Prof. Dr. Werner Roos, Titisee-Neustadt, Dezem­ber 2022

Seitdem die Bundes­re­gie­rung die Aufstel­lung von Windener­gie­an­la­gen (WEA) zu einer Frage der natio­na­len Sicher­heit erklärt hat, wird von Landes­re­gie­run­gen und ihren Planungs­be­hör­den eine extreme Flächen­dichte dieser Anlagen angestrebt wie in keinem anderen Land Europas. Die Schutz­ab­stände zu Anwoh­nern wurden in den Bundes­län­dern auf einige hundert Meter bis etwa 1 km reduziert. Damit wird ein steigen­der Anteil von Bürgern der Emission dieser Anlagen ausge­setzt. Gleich­zei­tig steigt die Anzahl erkrank­ter Anwoh­ner von Windan­la­gen, die sich u.a. in der Deutschen Schutz­ge­mein­schaft Schall (DSGS) oder anderen Verbän­den zusam­men­ge­schlos­sen haben. Es besteht kaum Zweifel, dass die Infra­schall-Emission dieser Anlagen im wesent­li­chen das weitrei­chende  Gesund­heits­ri­siko darstellt. Bundes- und Landes­re­gie­run­gen, ihre Planungs­be­hör­den und ihnen naheste­hende Wissen­schaft­ler versu­chen seit langem, diese Emission als unerheb­lich oder ungefähr­lich darzu­stel­len. Als im Jahr 2021 die Bundes­an­stalt für Geolo­gie und Rohstoffe (BGR) nach berech­tig­ter Kritik eine Korrek­tur ihrer bis dato benutz­ten Mess-Skala publi­zierte (die Schall­druck­pe­gel wurden um 36 dB nach unten korri­giert), wurde dies zum Anlass genom­men, Infra­schall aus WEA öffent­lich zu verharm­lo­sen. Nach dem Abflauen des Medien­rum­mels blieb die Tatsa­che zurück, dass sich der Gegen­stand der Messun­gen (d.h. die reale Emission) und damit die Gesund­heits­pro­bleme der Anwoh­ner durch die Messun­gen nicht ändern.

Der Verlauf des Luftdrucks an einer rotie­ren­den Windener­gie­an­lage lässt verschie­dene Arten der Emission erken­nen: Luftwir­bel (Wirbel­schlep­pen), hörba­rer Schall und Infra­schall. Mecha­ni­sche Schwin­gun­gen in einem elasti­schen Medium sind defini­ti­ons­ge­mäß „Schall“, bei Frequen­zen unter­halb von 20 Hz wird dieser als Infra­schall bezeich­net. Inner­halb von Gebäu­den gilt Infra­schall wegen seiner gerin­gen Dämmbar­keit, großen Reich­weite, fehlen­der Hörbar­keit und der empfind­li­chen Wahrneh­mung im Menschen als das wesent­li­che Gesund­heits­ri­siko. Seit langem ist bekannt, dass der von WEA emittierte Infra­schall Spezi­fika aufweist: steile peaks des Schall­drucks , deren Frequenz (Häufig­keit) und Ampli­tude (Ausmaß der Druck­schwan­kung) durch die Größe der Anlage und ihre Drehzahl bestimmt wird (Abb. 1).

		Abb. 1: Schmal­band­spek­tren von Infra­schall-Messun­gen in einem Wohnge­bäude (Quelle: Bahtia­rian u. Beaudry 2015, fig.6) Zwei dreiflü­ge­lige Windan­la­gen mit konstan­ter Drehzahl arbei­ten in ca. 400 m und ca. 800 m Entfer­nung vom Gebäude. Das Grund­ni­veau des Schall­drucks wird wesent­lich durch die Windge­schwin­dig­keit (s. Insert) bestimmt:  an den Fußpunk­ten der Druck­peaks werden für 3,6 m/s (grün) und 8 m/s (blau) deutlich unter­schied­li­che Pegel gemes­sen. Die Höhe der peaks ist dagegen kaum von der Windge­schwin­dig­keit abhän­gig, erkenn­bar an den Oberschwin­gun­gen 2x BPF – 6x BPF. Jede Flügel­pas­sage am Mast bewirkt eine ähnli­che Erhöhung des momen­ta­nen Schall­drucks: ein um 12 dB erhöh­ter Pegel (ables­bar auf der y‑Achse) bedeu­tet einen etwa vierfach höheren Schall­druck. Die Höhe der Druck­peaks wird also nicht von der Windstärke, sondern von der (hier konstan­ten) Drehge­schwin­dig­keit bestimmt. Der peak der Grund­fre­quenz 1x BPF liegt bei 0,72 Hz (entspre­chend der Drehzahl von 14,4 U/min) und geht bei steigen­der Windstärke zuneh­mend im Hinter­grund­rau­schen unter.

Die Grund­fre­quenz der Emission heuti­ger Anlagen liegt zwischen 1 Hz und 3 Hz (bei 3‑Flü­gel-Anlagen mit Drehzah­len zwischen 20 U/min und 60 U/min), zugleich entste­hen Oberschwin­gun­gen (Harmo­ni­sche), die im Bereich bis etwa 10 Hz gut erkenn­bar sind.

Neben dem luftge­tra­ge­nen Infra­schall verur­sa­chen Windan­la­gen auch Vibra­tio­nen des Unter­grunds bei ähnli­chen Frequen­zen (Körper­schall), die sich in festem Gestein über viele Kilome­ter ausbrei­ten. In Gebäu­den wurde die Wechsel­wir­kung dieses Körper­schalls mit luftge­tra­ge­nem Infra­schall beobach­tet, die zu lokalen Auslö­schun­gen und Verstär­kun­gen führen kann (1). Auch Wechsel­wir­kun­gen zwischen den o.g. Emissio­nen sind möglich, z.B. die Modula­tion von Ampli­tu­den und die Verfrach­tung schwin­gen­der Luftmas­sen durch Wirbelschleppen.

Die für gesund­heit­li­che Risiken entschei­dende Eigen­schaft des Infra­schalls aus WEA ist nicht die Höhe des Schall­drucks (maximal oder gemit­telt), sondern die Abfolge abrup­ter, periodi­scher Änderun­gen. Dabei handelt es sich um die o.g. peaks des Luftdrucks, die durch rasche Kompres­sion der Luft zwischen den rotie­ren­den Flügeln und dem Mast entste­hen (2). Offen­bar enthal­ten die periodi­schen, raschen Druck­än­de­run­gen eine für den Menschen dekodier­bare Infor­ma­tion (s.u.). Dagegen verur­sacht peakfreier Infra­schall, etwa das „unstruk­tu­rierte“ oder „statis­ti­sche“ Rauschen des Windes an einer ruhen­den Anlage, keine bekann­ten Gesund­heits­schä­den, auch wenn er ähnlich hohe Schall­dru­cke erreicht wie aus einer rotie­ren­den WEA  (2). Gleiches gilt für unstruk­tu­rier­tes Rauschen bei natür­li­chen Vorgän­gen, z.B. der Meeres­bran­dung, oder bei der oft kolpor­tier­ten „Autofahrt mit offenem Fenster“.

Die Reich­weite des luftge­tra­ge­nen Infra­schalls aus WEA beträgt mehrere km und ist inzwi­schen weltweit dokumen­tiert. Messun­gen der Bundes­an­stalt für Geolo­gie und Rohstoffe (BGR) zeigen die peak-halti­gen Emissio­nen von WEA in mehr als 10 km Entfer­nung, auch nach der o.g. Korrek­tur von Schall­dru­cken im Jahr 2021 (3). Die Reich­weite steigt mit der Anlagen­größe und wird durch Landschafts- und Gebäu­de­struk­tur sowie meteo­ro­lo­gi­sche Vorgänge modifi­ziert. Auch Gesund­heits­pro­bleme von Anwoh­nern wurden noch in mehre­ren km Entfer­nung dokumen­tiert: für die Leitsym­ptome „hochgra­di­ger Schlaf­man­gel“ und „Schwin­del­an­fälle“ wurde z.B. in Entfer­nun­gen von 4–5 Kilome­ter eine signi­fi­kante Häufung nachge­wie­sen (4). Abstände von 1 km oder weniger bieten heute keinen effek­ti­ven Gesund­heits­schutz für Anwohner.

Bei aktuel­len Planun­gen werden die unzurei­chen­den Schutz­ab­stände noch immer mit dem Hinweis auf die Publi­ka­tion der LUBW von 2016 (5) gerecht­fer­tigt, die dem Infra­schall aus einer Windan­lage in 700 m Abstand Schall­dru­cke beschei­nigt, die von einer ruhen­den Anlage nicht unter­scheid­bar sind. Sie beruht jedoch auf fachlich unzurei­chen­den Messun­gen: u.a. liegen im kriti­schen Frequenz­be­reich unter­halb von 8 Hz zu wenige Daten mit der erfor­der­li­chen Auflö­sung vor, das Hinter­grund-Rauschen wurde nicht klar von der Emission der Anlage getrennt, und es erfolg­ten keine Messun­gen inner­halb von Gebäuden.

Die Wahrneh­mung der Infra­schall-peaks aus WEA im mensch­li­chen Körper wurde bisher weder durch Studien mit Testper­so­nen noch im Labor­ex­pe­ri­ment erforscht. Es wurde jedoch die Einwir­kung sinus­för­mi­ger Infra­schall-Wellen unter­sucht, die keine erkenn­ba­ren Gesund­heits­pro­bleme verur­sa­chen (6). Dennoch liefern derar­tige Experi­mente grund­sätz­li­che Hinweise auf Angriffs­punkte von Infra­schall und zum Gesund­heits­ri­siko betrof­fe­ner Anwoh­ner: sinus­för­mi­ger Infra­schall von 12 Hz (also von ähnli­cher Frequenz wie die peaks aus WEA) aktiviert im Gehirn von Testper­so­nen definierte Regio­nen, ohne dabei einen Hörein­druck zu erzeu­gen (7). Diese im Unter­be­wusst­sein ansprech­ba­ren Regio­nen kontrol­lie­ren gesund­heit­li­che Parame­ter, die bei Anwoh­nern von Windan­la­gen oft gestört sind, wie Atemfre­quenz, Blutdruck und Angst­re­ak­tio­nen. Das Leitsym­ptom des hochgra­di­gen Schlaf­man­gels ist häufig Ausgangs­punkt für Folgeschäden.

Senso­ren für nieder­fre­quente Schwin­gun­gen einschließ­lich Infra­schall existie­ren vermut­lich in mehre­ren Organen, sehr wahrschein­lich im Gleichgewichts-(Vestibular-)system. Die Betei­li­gung des Gleich­ge­wichts­sys­tems an der Wahrneh­mung von Infra­schall wird u.a. durch aktuelle wissen­schaft­li­che Arbei­ten unter­stützt, die an Testper­so­nen „vesti­bu­lär ausge­löste Muskel-Poten­tiale“ (VEMPs) messen und deren Modula­tion durch Infra­schall feststel­len (8). Fazit: trotz noch fehlen­der Details liefern die vorlie­gen­den Daten deutli­che Hinweise, dass Infra­schall aus Windan­la­gen im Menschen als Stres­sor bewer­tet und beant­wor­tet wird (9). Der kriti­sche Parame­ter ist offen­bar nicht der mittlere oder maximale Schall­druck, sondern das Auftre­ten steiler Änderun­gen (peaks).

Ein Gesund­heits­ri­siko für Anwoh­ner von Windan­la­gen wird heute nicht mehr bestrit­ten, jedoch haben staat­lich veran­lasste Studien Infra­schall nicht als Ursache der Beschwer­den festge­stellt. Dies ist u.a. darauf zurück­zu­füh­ren, dass die reale, peakhal­tige Emission einer WEA im Infra­schall-Bereich bisher nicht an Perso­nen getes­tet wurde. Im Auftrag des Umwelt­bun­des­am­tes (10) wurden Tests mit künst­lich erzeug­tem, sinus­för­mi­gem Infra­schall durch­ge­führt, der nach eigener Aussage in der Reali­tät kaum vorkommt. Eine finni­sche Studie (11) verglich die von Anwoh­nern geäußer­ten Gesund­heits­be­schwer­den mit tatsäch­li­chen Infra­schall-Aufzeich­nun­gen an exponier­ten Wohnor­ten. Die aufge­zeich­ne­ten und später auf Testper­so­nen angewand­ten Infra­schall-Proben wurden jedoch nicht in angemes­se­ner Auflö­sung, sondern nur als Terzspek­tren dokumen­tiert, welche steile peaks des Schall­drucks nicht detail­liert feststel­len können. Die Korre­la­tion von lokalen, peakhal­ti­gen Emissio­nen mit indivi­du­el­len Beschwer­den war daher nicht möglich. Ein Vergleich von Terz- und Schmal­band-Spektren wird in Abb. 2 erklärt.

		Abb. 2: Vergleich von Schmal­band­spek­trum, Terzspek­trum und Oktav­spek­trum für einen identi­schen Messzeit­raum an dersel­ben Windan­lage. Quelle: (5). Schall-Analy­sen über große Frequenz­be­rei­che werden oft als Terz- oder Oktav­spek­tren ausge­führt. Der  Frequenz­be­reich wird dabei in mathe­ma­tisch definierte „Bänder“ von der Breite einer Oktave oder einer Terz unter­teilt. Für jedes Frequenz­band wird eine „energe­ti­sche Summe“ gemes­sen, d.h. die Schall­dru­cke bei allen zugehö­ri­gen (technisch auflös­ba­ren) Frequen­zen werden addiert und daraus der Pegel  des Bandes (in dB) errech­net. So entsteht ein Spektrum, das einen peak des Schall­drucks inner­halb eng benach­bar­ter Frequen­zen kaum wider­spie­gelt: die Druck­peaks aus dem Infra­schall-Spektrum einer Windan­lage (blau) sind im Terzspek­trum (rot) kaum mehr erkenn­bar (geglät­tet). Zur präzi­sen Erken­nung und Quanti­fi­zie­rung steiler Druck­peaks sind hoch- aufge­löste Spektren erfor­der­lich (Schmal­band­spek­tren, u.a. in Abb.1).

Die Grund­fre­quenz der Emission heuti­ger Anlagen liegt zwischen 1 Hz und 3 Hz (bei 3‑Flü­gel-Anlagen mit Drehzah­len zwischen 20 U/min und 60 U/min), zugleich entste­hen Oberschwin­gun­gen (Harmo­ni­sche), die im Bereich bis etwa 10 Hz gut erkenn­bar sind.

Von Regie­run­gen, ihren Planungs­be­hör­den, sowie ihnen naheste­hen­den Wissen­schaft­lern wird überein­stim­mend behaup­tet, Infra­schall aus WEA sei viel zu schwach für eine Wirkung auf den Menschen. In der Tat liegen die an WEA gemes­se­nen Schall­dru­cke weit unter denen einiger alltäg­li­cher Geräu­sche oder den Änderun­gen des Luftdrucks bei körper­li­cher Bewegung. Es ist jedoch bekannt, dass Senso­ren des Menschen extrem geringe Druck­schwan­kun­gen regis­trie­ren: im Hörschall-Bereich verur­sacht ein gut wahrnehm­ba­res Gespräch Druck­schwan­kun­gen um 50 dB, die etwa 10 Millio­nen mal gerin­ger sind als der Luftdruck auf Meeres­höhe. Nieder­fre­quen­ter Schall und Infra­schall werden im Vesti­bu­lar­sys­tem als Beschleu­ni­gung wahrge­nom­men, auch wenn diese etwa 10 000 mal gerin­ger ist als die Erdbe­schleu­ni­gung g. Die Annahme ist nahelie­gend (zumin­dest einer detail­lier­ten Unter­su­chung wert) dass die von WEA emittier­ten Infra­schall-peaks dekodier­bare Infor­ma­tion enthal­ten, auch wenn deren Energie wesent­lich gerin­ger ist als z.B. von Druck­schwan­kun­gen bei körper­li­cher Bewegung im Schwerefeld.

Beson­ders irrefüh­rend ist die Aussage, die Infra­schall-Emission aus WEA sei schon deshalb ungefähr­lich, weil ihr Schall­druck deutlich unter der Wahrneh­mungs­schwelle des Menschen liegt. Diese Schwelle ist am Hörein­druck orien­tiert und bezeich­net den Schall­druck­pe­gel, den noch 10 % einer Testgruppe hören. Im Infra­schall-Bereich liegt dieser Grenz­wert (z.B. > 120 dB bei 2 Hz) nahe an der mensch­li­chen Schmerz­schwelle. Er hat keine Bezie­hung zu Infra­schall, der ohne Hörein­druck empfan­gen und im Gehirn bewer­tet wird.

Nicht akzep­ta­bel ist auch die noch gültige Planungs­vor­gabe (TA Lärm), die erst bei Frequen­zen oberhalb von 8 Hz verbind­li­che Messun­gen vorschreibt. Damit werden die Druck­peaks aus WEA (die meist unter­halb von 8 Hz entste­hen, s. u.a. Abb. 1) bei der akusti­schen Beurtei­lung nicht erfasst.

Die Ableh­nung einer Gesund­heits­ge­fahr durch den weitrei­chen­den Infra­schall aus WEA führt regel­mä­ßig  zu der Folge-Behaup­tung, Erkran­kun­gen von Anwoh­nern seien dem Nocebo-Effekt geschul­det, also einge­bil­dete Krank­hei­ten infolge einer negati­ven (z.B. durch Bürger­initia­ti­ven geför­der­ten) Einstel­lung gegen­über der Windener­gie. Auch wenn eine psychi­sche Belas­tung von Bürgern durch reale Windan­la­gen und aktuelle Planun­gen nicht ausge­schlos­sen werden kann, sprechen viele Indizien gegen die Nocebo-Hypothese, u.a. das Ausblei­ben von Beschwer­den beim Still­stand der WEA (selbst wenn diese nicht sicht­bar sind), oder die vielfach berich­te­ten Probleme beim Verhal­ten und der Frucht­bar­keit von Herden­tie­ren (Rinder, Pferde u.a.) in der Nähe aktiver Anlagen.

Zusam­men­fas­sung und Kernpunkte 

1. Nicht Infra­schall per se, sondern „Infra­schall aus (aktiven) Windan­la­gen“ ist ein Gesundheitsrisiko.
2. Das Gesund­heits­ri­siko geht von den periodi­schen Druck­peaks aus, die bei der Passage der Flügel vor dem Mast entste­hen. Als unstruk­tu­rier­tes Rauschen oder Sinus-Welle ist Infra­schall dagegen weniger oder kaum gesundheitsgefährdend.
3. Unser Körper regis­triert Schwan­kun­gen des Luftdrucks von sehr gerin­gem Energie­ge­halt, wenn diese dekodier­bare Infor­ma­tion enthal­ten. Dies gilt sehr wahrschein­lich auch für Infraschall.
4. Infra­schall wird grund­sätz­lich im Unter­be­wusst­sein wahrge­nom­men. Behörd­lich vorge­ge­bene Wahrneh­mungs­schwel­len sind dafür unzutref­fend, da sie am Hören orien­tiert sind.
5. Die Reich­weite von Infra­schall aus WEA in Luft ist für 10 Kilome­ter nachge­wie­sen. Sie steigt mit der Anlagen­größe und wird von räumli­chen und meteo­ro­lo­gi­schen Gegeben­hei­ten modifiziert.
6. Durch chroni­sche Einwir­kung wird die gesund­heits­schä­di­gende Wirkung erheb­lich verstärkt.

Zitierte Litera­tur

(kurze Auswahl wesent­li­cher Stellen, mehr bei [9])

1) Gortsas, T.V. et al.: Numeri­cal model­ling of micro-seismic and infra­sound noise radia­ted by a wind turbine. Soil Dynamics and Earth­quake Enginee­ring 99 (2017) 108–123. http://dx.doi.org/10.1016/j.soildyn.2017.05.001

2) Bahtia­rian M, Beaudry A: Infra­sound Measu­re­ments of Falmouth Wind Turbi­nes, 2015;Techni­cal Memo 2015 – 004. Noise Control Enginee­ring, Bille­rica, MA 01821, USA.

3) Pilger C, Ceranna L: J. Sound Vib. 2021, https://doi.org/10.1016/j.jsv.2021.116636BGR.

4) Paller C: Explo­ring the associa­tion between proxi­mity to indus­trial wind turbi­nes and self-repor­ted health outco­mes in Ontario, Canada. MSc Thesis Univ. Water­loo, 2014.

5) LUBW 2016: Landes­an­stalt für Umwelt Baden-Württem­berg: Tieffre­quente Geräu­sche inkl. Infra­schall von Windkraft­an­la­gen und anderen Quellen. Messpro­jekt 2013–2015. Neuauf­lage 2020. www.lubw.baden-wuerttemberg.de. FAQ-Seite Januar 2019, https://www.lubw.baden-wuerttemberg.de/erneuerbare-energien/messbericht-infraschall, dort Punkt 1.

6) Ascone L. et al.: A longi­tu­di­nal, rando­mi­zed experi­men­tal pilot study to inves­ti­gate the effects of airborne infra­sound on human mental health, cogni­tion, and brain struc­ture. www.nature.com/scientific reports (2021) 11:3190, https://doi.org/10.1038/s41598-021–82203‑6.

7) Weichen­ber­ger M. et al.: Altered corti­cal and subcor­ti­cal connec­ti­vity due to infra­sound adminis­te­red near the hearing thres­hold – Evidence from fMRI. PLOS one 2017

8) Buchwie­ser-Gremme L.: Tieffre­quente akusti­sche Beein­flus­sung des Gleich­ge­wichts­or­gans. Disser­ta­tion, Medizi­ni­sche Fakul­tät, Ludwig-Maximi­li­ans-Univer­si­tät München, 2022. 

9) Roos W, Vahl Ch: Infra­schall aus techni­schen Anlagen-wissen­schaft­li­che Grund­la­gen für die Bewer­tung gesund­heit­li­cher Risiken. Arbeits­med Sozial­med Umwelt­med (ASU) 2021; 56: 420–430. Antwor­ten auf Kriti­ker finden sich in ASU 2021; 56: 719–725, und in ASU 2022; 57:53–61.

10) Umwelt­bun­des­amt: Lärmwir­kun­gen von Infra­schallim­mis­sio­nen, Texte UBA 163/2020.

11) Maijala P B et al.: Infra­sound does not explain symptoms related to wind turbi­nes. Publi­ca­ti­ons of the government’s analy­sis, assess­ment and research activi­ties, Finland; 2020:34. http://urn.fi/URN:ISBN:978–952-287–907‑3.