exposition gegenüber Ultraschall am Arbeitsplatz valide messen zu können.
Die vorliegende Arbeit widmet sich der Entwicklung eines solchen Messverfahrens, welches die Charakteristika von luftgeleitetem Ultraschall berücksichtigt und für eine Anwendung im Rahmen des Arbeitsschutzes geeignet ist. Nach dem Aufbau eines Labormesssystems zur räumlich hochauflösenden Vermessung von Luftultraschallfeldern in den Laboren der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) wurde das Schallfeld einer repräsentativen industriellen Luftultraschallquelle vermessen und der Einfluss einer im Schallfeld befindlichen Person untersucht. Im Ergebnis zeigten sich fein strukturierte Schallfelder mit maximalen Schalldruckpegeln von über 130 dB (re 20 µPa). Die heterogenen räumlichen Schalldruckpegelverteilungen waren durch eine omnidirektionale Schallemission der Quelle sowie lokale Schalldruckextrema mit hohen Schalldruckpegeldifferenzen von bis zu 40 dB und geringen Abständen im Millimeterbereich gekennzeichnet.
Die Untersuchungsergebnisse belegten, dass die im Hörschallbereich etablierten Messverfahren für die Anwendung im Ultraschallbereich ungeeignet sind, und motivierten ein neues Messverfahren, bei dem das Mikrofon während der Datenakquise abstreifend durch das Messvolumen geführt wird. Um den Anforderungen im Arbeitsschutz nach einer praxistauglichen, zeitsparenden und gleichermaßen validen Expositionsbestimmung gerecht zu werden, wurden Untersuchungen hinsichtlich Auflösung und Mikrofongröße durchgeführt. Hierzu wurden die Schallfelddaten hinsichtlich der auftretenden Schalldruckpegel und der räumlichen Struktur mit Methoden der Statistik und Bildverarbeitung parametrisiert. Anhand der Parameter und bezogen auf zuvor definierte Akzeptanzgrenzen wurden nach einer systematischen Variation der Auflösung und Simulationen von Messungen mit unterschiedlichen Mikrofongrößen entsprechende Mindestanforderungen abgeleitet.
Eine abschließende Validierung des entwickelten Messverfahrens im Rahmen von Messungen im industriellen Umfeld bestätigte die Praxistauglichkeit, Robustheit und Allgemeingültigkeit des Messverfahrens für unterschiedliche Ultraschallmodalitäten.