Einen lauten Ton zu erzeugen ist einfach. Einen Ton zu erzeugen, an den man sich nicht gewöhnen kann, ist Forschungsarbeit.
Diese Seite erläutert, worauf LIMA SHIELD beruht: achtzig Jahre Forschung zu Gehör, Hörschmerz und Psychoakustik, und was jedes dieser Ergebnisse für die Konstruktion des Produkts vorgegeben hat. Die Quellen sind angegeben, sie sind öffentlich, und Sie können sie überprüfen.
Die Idee, Schall als Mittel der Abschreckung einzusetzen, ist weder neu noch eine Randerscheinung. Sie wurde von Institutionen untersucht, finanziert und dokumentiert, für die das kein Zeitvertreib war.
Im Zweiten Weltkrieg wird die psychologische Wirkung extremen Lärms zu militärischen Zwecken analysiert. Zum ersten Mal wird gemessen, dass ein Ton einen Menschen zurückweichen lassen kann, ohne dass ein einziges Projektil abgefeuert wird.
Die Arbeiten von Peter J. Westervelt zu parametrischen akustischen Arrays zeigen, dass sich schmale, gerichtete Schallstrahlen erzeugen lassen. Das ist die theoretische Grundlage aller späteren gerichteten Akustiksysteme.
Labore, darunter die der NASA, setzen die Forschung zu diesen parametrischen Arrays für Anwendungen unter Wasser, in der Industrie und in der Atmosphäre fort. Die gerichtete Akustik verlässt das Labor.
Die DARPA finanziert Forschungsprogramme zu akustischen Systemen und Schallprojektoren. Die physiologischen und neurologischen Wirkungen von Schallwellen werden systematisch untersucht.
Das LRAD (Long Range Acoustic Device) wird offiziell eingeführt. Es wird zum Schutz von Schiffen und Stützpunkten sowie in Einsatzgebieten verwendet. Akustische Abschreckung wird zur Standardausrüstung von Institutionen.
Wir haben auf dieser Grundlage ein System entwickelt, das gezielt für die zivile Nutzung konzipiert, begrenzt und geregelt ist: einstellbare Intensität, Vorwarnung durch Signaltöne, einstellbare Dauer der Schallabgabe, automatische Abschaltung. Die Technologie ist von dieser Forschung inspiriert; das Produkt selbst ist für ein Haus, ein Geschäft oder ein Lager gemacht.
Das menschliche Ohr hört nicht alle Frequenzen gleich laut. Bei gleichem Schalldruckpegel werden manche deutlich lauter wahrgenommen als andere. Das beschreiben die Isophonen (Kurven gleicher Lautstärke), eines der am besten gesicherten Ergebnisse der gesamten Akustik.
Die grundlegenden Arbeiten. Fletcher und Munson (1933) erstellen die ersten Kurven gleicher Lautstärke. Robinson und Dadson (1956) verfeinern sie. Die Norm ISO 226:2003 ist heute maßgeblich.
Was sich daraus ableiten lässt: Bei gleichem Pegel wird ein Ton im Frequenzband von 2 bis 5 kHz lauter, dringlicher und unangenehmer wahrgenommen als andere.
Zwei anatomische Gründe erklären diese maximale Empfindlichkeit. Erstens entspricht dieses Band der Resonanz des Gehörgangs: Der Kanal selbst verstärkt diese Frequenzen, noch bevor sie das Trommelfell erreichen. Zweitens ist es der kritische Bereich für das Sprachverstehen: Das menschliche Gehirn verarbeitet ihn mit besonderer Priorität, weil sich dort die Verständlichkeit der Sprache entscheidet.
Die Folge für die Konstruktion: Wer in diesem Band sendet, erzielt bei gegebener elektrischer Leistung die größte Wirkung. Das ist keine rohe Kraft, sondern gezielte Abstimmung.
Die Schwelle, ab der ein Ton nicht mehr nur unangenehm, sondern unerträglich wird, ist von Gesundheitsbehörden und durch Normen zum Gehörrisiko dokumentiert.
Die Quellen. Weltgesundheitsorganisation, Environmental Noise Guidelines. NIOSH und CDC, Occupational Noise Exposure. Norm ISO 1999 zur Abschätzung des Gehörrisikos.
Gesichertes Ergebnis: Die durchschnittliche Schmerzschwelle des Gehörs liegt zwischen 120 und 130 dB SPL.
Bei diesen Pegeln treten drei Phänomene auf: ein reflexartiger Fluchtimpuls, die Unfähigkeit, sich freiwillig weiter auszusetzen, und akuter Stress mit funktioneller Desorientierung. Der wichtige, oft missverstandene Punkt: Es handelt sich nicht um eine bewusste Überlegung. Man entscheidet nicht, einen solchen Schallpegel auszuhalten. Die Reaktion beruht auf archaischen neurosensorischen Reflexen, die vom Hirnstamm gesteuert werden, lange bevor der Wille ins Spiel kommt.
Deshalb ist LIMA SHIELD von 86 bis 138 dB in einem Meter Abstand einstellbar. Schon bei 86 dB, der niedrigsten Einstellung, ist der Ton so unangenehm, dass der Aufenthalt lästig wird; die hohen Einstellungen, von 120 bis 138 dB, erreichen die Schmerzschwelle. Je nach Einsatz genügt ein Bereich von 128 bis 133 dB, um die gewünschte Wirkung zu erzielen, ohne bei kurzer Exposition die Schwellen zu erreichen, die mit bleibenden Schäden verbunden sind. Ziel ist die Unterbrechung des Eindringens, nicht die Verletzung.
Hier entscheidet sich der Unterschied zwischen einer sehr starken Sirene und einem Schallschild. Eine Sirene mit 130 Dezibel zu bauen ist technisch einfach. Ein Signal zu erzeugen, an das sich das Gehirn nicht gewöhnen kann, ist eine ganz andere Disziplin.
Das weltweite Standardwerk. Zwicker und Fastl, Psychoacoustics: Facts and Models. Das Werk zeigt, dass die empfundene Belästigung nicht nur vom Pegel in Dezibel abhängt, sondern von mehreren psychoakustischen Größen: Loudness (Lautheit), Sharpness (Schärfe), Roughness (Rauigkeit), Fluctuation Strength (Schwankungsstärke) und Tonhaltigkeit.
Nachgewiesene Wirkung: Ein tonaler, modulierter Ton wird als deutlich unerträglicher beurteilt als ein gleichmäßiges Geräusch mit gleichem Pegel.
Der Mechanismus ist die perzeptive Adaptation. Bei einem konstanten Reiz passt sich das Hörsystem an: Die Wahrnehmung stumpft ab, die Aufmerksamkeit wendet sich ab, die Belästigung wird erträglich. Genau das geschieht bei einer klassischen Sirene nach einigen Dutzend Sekunden, und genau das wissen erfahrene Einbrecher auszunutzen.
Die Arbeiten zu Habituation und Modulation. Hellbrück et al. (1999), Fastl (2007) und die Norm DIN 45692 zur Messung der Rauigkeit.
Was diese Studien zeigen: Bei einem konstanten Ton passt sich das Gehirn an. Bei einem modulierten, schwankenden Ton ist die Anpassung stark eingeschränkt. Die Folge sind kognitive Ermüdung, Stress und die Unmöglichkeit, das Signal auszublenden.
Streng formuliert: Zeitliche und spektrale Variationen verringern die perzeptive Adaptation und erhöhen die subjektive Belästigung. Das Signal von LIMA SHIELD ändert sich mehrmals pro Sekunde, nach einem kontrollierten, sich entwickelnden Verlauf. Das Gehirn kann es weder vorhersagen noch sich daran gewöhnen noch es in den Hintergrund drängen. Die Belästigung nimmt mit der Zeit nicht ab, sondern bleibt konstant.
Ein Ton sehr hoher Intensität wird nicht nur gehört. Er wirkt auf das Gleichgewicht und auf die Raumwahrnehmung.
Die Quellen. Brian C. J. Moore, An Introduction to the Psychology of Hearing, Standardwerk zur Psychologie des Hörens. NIOSH-Studien zum Zusammenhang zwischen Lärm und Gleichgewicht.
Gesicherte Daten: Sehr intensive Töne stören das Gleichgewichtssystem (Vestibularsystem), mit berichteten Wirkungen wie räumlicher Desorientierung, Schwierigkeiten bei der Fortbewegung, vorübergehender Verwirrung und akutem Stress.
Fachlich formuliert: Pegel und Charakter des Schallreizes verursachen eine sensorische Überlastung, die zu funktioneller Desorientierung führt. Konkret: Wer dem Ton ausgesetzt ist, will nicht nur weg, sondern hat auch Mühe, sich zu orientieren, zu kommunizieren und koordiniert zu handeln. Das erklärt, warum selbst ein entschlossener Eindringling unterbricht, was er gerade tut.
Deshalb genügt es auch nicht, sich die Ohren zuzuhalten. Der Schalldruck ist körperlich spürbar, insbesondere durch Vibrationen an Schädel und Brustkorb. Selbst mit echtem Gehörschutz bleibt dem Eindringling jede brauchbare Wahrnehmung seiner Umgebung verwehrt: Er hört nicht mehr, was um ihn herum geschieht, auch nicht, ob andere Personen eintreffen.
Ein Abschreckungssystem, das man findet, ist ein System, das man außer Betrieb setzt. In Innenräumen arbeitet die Physik für uns.
Die Quellen. Heinrich Kuttruff, Room Acoustics, das Standardwerk der Raumakustik. Norm ISO 3382 zur Messung des Nachhalls.
Bekannte Wirkung: Bei hohem Schalldruckpegel und Nachhall vervielfachen sich die Reflexionen, die Richtungsinformationen gehen verloren, und es entsteht der Eindruck eines allgegenwärtigen Tons.
Das Phänomen ist in Umgebungen mit harten Wänden besonders ausgeprägt: geflieste Räume, Treppenhäuser, Lagerhallen, Industriehallen, Technikräume. Der Ton wird von den Oberflächen reflektiert, füllt nach und nach den Raum, und das Ohr verliert die zeitlichen Anhaltspunkte, mit denen es eine Quelle normalerweise ortet.
Die Folge für den Eindringling ist unmittelbar: Er kann den Ursprung des Signals nicht ausmachen, um sich am Gerät zu schaffen zu machen. Hinzu kommt der Sabotageschutz des Geräts, der bei einem Abreißversuch die Abschreckung auslöst. Die einzige gangbare Richtung bleibt der Ausgang.
Jedes wissenschaftliche Ergebnis auf dieser Seite hat eine konkrete Umsetzung im Gerät. Keine Konstruktionsentscheidung ist Kosmetik.
| Das wissenschaftliche Ergebnis | Seine Umsetzung in LIMA SHIELD |
|---|---|
| Maximale Hörempfindlichkeit zwischen 2 und 5 kHz (Isophonen, ISO 226) | Schallabgabe abgestimmt auf das Frequenzband von 2 bis 5 kHz |
| Schmerzschwelle zwischen 120 und 130 dB SPL (WHO, NIOSH, ISO 1999) | Einstellbarer Bereich von 86 bis 138 dB in 1 Meter Abstand, üblicher Einsatz zwischen 128 und 133 dB |
| Bei einem konstanten Ton setzt perzeptive Adaptation ein (Zwicker & Fastl) | Signal mehrmals pro Sekunde moduliert, kontrollierter und sich entwickelnder Verlauf |
| Sensorische Überlastung und funktionelle Desorientierung (Moore, NIOSH) | Gleichmäßige Ausbreitung, die den ganzen Raum statt nur eines Punktes ausfüllt |
| Verlust der Richtungsinformationen in halliger Umgebung (Kuttruff, ISO 3382) | Positionierung und Ausbreitung darauf ausgelegt, Reflexionen zu nutzen, Quelle schwer zu orten |
| Gehörrisiken entstehen bei längerer Exposition (ISO 1999) | Vorwarnung durch Signaltöne, Zeitverzögerung, Schallabgabe in Sequenzen mit Ton und Pausen im Wechsel, automatische Abschaltung |
Hinzu kommen die Tests am Produkt selbst: akustische Messungen nach EN 61672-1 (Klasse 2) und EN 50332-2, Konformität mit der Richtlinie 2003/10/EG zur Lärmexposition und Einzelprüfung des Schallzyklus vor dem Versand jedes Geräts.
Wissenschaftliche Sorgfalt heißt auch, abzugrenzen, was die zitierten Arbeiten belegen und was nicht.
Schließlich ein nützlicher Hinweis zur Exposition: Wie bei jedem akustischen System hoher Intensität kann eine sehr nahe und längere Exposition bleibende Hörschäden verursachen. Genau das verhindert der Nutzungsrahmen, mit der Vorwarnphase und den Installationsregeln. Den vollständigen Rechtsrahmen finden Sie hier.
| Bereich | Quellen |
|---|---|
| Hörempfindlichkeit und Isophonen | Fletcher & Munson (1933) · Robinson & Dadson (1956) · ISO 226:2003 |
| Hörschmerz und Risiko | WHO, Environmental Noise Guidelines · NIOSH / CDC, Occupational Noise Exposure · ISO 1999 |
| Psychoakustik der Belästigung | Zwicker & Fastl, Psychoacoustics: Facts and Models · Hellbrück et al. (1999) · Fastl (2007) · DIN 45692 |
| Hören, Gleichgewicht und Desorientierung | Moore, An Introduction to the Psychology of Hearing · NIOSH-Studien zu Lärm und Gleichgewicht |
| Akustik geschlossener Räume | Kuttruff, Room Acoustics · ISO 3382 |
| Gerichtete Akustik | Arbeiten von Westervelt zu parametrischen akustischen Arrays · Programme von NASA und DARPA · LRAD (2003) |
| Messung und Konformität des Produkts | EN 61672-1 (Klasse 2) · EN 50332-2 · Richtlinie 2003/10/EG |
Diese Arbeiten sind öffentlich. Wir zitieren sie, weil sie die Grundlage der Konstruktion bilden und weil ein informierter Käufer überprüfen können muss, was man ihm sagt.
Die Vorführung mit einem Sicherheitsexperten ist der direkteste Weg, den Unterschied zwischen einem lauten Ton und einem gezielt aufgebauten Signal zu verstehen. LIMA SHIELD wird in limitierten Serien gefertigt und ist regelmäßig ausverkauft.
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