Näher am Menschen
- Das personalisierte, miniaturisierte Dosimeter (Quelle: Alexander Müller)
von Michael Eißmann, Stefan Herbert, Sabrina Kunze und Marco Strecker
Kreischende Kreissägen, lärmende Triebwerke oder Konzertbeschallung auf Rechtsanschlag - Lärmquellen am Arbeitsplatz können vielfältig sein. Und wer dieser "Musik der besonderen Art" tagtäglich ausgesetzt ist, wird früher oder später bleibende Ohrschädigungen davontragen. Dabei darf der Schalldruckpegel im Arbeitsumfeld einen Grenzwert von 85 dB(A) nicht dauerhaft überschreiten. Trotz dieser berufsgenossenschaftlichen Richtlinie fehlten bisher Geräte, die Lärmemissionen individuell und personenbezogen überwachen und vor der Überschreitung dieses Schwellenwertes warnen.
- Die Gehörsonden im Detail (Quelle: Michael Eißmann)
Seit mittlerweile zwei Jahren forschen Dipl.-Ing. Alexander Müller und sein Team des Fachgebietes Biomechatronik der Technischen Universität Ilmenau an der Konzeption eines Gerätes, das diesem Mangel entgegenwirken soll. Das so genannte personalisierte, miniaturisierte Dosimeter (PMD) soll in der Lage sein, sowohl den Schallreiz und die damit einhergehende Belastung, als auch die personenspezifische physische Reaktion darauf zu messen. Die Möglichkeit des Innenohrs, selbst Schallwellen produzieren und abstrahlen zu können, wird bei der otoakustischen Emission (OAE) genutzt und dient außerdem zu dessen Funktionsprüfung. Im Gegensatz zu bisherigen otoakustischen Emissionsmessungen, die nur unter aufwändigen
Laborbedingungen möglich waren, ist das Dosimeter so konstruiert, dass es durch seine sehr kleine und leichte Baugröße eine mobile Messung in nahezu jeder Lebenssituation ermöglicht, ohne den Träger in seiner Handlungsfreiheit einzuschränken. Mit Hilfe zweier Gehörsonden wird zum einen die menschliche, stereophone Hörwahrnehmung berücksichtigt und zum anderen der Schall dort gemessen, wo er tatsächlich eintrifft - nämlich direkt vor dem Trommelfell.
- Bestandteile und Funktionsweise des PMD
Dies ist gegenüber älteren Modellen, bei denen die Messung durch lediglich ein Mikrofon im Raum, beziehungsweise an einem Helm oder der Schulter erfolgte, ein Novum. „Bei herkömmlichen Dosimetern wird das Wichtigste, nämlich der Mensch selbst, meistens vergessen. Der PMD soll daher näher am Menschen sein“, erklärte der Medientechnologe Alexander Müller das Anliegen des neuen Gerätes.
Die Funktionsweise des Dosimeters ist denkbar einfach: In die individuell angefertigte Otoplastik der Gehörsonde sind Sensoren und Aktoren integriert, die gleichzeitig Schall aufnehmen und auch senden können. Die Person trägt je eine Otoplastik pro Ohr. Im Ohr entsteht dabei ein kleiner abgeschlossener Luftraum zwischen Trommelfell und der Sonde. Darin wird der eintreffende Schall gemessen und über Bluetooth an einen PDA mit eigens entwickeltem
Auswertungsfrontend übertragen, der die Daten speichert und verschiedene physikalische Größen analysiert: Der momentane Schalldruck wird ständig angezeigt und zu einem Tagesexpositionspegel aufaddiert. Sollten dabei Grenzpegel überschritten werden, warnt das Gerät den Träger mit einem Signalton über einen integrierten Lautsprecher.
- Eine Probandin in der Hörprüfkabine (Quelle: Michael Eißmann)
Bei der Entwicklung galt es, einige technische Probleme zu lösen und Modifikationen vorzunehmen. Zwar unterstützt Bluetooth grundsätzlich drei Audiokanäle, wovon Windows jedoch nur einen Audiokanal nutzen konnte. Durch den Einsatz von Linux und Modifikationen am Chip konnten letztlich zwei Kanäle aktiviert werden.
In Zusammenarbeit mit der Universität Heidelberg, dem Universitätsklinikum Jena, Hals-Nasen-Ohrenärzten und Mechatronikern ist es dem Projektleiter Hartmut Witte und Koordinator Alexander Müller gelungen, einen exemplarischen Prototyp des Gerätes zu entwerfen. Es ist eine beispielhafte Umsetzung, die das Gesamtkonzept zeigt, allerdings noch nicht in die Produktion gehen kann.
Neben dem Entwicklungsprozess an dem Dosimeter werden parallel experimentelle Messungen zur otoakustischen Emission in Studentenclubs und Lärmbetrieben vorgenommen und durch Studien und Diplomarbeiten begleitet. Hier geht man der Fragestellung nach, ob die OAE als Indikator für chronischen Lärmschaden geeignet sind. Beispielsweise wurden Messungen vor und nach einem Clubbesuch mit lauter Musik in einer akustisch abgeschlossenen Hörprüfkabine durchgeführt. Es konnten hierbei temporäre Hörschwellenverschiebungen nachgewiesen werden, indem Differenzkurven ermittelt wurden, die einen Befund über die individuelle Hörcharakteristik der Person geben. Jede zeitliche Verschiebung hat auch gleichzeitig Auswirkungen auf die permanente Hörschwellenverschiebung und den damit einhergehenden chronischen Lärmschaden.
Der Funktionsumfang des PMD kommt sowohl dem Arbeitnehmer zum Schutze seines Hörvermögens als auch dem Arbeitgeber in rechtlicher Hinsicht zu Gute. Bei medizinisch anerkannter Hörschädigung als Berufskrankheit muss die Unfallversicherung in der Regel für finanzielle Entschädigungen aufkommen. "Und immerhin ist die Lärmschwerhörigkeit in Deutschland bei den anerkannten Berufskrankheiten auf Platz Eins", teilt Alexander Müller in einem Interview mit. Er bezieht sich dabei auf ein Forschungsprojekt zur Messung otoakustischer Emissionen von Kollegen aus Dortmund, Berlin und Dresden.
Durch die einfache Handhabung des PMD kann nun mit geringem Aufwand nachgewiesen werden, ob Hörschädigungen der Angestellten berufsbedingt oder durch Freizeitaktivitäten wie beispielsweise Diskothekenbesuche oder Motorradfahren entstanden sind. Somit hat der Arbeitgeber einen Nachweis, inwieweit die Hörschädigungen mit dem Arbeitsplatz in Verbindung gebracht werden können. In diesem Zusammenhang ist zu klären, was Hörschädigung überhaupt bedeutet. Unter Hörschädigung versteht man die Schädigung des Innenohrs, sprich die Schädigung der Sinneszellen, die mechanischen Schall in elektrische Reizpotentiale wandeln. Sind diese Sinneszellen verletzt, wird das Hörvermögen eingeschränkt. Die Selektivität in Bezug auf Frequenzen nimmt ab und die Person benötigt stärkere Stimuli, um eine entsprechende Sensibilität für Signale zu erreichen.
Zukünftig soll auch die Beanspruchung und damit die Funktion des Innenohres überprüft werden. Im Fokus der Betrachtung steht die Messung der individuellen Verletzlichkeit des Ohres. Denn nicht alle Menschen reagieren auf Lärmbelastungen in gleicher Weise: Man unterscheidet zwischen Glas- und Steinohren. Die Übergänge sind jedoch fließend.
Weiterhin ist es durch die personenspezifische Anpassung der Otoplastik an die Form des Ohres möglich, das Gerät als hochwertigen Gehörschutz zu benutzen. Gleichzeitig soll durch den Einsatz von Filtern für bestimmte Frequenzen die Person aktiv in ihrem Hörprozess unterstützt werden. Hauptaugenmerk der Weiterentwicklungen des Gerätes sind vor allem diverse Fehlerbeseitigungen. So soll zum Beispiel aus ergonomischen Gründen und aus Gründen eines unproblematischen Arbeitsablaufs nur die notwendige Elektronik in die Otoplastik integriert werden, die für die Messungen essentiell ist. Auch im Bereich der Energieversorgung besteht noch Handlungsbedarf. Die Akkuleistung von derzeit fünf Stunden muss auf mindestens zehn Stunden erhöht werden, um einen gesamten Arbeitstag abzudecken. Ein weiteres Anliegen ist der Ausbau der Dynamikauflösung von 48 dB auf 120 dB, um das gesamte Spektrum des menschlichen Hörvermögens auszuschöpfen. Dadurch vergrößern sich aber auch die Datenpakete, die übertragen werden müssen, wofür auf der einen Seite Bluetooth perspektivisch nicht ausreichen wird und sich auf der anderen Seite die Anforderungen an einen niedrigen Stromverbrauch verstärken.
Genug Ideen sind also vorhanden. Lediglich die Finanzierung gestaltet sich sehr schwierig: Da das Projekt komplett von Drittmitteln getragen wird, sind die Forscher ständig damit beschäftigt, Geldgeber zu organisieren und Anträge zu stellen. In naher Zukunft soll eine Rückbesinnung auf die Grundlagenforschung zum menschlichen Hörprozess erfolgen, um zum einen neue Erkenntnisse in die Entwicklung des PMD einfließen zu lassen und zum anderen damit neue Gelder zu aquirieren.