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17. Juli 2011, 14:22 Uhr

Lärmforschung

Wenn Geräusche bloß noch nerven

Im Büro, in der Schule, im Garten: Lärm ist allgegenwärtig. Die Psychologen Jürgen Hellbrück, Sabine Schlittmeier und Maria Klatte beschreiben in "Gehirn und Geist", welche Geräusche Gesundheit und Leistung beeinträchtigen - und zeigen Lösungen auf.

Krach ist keine Erfindung unserer Tage. Schon im antiken Rom muss ein Höllenlärm geherrscht haben. Dem Satiriker Juvenal (um 100 n. Chr.) zufolge würde der Geräuschpegel in der Stadt gar einem "Drusus" - der römische Kaiser Claudius Drusus war bekannt für seinen tiefen Schlummer - den Schlaf rauben. Laut Juvenal litten viele Einwohner an Schlaflosigkeit, manche habe der Krach so krank gemacht, dass sie sogar daran gestorben seien.

Bereits der Stoiker Seneca (etwa 1 - 65 n. Chr.) unterschied verschiedene Arten der Lärmbelästigung. Als besonders störend empfand er Stimmen. Sie, so seine Vermutung, wirken immer direkt auf die Seele, während ein anderes Geräusch nur "an unser Ohr schlägt und es füllt". Auch Musik lenke stärker ab als beispielsweise monotone Geräusche.

Stimmt das wirklich? Dringen Stimmen und Musik zwangsläufig ins Bewusstsein und "zerbrechen " dort die Gedanken, wie der Philosoph Schopenhauer (1788 - 1860) beklagte?

Wer vom ständigen Handy-Gequassel und der Hintergrundmusik in Geschäften und Fußgängerpassagen genervt ist, wird dem ohne Zögern zustimmen. Tatsächlich hat Lärm vielfältige Wirkungen, wie Forscher in den letzten Jahren herausfanden. Er kann nicht nur die Kommunikation beeinträchtigen, sondern auch emotional belasten, den Blutdruck in die Höhe treiben und langfristig sogar Herz-Kreislauf- Beschwerden verursachen. Wie psychologische Experimente außerdem zeigen, beeinflussen be- stimmte Geräusche auch unsere geistigen Leistungen auf negative Weise.

Hintergrundstimmen beeinträchtigten das verbale Kurzzeitgedächtnis

Die Psychologen Alan Baddeley und Pierre Salamé brachten diesen kognitiven Aspekt erstmals in den 1980er Jahren in die Lärmforschung ein. Sie fanden heraus, dass Hintergrundstimmen das verbale Kurzzeitgedächtnis von Probanden beeinträchtigten, selbst wenn diese ihnen keine Aufmerksamkeit schenkten oder es sich um eine für die Versuchsteilnehmer unverständliche Fremdsprache handelte. Baddeley hatte wenige Jahre zuvor ein Modell des Arbeitsgedächtnisses als einen Kurzzeitspeicher entworfen, der Informationen für eine Weile festhält und bestimmt, was einer Person gerade bewusst ist. Dieser Prozess scheint besonders empfindlich gegenüber Sprache im Hintergrund zu sein!

Für eine wichtige Komponente seines Gedächtnismodells prägte Baddeley den Begriff der phonologischen Schleife. Man kann sie sich wie eine Tonbandschleife vorstellen, die das ins Gehör dringende lautliche Material, beispielsweise eine Telefonnummer, durch ständiges inneres Wiederholen speichert. Wie störanfällig dieser Kurzzeitspeicher ist, demonstriert ein einfaches Experiment: Probanden sollen sich Ziffern auf einem Computermonitor einprägen und anschließend in der richtigen Reihenfolge wiedergeben. Die Anzahl der korrekt benannten Ziffern bezeichnet man auch als Gedächtnisspanne. Erklingt per Kopfhörer währenddessen leise Hintergrundsprache, die für die Aufgabe völlig belanglos ist - alte Börsennachrichten zum Beispiel -, so lässt die Gedächtnisleistung der Versuchspersonen deutlich nach. Ihre Fehlerrate steigt um bis zu 30 Prozent.

Nun könnte man vermuten, dass selbst unwichtige Sprachinhalte die Aufmerksamkeit ablenken und die kognitive Leistung dadurch verschlechtern. In weiteren Studien schwächten allerdings auch den Probanden unbekannte Fremdsprachen und selbst rückwärts abgespielte Sätze die Merkfähigkeit.

Wann Musik stört - und wann nicht

Dass es sich bei diesem Effekt tatsächlich um ein Gedächtnisphänomen handelt und nicht um ein Problem der Wahrnehmung oder der Aufmerksamkeit, konnten Lärmforscher mittlerweile in zahlreichen Experimenten nachweisen. Gingen Versuchspersonen beispielsweise Aufgaben nach, die keine nennenswerten Anforderungen an das Erinnerungsvermögen stellten, waren sie immun gegenüber irrelevanten Sprachreizen.

Es zeigte sich auch, dass sich Menschen nicht an Hintergrundgerede gewöhnen können. Zudem spielt die Lautstärke keine Rolle, zumindest nicht bei einem "normalen" Geräuschpegel zwischen 40 und 70 Dezibel. Die Minderung der Erinnerungsfähigkeit dürfte also keine Folge von Stress oder Erschrecken sein, sondern ein kognitives Phänomen.

Forscher tauften es zunächst Irrelevant Speech Effect ("Effekt irrelevanter Sprache"). Heute sprechen sie jedoch eher vom Irrelevant Sound Effect (siehe "Kurz erklärt"), denn nicht nur Sprache, sondern auch Musik kann das Phänomen hervorrufen. Selbst Instrumentalstücke beeinträchtigen das Kurzzeitgedächtnis - vor allem, wenn Folgen aus voneinander abgesetzten Tönen in schnellem Tempo gespielt werden. Typisch ist dies für Musik in Stakkato-Spielweise, etwa bei Sätzen aus barocken Bläserkonzerten. Im Gegensatz dazu haben Legato-Stücke, die vor allem gleitende Übergänge prägen, keine nachweisbare Wirkung auf das kurzfristige Memorieren.

Besonders deutlich zeigen sich Lärmeffekte in Großraumbüros

Eine Arbeitsgruppe um den Psychologen Dylan Jones von der Cardiff University in Wales identifizierte im Jahr 1992 Zustandsänderungen (Changing State , siehe "Kurz erklärt") im Hintergrundschall als entscheidendes Merkmal. In ihren Experimenten schwächten wiederholte Laute ohne jeglichen Tempo- oder Lautstärkenwechsel - beispielsweise ein sich wiederholendes "Ah" - die Erinnerungsleistung keineswegs. Ob sich der Hintergrundschall in kurzer Zeit wandelt oder nicht, scheint somit das ausschlaggebende Kriterium zu sein.

Noch wissen Forscher nicht genau, warum das Kurzzeitgedächtnis so sensibel auf Hintergrundgeräusche reagiert. Doch liegen die Konsequenzen für den Arbeitsalltag auf der Hand: Wir benötigen den Kurzeitspeicher ja nicht nur dazu, uns kurzfristig Telefonnummern zu merken, sondern auch, um komplexe Sätze zu verstehen, im Kopf zu rechnen oder Fakten zu behalten.

Besonders deutlich zeigen sich Lärmeffekte in Großraumbüros. Hier sind mitunter 100 und mehr Arbeitsplätze auf einer großen Grundfläche angeordnet. Meist trennen Raumteiler die Schreibtische voneinander, was allenfalls einen gewissen Sichtschutz bietet, aber kaum akustische Abschirmung - Tastaturen klappern, Kopierer surren, Kollegen telefonieren. Und wie schon Alan Baddeley nachwies, beeinträchtigen Gespräche die kognitive Leistung besonders stark.

Was also tun? Als wirkungsvolle Methode erwies sich, die Schwankungen von Hintergrundsprache zu reduzieren. Spezielle Absorber - akustisch wirksame Decken, Bodenbeläge oder Stellwände aus porösem Material - dämpfen bestimmte Schallfrequenzen besonders effektiv. Von dieser Möglichkeit machte unsere Arbeitsgruppe zusammen mit Kollegen vom Institut für technische Akustik der RWTH Aachen Gebrauch - zumindest virtuell.

Wenn das Kurzzeitgedächtnis leidet

Wir simulierten am Computer zwei unterschiedliche Situationen, in denen Gespräche von einem zum anderen Büro übertragen wurden. In einem Fall trennte eine doppelte Wand die Büros, die die Lautstärke dämpfte und nur relativ tiefe Schwingungen passieren ließ; Frequenzen zwischen 1000 und 4000 Hertz drangen kaum durch. Die Folge: Konsonanten waren gar nicht mehr oder jedenfalls deutlich schlechter zu hören. Sie helfen, den Sprachstrom zu segmentieren - sind sie nicht mehr wahrnehmbar, verschmelzen die Vokale zu einem unverständlichen Sprachbrei.

Zum Vergleich simulierten wir eine dünne Wand, die das Gerede über das ganze Frequenzspektrum verteilt relativ gleichmäßig abschwächte. So litt die Verständlichkeit insgesamt sehr wenig, und nur die Gesamtlautstärke nahm ab.

Dann konfrontierten wir Probanden mit den beiden akustischen Situationen. Per Kopfhörer erklangen deutsche Sätze in den zwei beschriebenen Varianten - als leises, unverständliches sowie als leises, noch verständliches Gerede (je rund 35 Dezibel). Derweil sollten sich die Versuchspersonen Zahlen einprägen und später in der korrekten Reihenfolge wiedergeben. In anderen Durchgängen hörten sie beim Memorieren zusätzlich entweder nichts oder die ungefilterten Sätze in der ursprünglichen Lautstärke (55 Dezibel).

Ergebnis: Die gefilterte leise Hintergrundsprache beeinträchtigte die kognitiven Leistungen der Probanden wesentlich geringer als ungefilterte Sprache der gleichen Lautstärke (siehe Kasten oben). Subjektiv empfanden die Versuchsteilnehmer die beiden Varianten jedoch als gleich störend.

An Schulen spielen die akustischen Bedingungen eine wichtige Rolle

Die kognitive Leistung war zudem unabhängig davon beeinträchtigt, ob die Hintergrundsprache normale Zimmerlautstärke hatte (55 Dezibel) oder eher einem Flüstern entsprach (35 Dezibel). Selbst bei niedrigem Pegel war der störende Changing State wahrnehmbar. Dennoch gaben die Versuchspersonen an, sie hätten sich durch die leise gesprochenen Sätze deutlich weniger abgelenkt gefühlt.

Auch in Schulen und Kindertagesstätten spielen die akustischen Bedingungen eine wichtige Rolle: Diese Lernumwelten stellen oftmals eher "Lärmumwelten" dar. Der hohe Geräuschpegel im Klassenzimmer oder Gruppenraum ist nachweislich einer der wesentlichsten Belastungsfaktoren im Lehrer- und Erzieherberuf. Erste Studien wiesen den Irrelevant Sound Effect bereits bei Erstklässlern nach. Bei Zweitklässlern verschlechterte sich die Merkleistung des Kurzzeitgedächtnisses durch Hintergrundgerede sogar um bis zu 40 Prozent.

Die Befunde sind gravierend, weil das lärmempfindliche kognitive System für den Spracherwerb und das Lesenlernen große Bedeutung hat. Beim Buchstabieren beispielsweise ist es wichtig, die einzelnen Phoneme akustisch klar und deutlich unterscheiden zu können. Gleichzeitig muss das Kurzzeitgedächtnis noch über genügend Kapazität verfügen, um die einzelnen Laute miteinander zu verknüpfen. Baddeley und Kollegen betrachten die phonologische Schleife als "Sprachlernsystem", das im Lauf der Evolution aus der Notwenigkeit entstand, den Lautklang neuer Wörter schnell und dauerhaft zu lernen.

Schlechte Schwingungen im Klassenzimmer

2010 untersuchten wir in einer Feldstudie, wie sich Lärm auf die Leistungsfähigkeit von rund 400 Zweitklässlern auswirkt. Wir teilten die Kinder anhand der raumakustischen Qualität ihrer Klassenzimmer in drei Gruppen ein. Um zu prüfen, wie sie Laute verarbeiten, sollten die Grundschüler entscheiden, welches von drei vorgesprochenen Wörtern sich von den anderen hinsichtlich des Anfangs- oder Endlauts unterschied. Aus einem Lautsprecher auf dem Lehrerpult erklangen reale oder auch Fantasiebegriffe. Die Lautstärke entsprach dem Reden eines Lehrers, der mit erhobener Stimme spricht.

Resultat: Die jungen Probanden aus "ruhigen " Klassenzimmern waren besser darin, die Laute zu unterscheiden, als Schüler aus geräuschvollen. Dieses Ergebnis ließ sich nicht durch Unterschiede in der allgemeinen Intelligenz oder im Anteil von Kindern mit nichtdeutscher Muttersprache erklären und ist daher offenbar eine Folge der schlechteren Akustik.

In schwierigen Hörsituationen muss man störende Geräusche ausblenden

Schüler aus akustisch ungünstigen, halligen Räumen fühlten sich durch Lärm im Unterricht stärker belästigt. Das Verhältnis zu ihren Klassenkameraden und Lehrern war ihren Angaben zufolge ebenfalls weniger gut.

In schwierigen Hörsituationen muss man störende Geräusche ausblenden und "Lücken" im sprachlichen Input kontinuierlich ergänzen. Aufmerksamkeit, Hör- und Sprachfähigkeiten werden hierbei stark beansprucht. Die Entwicklung der dazu nötigen Fähigkeiten dauert bis ins Jugendalter an. Kinder verstehen Sprache daher grundsätzlich schlechter als Erwachsene, wenn viele Hintergrundgeräusche vorhanden sind, die die akustische Klarheit beeinträchtigen. Zahlreiche Studien belegen: Je jünger die Kinder, desto wichtiger sind optimale Bedingungen für das Sprachverstehen.

Maria Klatte untersuchte im Jahr 2010 die Auswirkungen unterschiedlicher "Lärmwelten" auf das Sprachverstehen. Im Rahmen einer Simulationsstudie verschlechterte sich die Hörleistung von Probanden in einem eher halligen Klassenzimmer, wenn Hintergrundgeräusche eingespielt wurden. Die Verstehensleistung von Grundschulkindern ging um durchschnittlich 21 Prozent zurück, die von Erwachsenen nur um 14 Prozent. In einem ansonsten identischen, aber besser gedämmten Raum mit kurzen Nachhallzeiten sorgten dieselben Hintergrundgeräusche nur für eine Verschlechterung von 6 beziehungsweise 2 Prozent (siehe Kasten links).

Vorteil in der ersten Reihe

Im akustisch nachteiligen Zimmer beeinflusste zudem der Sitzplatz das sprachliche Verständnis der Kinder erheblich. Der Pegel der Lehrerstimme nimmt mit zunehmender Entfernung von der Signalquelle ab. Die Störgeräusche sind jedoch überall im Raum etwa gleich stark. Somit ist das Verhältnis zwischen Signal- und Störgeräuschpegel hinten wesentlich ungünstiger als vorn. Das zeigte auch Klattes Studie: Schüler, die im halligen Klassenzimmer in den hinteren Sitzreihen saßen, verstanden durchschnittlich jedes dritte Testwort falsch.

Unter derartigen Bedingungen ist konzentriertes Mitarbeiten im Unterricht kaum möglich. Überraschenderweise fühlten sich die Kinder bei ihren Aufgaben durch die Geräusche aber nicht besonders gestört. Diese subjektive Einschätzung anhand einer kindgerechten Skala mit Smileys stand in keinem Zusammenhang zur tatsächlichen Leistungsverschlechterung. Offensichtlich sind sich Grundschüler der Probleme nicht bewusst.

Das Verstehen einer Fremdsprache wird durch Hintergrundlärm erschwert

Heranwachsenden mit Lernschwierigkeiten oder Entwicklungsnachteilen fällt das sprachliche Verstehen angesichts von störenden Nebengeräuschen oft besonders schwer. Auch das Verstehen einer Fremdsprache wird durch Hintergrundlärm deutlich erschwert. Dies gilt selbst dann, wenn die Schüler die Zweitsprache grundsätzlich hervorragend beherrschen und bei Tests unter optimalen Hörbedingungen nicht schlechter als Muttersprachler abschneiden.

Kann eine zu laute Umwelt den Spracherwerb und das Lesenlernen fundamental beeinträchtigen? Tatsächlich zeigen Kinder, die in der Nähe großer Flughäfen aufwachsen, Defizite in beiden Bereichen. Zu den langfristigen Folgen der Lärmbelastung in Schulen und Kindergärten gibt es bislang jedoch kaum Untersuchungen. Die wenigen Befunde deuten allerdings darauf hin, dass die Entwicklung sprachlicher Fertigkeiten durch eine verbesserte Akustik gefördert werden kann.

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