Unsicherheiten beim Messen .1 Ursachen

Jedes Messergebnis einer Messgröße wird in der Regel beeinflusst durch die in Abb. 6.1 gezeigten Einflusskomponenten. Danach werden Unsicherheiten hervorge-rufen durch die Unvollkommenheit des Messverfahrens, des Messgerätes und des Messobjektes. Außerdem besteht eine Beeinflussung der Messgröße durch Umge-bungseinflüsse und dem Verhalten des Untersuchers, wobei sich auch alle zeitlichen Änderungen dieser Einflüsse auswirken. In dem weiter unten beschriebenen Verfah-ren sind dann die allgemeinen Einflusskomponenten für die Ermittlung der Lärmex-position konkret angegeben. Die Messunsicherheit ergibt sich aus den systemati-schen und zufälligen Abweichungen während der Messung.

Abb. 6.1 Einflusskomponenten auf die Unsicherheit von Messergebnissen, nach [25]

6.3.2 Systematische Abweichungen

Treten durch bestimmte Ursachen immer in gleicher Weise Messabweichungen auf, so heißen sie systematische Abweichungen. Es gibt,

1. systematische Abweichungen, die während der Messung einen konstanten Be-trag und ein bestimmtes Vorzeichen (entweder „+“ oder „-“) haben. Ursache dafür kann die falsche Justierung des Messgerätes oder ein in einer Richtung falsch tendierendes Messgerät oder eine Messmethode sein.

2. systematische Abweichungen, die durch die Messung nicht erfasst werden kön-nen und ein unbestimmtes Vorzeichen haben. Diese werden beispielsweise hervorgerufen durch Umwelteinflüsse wie z. B. die Temperatur, die Feuchtigkeit, die Abnutzung, die Alterung sowie die subjektive Einschätzung von Beobach-tern, z. B. das Ablesen von Zahlenwerten von Messinstrumenten usw.

Durch einfache Wiederholung gleichartiger Messungen lassen sich systematische Abweichungen nicht erkennen.

Die Höhe des Schallpegels und andere akustische Größen der Geräuschquellen hängen entscheidend vom Aufbau, der räumlichen Umgebung und den Betriebsbe-dingungen ab. Diese Abhängigkeiten können in systematischen Abweichungen er-kannt werden. Beispielsweise bei den zu untersuchenden Schallquellen in Arbeits-stätten ist aus der Erfahrung bekannt, dass gerade die mechanische Leistung mit der akustischen Leistung eng verknüpft ist. Es gibt den direkten Zusammenhang: Anstieg mechanischer Leistung bewirkt einen Anstieg der akustischen Leistung und umge-kehrt. Daher spielt die Betriebsweise von Maschinen und Anlagen eine wichtige Rol-le. Man weiß, dass in der Regel eine 100%ige Auslastung der Maschine in einer Ar-beitsstätte einen höheren Schallpegel erzeugt als eine 75%ige oder sogar nur 50%ige Auslastung.

Damit ist die Richtung des Vorzeichens der systematischen Abweichung bekannt.

Man kann prinzipiell davon ausgehen, dass bei einer geringeren Leistung der Anlage auch der Schallpegel niedriger ist, und das gilt auch im umgekehrten Fall. Ähnliches Verhalten zeigen in der Regel auch die Band- und Taktgeschwindigkeiten von Ar-beitsbändern.

Die Größe der systematischen Abweichungen wird in den meisten Fällen unter-schätzt. Die genaue Ermittlung der systematischen Abweichungen ist jedoch nur teilweise möglich. Sie lassen sich oft nicht getrennt bestimmen. Soweit systemati-sche Abweichungen nach dem Vorzeichen ermittelt werden können, sind die Messwerte entsprechend zu korrigieren [11]

Die nicht erfassten systematischen Abweichungen, zu denen auch die zugelassenen Toleranzen der Messgeräte zu rechnen sind, sind entweder dem Betrag nach be-kannt oder müssen eingeschätzt werden. Wegen des unbestimmten Vorzeichens können die Messwerte jedoch nicht mit ihnen korrigiert werden, sondern diese Abweichungen gehen in die Messunsicherheit mit ein.

6.3.3 Zufällige Abweichungen Durch nicht erfassbare Änderungen - der Messmethode,

- des Messgerätes/der Messanordnung,

- des Messobjektes (veränderlicher Zustand des Schallfeldes), - der Messumgebung und

- der Messperson

treten zufällige Abweichungen auf. Die Hauptursachen für solche zufälligen Abwei-chungen sind im Grunde die gleichen wie für die systematischen AbweiAbwei-chungen. Je-doch sind hier die Einflusskomponenten nicht erfassbar und ergeben keinen ein-deutigen Zusammenhang zwischen Ursache und Wirkung.

Oft gelingt es jedoch durch genauere Beobachtungen, die Ursachen von zunächst für zufällig gehaltene Abweichungen aufzudecken und diese dann erfassten systemati-schen Abweichungen zuzuordnen und korrigierbar zu machen.

Die wichtigsten Ursachen für die zufälligen Abweichungen bei akustischen Messun-gen lieMessun-gen im Messobjekt (Zustand des Schallfeldes) selbst. Bei den hier zu betrach-tenden Messobjekten handelt es sich bei der Messung in der Regel um stochasti-sche Vorgänge, bei denen die Messgröße eine Zufallsvariable ist, d. h. das Messob-jekt unterliegt häufig zeitlichen und örtlichen Schwankungen, und damit auch die Messgröße selbst. Dies ist ein starkes charakteristisches Merkmal zufälliger Abwei-chungen.

Unter solchen Bedingungen ist es nicht mehr möglich, von einem sog. wahren Wert der Messgröße zu sprechen, sondern die Messgröße lässt sich nur noch durch sta-tistische Parameter beschreiben. D. h. nicht beherrschbare und nicht einseitig ge-richtete Einflusskomponenten während mehrerer Messungen am selben Messobjekt innerhalb einer Messreihe führen zu Streuungen der Messwerte um einen Mittelwert der beobachteten Messreihe und damit zu stark zufälligen Abweichungen der Mess-werte in einem Bereich, als dessen Schätzwert der Mittelwert angesehen wird. Für zufällige Abweichungen lassen sich zwar grundsätzlich die Ursachen ermitteln, ihr Betrag und ihr Vorzeichen lassen sich, da es sich um Zufallsvariablen handelt, je-doch nicht vorhersagen. Damit können natürlich auch die Messwerte nicht korrigiert werden, sie bleiben daher unsicher. Diese Abweichungen/Zufallsstreuungen gehen in die Messunsicherheit des Messergebnisses ein und können durch geeignete sta-tistische Größen gekennzeichnet und durch einen Schätzwert zahlenmäßig angeben werden. Voraussetzung ist, dass genügend Messwerte vorliegen. Die Theorie für die Behandlung zufälliger Abweichungen wird von der mathematischen Statistik bereit-gestellt.

6.4 Versuchsbedingungen

Die Einflusskomponenten der Untersuchung sind so exakt wie möglich zu erfassen.

Eine Abschätzung der Unsicherheit ist nur möglich, wenn die Einflusskomponenten quantitativ bekannt sind oder die Bedingungen sich nicht ändern. Falls sich die Be-dingungen ändern, müssen die Messungen unter den neuen Verhältnissen wieder-holt und eine neue Messunsicherheit ermittelt werden.

Bei der Auswahl des Messtages wird daher unterstellt, dass an allen Tagen der Wo-che näherungsweise gleich gearbeitet wird und die Betriebsbedingungen ähnlich sind. Dies kann man absichern, indem man einen repräsentativen Arbeitstag aus-wählt. Damit werden die Restunsicherheiten in Grenzen gehalten. Sollten diese Be-dingungen nicht eingehalten werden können und unterscheiden sich die Tages-Lärmexpositionspegel von Schicht zu Schicht sehr stark, so besteht die Möglichkeit, die Messgröße für eine Arbeitswoche zu bestimmen.

6.5 Bestimmung der Messunsicherheit auf der Grundlage der