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Die «Aura» von beschleunigenden Autos

23.02.2016

Künftigen Lärm simulieren, um ihn zu vermindern

Lärm stört und kann die Gesundheit beeinträchtigen. Nun ist es Forschern der Empa gelungen, Strassenlärm mittels «Auralisierung» zu simulieren. Das Ziel: Lärm entlang von erst in Planung stehenden Verkehrswegen hörbar machen – und dadurch Gegenmassnahmen mit einzuplanen.


Mit dieser Versuchsanordnung zeichneten die Empa-Wissenschaftler die Reifengeräusche auf, die sie im Auralisierungsmodell neben den Motor- respektive Antriebsgeräuschen als Schallquellen berücksichtigt haben.

Unter Auralisierung versteht man das Hörbarmachen von Schallereignissen, die erst in Zukunft stattfinden werden. Bis vor wenigen Jahren nutzten sie in erster Linie Innenarchitekten zur Optimierung der Raumakustik.

Im vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF) geförderten Projekt «TAURA» der Empa arbeitet eine Forschungsgruppe um Reto Pieren nun an einem Auralisierungsmodell, das die Geräusche von beschleunigenden, an einem Beobachter vorbeifahrenden Personenwagen simuliert. Das Modell macht es dadurch möglich, Lärm vermindernde Vorkehrungen bereits in der Planung von Strassenbauprojekten zu berücksichtigen.

Ein solches Auralisierungsmodell zu entwickeln ist einfacher gesagt als getan. Denn der Lärm, den ein vorbeirasendes Auto verursacht, rührt von unterschiedlichen Quellen her, die im «Emissionsmodul» in das Computermodell eingegangen sind. Zum einen ist da der Motor, der vor allem bei starkem Beschleunigen in den Ohren dröhnt. Aber auch Fahrgeschwindigkeit, Wagentyp und Fahrstil des Lenkers beeinflussen das Motor- respektive Antriebsgeräusch.

Zum anderen verursachen die Reifen durch das Abrollen auf der Strasse Geräusche. Diese hängen in erster Linie von der Art des Strassenbelags und vom Reifentyp ab. Künftig wollen Pieren und seine Kollegen gar noch weitere Schallquellen in ihrem Auralisierungsmodell abbilden, etwa den Effekt von unterschiedlichen Strassenbelägen sowie Windgeräusche.

Tausende von Parametern – so komplex sind Fahrzeuggeräusche

All diese Einflussgrössen mussten die Forscher zuerst einmal identifizieren. Zu diesem Zweck nahmen sie die Fahrgeräusche diverser Wagentypen auf, zum Beispiel jene eines VW Touran, eines Ford Focus 1.8i oder eines Skoda Fabia. Diese Messungen erfolgten aus mehreren Mikrofonpositionen und bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Variiert haben die Forscher zusätzlich den Reifentyp, die Motorlast und die Drehzahl. Aus den Aufnahmen extrahierten sie die Geräuschmerkmale und übertrugen diese als Parameter in ihr Auralisierungsmodell. Dabei kamen insgesamt mehrere Tausend derartiger Parameter zusammen, die je nach Zusammenspiel ein vollkommen unterschiedliches Fahrgeräusch verursachen.

Doch damit nicht genug: Als Nächstes galt es, Ausbreitungsphänomene wie den Doppler-Effekt, die Schallabsorption durch die Luft oder die Abschwächung des Schalls aufgrund der Distanz zwischen Geräuschquelle und Beobachter zu berücksichtigen. Denn je nachdem, wo sich ein Beobachter im Verhältnis zur Lärmquelle befindet und wie sich die beiden relativ zueinander bewegen, wird der Beobachter den Lärm unterschiedlich wahrnehmen. Der Doppler-Effekt etwa ist aus dem Alltag wohl bekannt: Das Martinshorn eines Notfallwagens klingt hoch, wenn sich der Wagen auf einen zubewegt, und vergleichsweise tief, sobald er sich wieder von einem entfernt.

Wie lästig werden Geräusche empfunden?

Zu guter Letzt müssen die modellierten Signale via Kopfhörer oder Lautsprecherpaar in Schall umgewandelt werden. Lärm entsteht allerdings erst in unserem Bewusstsein, wird also von Hörer zu Hörer unterschiedlich wahrgenommen und lässt sich nicht objektiv in physikalischen Masseinheiten erfassen. Deswegen hören sich Testpersonen die simulierten Fahrgeräusche an und treffen Aussagen über deren Lästigkeit, den Grad ihrer lärmverursachten Beeinträchtigung. Wenn mehrere Testpersonen verschiedene Geräusche nach ihrer Lästigkeit beurteilen, lassen sich objektivierbare Zusammenhänge ermitteln, obwohl Lärm eine subjektive Grösse ist.

Lärm wirkt sich je nach Tageszeit, Gesundheitszustand und Alter unterschiedlich auf Menschen aus. Dementsprechend reichen die gesundheitlichen Folgen von zeitweiligen Schlafstörungen bis hin zu einem erhöhten Risiko einer Herz-Kreislauf-Erkrankung. Um solchen Beeinträchtigungen vorzubeugen, müssen in der Planung von Wohn- und Industriezonen sowie von Verkehrswegen Lärm vermindernde Massnahmen mit berücksichtigt werden. Dazu benötigen Stadtplaner/innen, politische Entscheidungsträger/innen sowie die Öffentlichkeit Anhaltspunkte über die zu erwartenden Lärmimmissionen. Standardmassnahmen sind heute berechenbar – die Auralisierung kann aber dabei helfen, neue Ideen der Lärmoptimierung zu evaluieren. So tragen die Empa-Forscher mithilfe ihres Auralisierungsmodells zur Lärmreduktion bei.
Auch für die Forschung von Interesse

Neben den praktischen Nutzen tritt ein wissenschaftlicher. Denn bevor Reto Pieren und seine Kollegen ihre Forschung aufgenommen hatten, gab es kein derart detailliertes Auralisierungsmodell, um Strassenlärm zu simulieren. Neu ist insbesondere die Simulation von beschleunigenden Fahrzeugen. Insofern leistet die Forschungsgruppe Pionierarbeit auf dem Gebiet der Auralisierung. In den nächsten Wochen wollen die Wissenschaftler im eigens eingerichteten Hörlabor erste Tests mit Probanden durchführen.

Weitere Informationen:

http://www.empa.ch/web/s604/-/auralisierung-von-beschleunigenden-autos

Cornelia Zogg | Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt
Weitere Informationen:
https://www.empa.ch

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