PAK, zur - stroemungsakustik.destroemungsakustik.de/old.mv.fh-duesseldorf.de/d_pers/Kameier_Frank/a... · Bachelor Thesis Straßenverkehrsgeräusche ‐ Analysen mittels PAK, Bewertung

Bachelor Thesis

Straßenverkehrsgeräusche ‐ Analysen mittels PAK, Bewertung und Thesen zur Minderung sowie zur Sound‐Qualität

Dijana Hallmann Matr.‐Nr.: 551796

Düsseldorf

12. Februar 2013

Betreuender Professor Prof. Dr.‐Ing. Frank Kameier Strömungstechnik und Akustik Fachbereich 4 Maschinenbau und Verfahrenstechnik Josef‐Gockeln‐Str. 9 40474 Düsseldorf

Zweitprüfer M. Sc. Sophia Schönwald Strömungstechnik und Akustik Fachbereich 4 Maschinenbau und Verfahrenstechnik Josef‐Gockeln‐Str. 9 40474 Düsseldorf

Beilage zur Bachelor Thesis Name: Hallmann Vorname: Dijana Matrikelnummer: 551796 Erklärung Hiermit versichere ich, Dijana Hallmann, die vorliegende Bachelor Thesis selbstständig verfasst und keine weiteren als die angegebenen Hilfsmittel und Quellen benutzt zu haben. Dies ist die von der Fachhochschule Düsseldorf zu bewertende Version. Ort, Datum Unterschrift

Katzen erreichen mühelos, was uns Menschen versagt bleibt: durchs Leben gehen ohne Lärm zu machen.

(Ernest Hemingway)

Inhaltsverzeichnis I

Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis ....................................................................................................... III Tabellenverzeichnis ............................................................................................................ V 1. Einleitung .................................................................................................................... 1 2. Lärm – Einführung sowie akustische Grundlagen......................................................... 2 2.1 Begriffliche Abgrenzung Schall – Lärm....................................................................... 2 2.2 Akustische Grundlagen............................................................................................... 2 2.3 Straßenverkehrslärm.................................................................................................. 5 2.4 Auswirkungen von Lärm............................................................................................. 7

3. Durchgeführte Messungen .......................................................................................... 8 3.1 Grundlagen der Messungen sowie Messbedingungen.............................................. 8 3.2 Eingesetzte Messtechnik............................................................................................ 9 3.2.1 Kunstkopf ........................................................................................................... 9 3.2.2 Messmikrofon .................................................................................................. 10 3.2.3 Vergleich Kunstkopf – Messmikrofon .............................................................. 10

3.3 Übersicht der Messorte und der dazugehörigen Messnummern ........................... 12 4. Grundlagen zur Entstehung von Verkehrsgeräuschen................................................ 13 4.1 Motoren‐ bzw. Antriebsgeräusche .......................................................................... 15 4.2 Reifen‐Fahrbahngeräusche ...................................................................................... 17 4.2.1 Mechanische Schallanregung........................................................................... 18 4.2.2 Aerodynamische Schallanregung ..................................................................... 19

4.3 Aerodynamische Geräusche..................................................................................... 20 5. Übersicht der unterschiedlichen Asphaltsorten......................................................... 22 5.1 Korrekturwert DStrO................................................................................................... 23 5.2 Gussasphalt (Guss) ................................................................................................... 23 5.3 Splittmastixasphalt (SMA) ........................................................................................ 23 5.4 Offenporiger Asphalt (OPA) ..................................................................................... 24 5.5 Gussasphalt mit einer offenporigen Oberfläche (PMA)........................................... 24

6. Auswertung der Messdaten ...................................................................................... 26 6.1 Methodik und Analyseparameter ............................................................................ 26 6.1.1 Abtastrate......................................................................................................... 26 6.1.2 Blockeinteilung und Fensterung....................................................................... 27 6.1.3 Blockgröße, Blockdauer und Frequenzauflösung ............................................ 27 6.1.4 Mittelung und Überlappung............................................................................. 28 6.1.5 Vergleich verschiedener Nachauswertungen .................................................. 28

6.2 Vergleich der einzelnen Asphaltpaare ..................................................................... 33 6.2.1 Vergleich Paar 1: OPA (30‐31‐32‐33) ‐ Guss (34‐35‐35‐36) ............................. 34 6.2.2 Vergleich Paar 2: OPA (20‐21‐22‐23) ‐ Guss (17‐18‐19)................................... 36 6.2.3 Vergleich Paar 3: OPA (40‐41‐42‐43) ‐ SMA11s (44‐45‐46) ............................. 39 6.2.4 Vergleich Paar 4: PMA (24‐25‐26) ‐ SMA11 (27‐28‐29) ................................... 42

6.3 Analyse eines Einzelereignisses................................................................................ 44 6.3.1 Lkw.................................................................................................................... 45 6.3.2 Pkw ................................................................................................................... 49

6.4 Der Dopplereffekt .................................................................................................... 52 7. Zusammenfassung..................................................................................................... 56 8. Ausblick: Minderung von Straßenverkehrsgeräuschen.............................................. 58

Inhaltsverzeichnis II

8.1 Geschwindigkeitsreduzierung .................................................................................. 58 8.2 Lkw‐Fahrverbot ........................................................................................................ 59 8.3 Verbesserungen im Bereich des Antriebsstranges beim Lkw.................................. 61 8.4 Das Reifenlabel......................................................................................................... 61 8.5 Lärmschutzwände .................................................................................................... 63 8.5.1 Variation der Oberkantengeometrie ............................................................... 66

Literaturverzeichnis .......................................................................................................... 68 Anhang ............................................................................................................................. 73

Abbildungsverzeichnis III

Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Zuordnung zwischen Schalldruck und Schalldruckpegel (aus [34]) ................................................... 3 Abbildung 2: Frequenzabhängige Lautstärkenempfindung (aus [35]).................................................................... 4 Abbildung 3: Frequenzbewertungskurven (aus [35]).............................................................................................. 4 Abbildung 4: Belästigung durch Straßenverkehr (aus: [47]) ................................................................................... 5 Abbildung 5: Schematische Darstellung der Messaufstellung (Grafik: Stefan Wagner, SAVE)............................... 9 Abbildung 6: Vergleich zwischen KK ‐ Mikrofon Messnr. 33; na11....................................................................... 10 Abbildung 7: Vergleich zwischen KK ‐ Mikrofon Messnr. 36; na11....................................................................... 11 Abbildung 8: Abhängigkeit der Lärmquellen von der Geschwindigkeit (aus: [31])............................................... 13 Abbildung 9: Umströmungsgeräusch im Vergleich zur Reifen‐Fahrbahn Interaktion (aus: [18]) ......................... 14 Abbildung 10: Umströmungsgeräusch im Vergleich zur Reifen‐Fahrbahn Interaktion eines Mittelklasse‐Pkws auf „leisem“ Asphalt; Frequenzbereich: 350‐900 Hz (aus: [18]) ................................................................................. 14 Abbildung 11: Übersicht über die Motorgeräuschursachen (aus: [10])................................................................ 15 Abbildung 12: Übersicht über den Motorgeräuschpegel und seine Geräuschanteile (aus: [19])......................... 16 Abbildung 13: Zusammenhang zwischen der Drehzahl, der Motorlast und dem Lärmpegel (aus: [21]).............. 16 Abbildung 14: Übersicht der mechanischen Schwingungen des Reifens (aus: [31]) ............................................ 18 Abbildung 15: Übersicht der aerodynamischen Vorgänge in der Kontaktfläche (aus: [31])................................. 19 Abbildung 16: Potentielle Ablösestellen beim Pkw (aus: [20]) ............................................................................. 20 Abbildung 17: Schematische Darstellung einer konkaven bzw. konvexen Oberfläche (aus: [6]) ......................... 22 Abbildung 18: Zeit‐ und Frequenzdarstellung eines Signals (aus [15]) ................................................................. 26 Abbildung 19: Schematische Darstellung der Abtastung eines Zeitsignals (aus [23])........................................... 27 Abbildung 20: Einstellbare FFT‐Parameter unter PAK; hier na7 ........................................................................... 29 Abbildung 21: Messung 17 ‐ Nachauswertung na1 .............................................................................................. 30 Abbildung 22: Messung 17 ‐ Nachauswertung na3 .............................................................................................. 31 Abbildung 23: Messung 17 ‐ Nachauswertung na7 .............................................................................................. 31 Abbildung 24: Messung 17 ‐ Nachauswertung na11 ............................................................................................ 32 Abbildung 25: Messung 17 ‐ Nachauswertung na10 ............................................................................................ 32 Abbildung 26: Übersicht der Verkehrsaufkommen der verwendeten Vergleichsmessungen.............................. 33 Abbildung 27: Pegel der Vergleichsmessungen in dB(A) bei na7.......................................................................... 34 Abbildung 28: Vergleich einer kompletten 5 Min.‐Messung OPA (33) ‐ Guss (36) Paar 1 .................................... 35 Abbildung 29: Vergleich einer kompletten 5 Min.‐Messung OPA (33) ‐ Guss (36) Paar 1; log. Auftragung ......... 35 Abbildung 30: des Pegelverlaufs der 5 Min.‐Messung OPA (33) ‐ Guss (36) Paar 1 ............................................. 36 Abbildung 31: Vergleich einer kompletten 5 Min.‐Messung OPA (20) – Guss (17) Paar 2 ................................... 37 Abbildung 32: Vergleich einer kompletten 5 Min.‐Messung OPA (20) ‐ Guss (17) Paar 2; log. Auftragung ......... 38 Abbildung 33: Vergleich des Pegelverlaufs der 5 Min.‐Messung OPA (20) ‐ Guss (17) Paar 2.............................. 39 Abbildung 34: Vergleich einer kompletten 5 Min.‐Messung OPA (40) – SMA11s (46) Paar 3.............................. 40 Abbildung 35: Vergleich einer kompletten 5 Min.‐Messung OPA (40) ‐ SMA11s (46) Paar 3; log. Auftragung.... 41 Abbildung 36: Vergleich des Pegelverlaufs der 5 Min.‐Messung OPA (40) ‐ SMA11s (46) Paar 3 ........................ 42 Abbildung 37: Vergleich einer kompletten 5 Min.‐Messung PMA (24) – SMA11 (28) Paar 4............................... 43 Abbildung 38: Vergleich einer kompletten 5 Min.‐Messung PMA (24) ‐ SMA11 (28) Paar 4; log. Auftragung..... 43 Abbildung 39: Vergleich des Pegelverlaufs der 5 Min.‐Messung PMA (24) – SMA11 (28) Paar 4 ........................ 44 Abbildung 40: Vorbeifahrgeräusch eines Lkws bei t=10 s auf Guss; na11 (na7 siehe Abbildung ‐ Anhang 28).... 47 Abbildung 41: Vorbeifahrgeräusch eines Lkws bei t=133 s auf OPA (Paar 1); na11 (na7 siehe Abbildung ‐ Anhang 29) ......................................................................................................................................................................... 48 Abbildung 42: Vorbeifahrgeräusch eines Lkws bei t=227 s auf OPA (Paar 2); na11 (na7 siehe Abbildung ‐ Anhang 30) ......................................................................................................................................................................... 48 Abbildung 43: Vergleich Frequenzspektrum Lkw‐Vorbeifahrt; na11 (na10 siehe Abbildung ‐ Anhang 31).......... 49 Abbildung 44: Vorbeifahrgeräusch eines Pkws bei t=164 s auf PMA; na11 (na7 siehe Abbildung ‐ Anhang 32) . 50 Abbildung 45: Vorbeifahrgeräusch eines Pkws bei t=36 s auf SMA11; na11 (na7 siehe Abbildung ‐ Anhang 33) 51 Abbildung 46: Vorbeifahrgeräusch eines Pkws bei t=42 s auf OPA (Paar 2); na11 (na7 siehe Abbildung ‐ Anhang 33) ......................................................................................................................................................................... 51 Abbildung 47: Vergleich Frequenzspektrum Pkw‐Vorbeifahrt; na11 (na10 siehe Abbildung ‐ Anhang 35) ......... 52 Abbildung 48: 15 Sek.‐Ausschnitt einer Lkw‐Vorbeifahrt (t=165 s); na11 ............................................................ 54 Abbildung 49: 15 Sek.‐Ausschnitt einer Lkw‐Vorbeifahrt (t=191 s); na11 ............................................................ 55

Abbildungsverzeichnis IV

Abbildung 50: Einzelspektren einer Lkw‐Vorbeifahrt bei t=191 s und 192 s; na11 .............................................. 55 Abbildung 51: Vergleich von zwei 15 Sek.‐Ausschnitten Pkw‐Lkw auf Guss; na7................................................. 60 Abbildung 52: Frequenzspektren von zwei 15 Sek.‐Ausschnitten Pkw‐Lkw auf Guss; na7................................... 60 Abbildung 53: Das EU‐Reifenlabel (aus: [4]) ......................................................................................................... 62 Abbildung 54: Vergleich der Rollgeräuschpegel von Pkw‐Reifen mit den aktuellen und den abgesenkten EU‐Grenzwerten (aus: [30]) ........................................................................................................................................ 63 Abbildung 55: Schematische Wirkungsweise einer Lärmschutzwand (aus: [33])................................................. 64 Abbildung 56: Geometrische Grundlage des Umweggesetzes ............................................................................. 65 Abbildung 57: Theoretisch mögliche Verbesserungen durch eine Schallschutzwand in Abhängigkeit von dem Umweg und der Frequenz des Schalls (aus: [48]) ................................................................................................. 65 Abbildung 58: Schematische Darstellung der Geometrie eines einseitig Y‐förmigen Aufsatzes .......................... 66

Tabellenverzeichnis V

Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Immissionsgrenzwerte in dB(A) zum Schutz vor Verkehrsgeräuschen (aus: [1] bzw. [7])...................... 6 Tabelle 2: Immissionsgrenzwerte in dB(A) für eine Lärmsanierung (aus: [50] bzw. [7]) ........................................ 6 Tabelle 3: Übersicht der Messorte und der dazugehörigen Messnummern ........................................................ 12 Tabelle 4: Übersicht der verschiedenen Nachauswertungen ............................................................................... 29 Tabelle 5: Pegeldifferenzen der Terzspektren aus Abbildung 1 bzw. 2 ................................................................ 36 Tabelle 6: Übersicht von Lmin und Lmax aller Messungen von Paar 1 .................................................................... 36 Tabelle 7: Pegeldifferenzen der Terzspektren aus Abbildung 4 bzw. 5 ................................................................ 38 Tabelle 8: Übersicht von Lmin und Lmax aller Messungen von Paar 2 .................................................................... 39 Tabelle 9: Pegeldifferenzen der Terzspektren aus Abbildung 7 bzw. 8 ................................................................ 41 Tabelle 10: Übersicht von Lmin und Lmax aller Messungen von Paar 3 .................................................................. 42 Tabelle 11: Pegeldifferenzen der Terzspektren aus Abbildung 10 bzw. 11 .......................................................... 44 Tabelle 12: Übersicht von Lmin und Lmax aller Messungen von Paar 4 .................................................................. 44 Tabelle 13: Bedeutung der drei Klassen des externen Rollgeräusches des Reifenlabels (aus: [4]) ...................... 62

1. Einleitung 1

1. Einleitung Der Ausgangspunkt dieser Arbeit ist eine im Rahmen der Kompetenzplattform „Sound and Vibration Engineering“1 der Fachhochschule Düsseldorf durchgeführte Studie „Zur Wahrnehmung von Straßenverkehrsgeräuschen“. Bei dieser vom Ministerium für Wirtschaft, Energie, Bauen, Wohnen und Verkehr des Landes NRW initiierten Studie ist die Wahrnehmung von Verkehrsgeräuschen mittels Hörversuchen untersucht worden, um die subjektiv empfundene Wirkung durch psychoakustische Gesichtspunkte abzufragen. Der Hörversuch basiert auf zuvor durchgeführten Immissionsmessungen an verschiedenen Autobahnen. Die Messorte unterscheiden sich hinsichtlich des vorhandenen Straßenbelags, da dem Bodenbelag bei der Entstehung von Straßenverkehrsgeräuschen eine besondere Bedeutung zukommt. Die Asphaltdeckschicht bzw. dessen Eigenschaften tragen maßgeblich zur Schallentstehung bei und sind somit ein wichtiges Werkzeug, um Lärm direkt an der Quelle zu bekämpfen. Die Messorte wurden dahingehend ausgewählt, dass jeweils ein paarweiser Vergleich hinsichtlich des vorhandenen Straßenbelags möglich ist. Ziel dieser Arbeit ist es, die vorhandenen Messungen mit dem Prüfstand‐Akustik‐Messsystem PAK der Firma Müller‐BBM VAS zu untersuchen. Anders als bei der zuvor erwähnten Studie, steht hierbei nicht die subjektive Wirkung der Verkehrsgeräusche im Vordergrund, sondern vielmehr deren Analyse mittels Methoden der digitalen Signalverarbeitung. Hierbei sollen die einzelnen Asphaltpaare mittels der Langzeitmessungen miteinander verglichen werden. Ferner erfolgt eine genauere Einzelereignis‐Analyse der erzeugten Vorbeifahrgeräusche von Personen‐ und Lastkraftwagen. Anhand dieser Auswertungen ist zum einen der Einfluss des Bodenbelags und zum anderen des Fahrzeugs bzw. der Verkehrszusammensetzung zu bestimmen. Neben der Auswertung der Messdaten soll diese Arbeit einen generellen Überblick über das komplexe Thema Straßenverkehrslärm geben. Das beinhaltet neben einigen elementaren akustischen Grundlagen auch Hintergrundinformationen zu den Entstehungsmechanismen von Straßenverkehrslärm sowie den unterschiedlichen Asphaltsorten der Messorte. Auch soll durch eine kurze Einführung der Analyseparameter das Thema digitale Signalverarbeitung theoretisch in das Konzept dieser Arbeit eingebettet werden. Der Ausblick über mögliche Minderungspotentiale stellt den letzten Teil der Arbeit dar. Hier sollen Thesen zur Minderung vorgestellt werden.

1 http://save.fh‐duesseldorf.de/

2. Lärm – Einführung sowie akustische Grundlagen 2

2. Lärm – Einführung sowie akustische Grundlagen

2.1 Begriffliche Abgrenzung Schall – Lärm

Der im alltäglichen Sprachgebrauch verwendetet Begriff „Lärm“ ist nach [7] folgendermaßen zu definieren: „Lärm ist jede Art von Schall, der stört, belästigt oder die Gesundheit beeinträchtigen kann.“ Diese Definition ist gekennzeichnet durch einen subjektiven Charakter, was den Begriff „Lärm“ von dem oftmals äquivalent gebrauchten physikalischen Begriff „Schall“ abgrenzt. Somit wird ein Schallereignis dann zum Lärm, wenn es eine subjektiv empfundene Belastung des Menschen zur Folge hat. Physikalisch gesehen versteht man unter dem Begriff „Schall“ Schwingungen in elastischen Medien, die im menschlichen Hörbereich liegen [32]. Das können sowohl Einzeltöne, als auch Geräusche (viele Einzeltöne) sein. Der menschliche Hörfrequenzbereich umfasst etwa einen Bereich von 16 bis 20.000 Hz (20 kHz), wobei nur junge Menschen auch wirklich den kompletten Bereich abdecken können. Die von einer Schallquelle entstehenden Schwingungen breiten sich wellenförmig aus. Man spricht hier von Schallemission, da es sich um eine Schallabstrahlung einer Schallquelle handelt. Im Gegensatz dazu steht der Begriff der Schallimmission, dieser beschreibt die Wirkung des Schalls an einem bestimmten Ort. Zwischen der Emission und der Immission liegt also die Schallausbreitung, bei der es auch zu einem Wechsel des Mediums kommen kann. Je nach Art des vorhandenen Mediums wird unterschieden zwischen Luftschall, Körperschall oder Flüssigkeitsschall.

2.2 Akustische Grundlagen

Maßgeblich ist bei der Betrachtung von Verkehrslärm der Luftschall, dessen grundlegende Größe der Schalldruck ist. Als Schalldruck bezeichnet man den Effektivwert pRMS (N/m²) des durch Schwingungen verursachten Wechseldruckes der Luftteilchen. Diese Druckschwankungen breiten sich wellenförmig mit der Schallgeschwindigkeit c (m/s) aus. Die Anzahl dieser Druckschwankungen pro Sekunde bezeichnet man als die Frequenz f des Schalls. Gemessen wird diese im Hertz (Hz). Die Wellenlänge λ (m) des Schalls lässt sich mit der Frequenz f und der Schallgeschwindigkeit c berechnen, wobei c vom Ausbreitungsmedium abhängig ist.

f

cλ [m] (2.1)

Der messbare Schalldruck ist dem statischen Luftdruck p0 überlagert und wird benötigt, um den Schalldruckpegel Lp zu berechnen. Der Schalldruckpegel ist das logarithmische Maß, das die Stärke bzw. Lautstärke des Schalls in Dezibel (dB) angibt und wird folgendermaßen mit dem Schalldruck pRMS und dem Referenzdruck p0 berechnet:

)p

p( lg20)

p

p( lg10L

0

RMS2

0

RMSP [dB] (2.2)


Die unten aufgeführte Abbildung 1 gibt eine Übersicht über die Zuordnung der beiden skalaren Größen Schalldruck und Schalldruckpegel.

Abbildung 1: Zuordnung zwischen Schalldruck und Schalldruckpegel (aus [34])

Bei der Ermittlung eines sich aus verschiedenen Pegeln zusammensetzenden Gesamtpegels Lp∑ ist auf Grund der logarithmischen Größe keine einfache arithmetische Addition möglich. Das hat zur Folge, dass beispielsweise eine Verdopplung eines Pegels eine Erhöhung von Lp∑ um 3 dB ergibt, wohingegen eine Verzehnfachung eine Zunahme von 10 dB zur Folge hat. Grundsätzlich ist die Zunahme geringer, je größer die Differenz der zu addierenden Pegel ist [32].

N

1i

L0,1pΣ

i10 lg10L [dB] (2.3)

Bei dem Gesamtpegel Lp∑ handelt es sich also um einen Einzahlenwert einer Schwankungsgröße [23], wobei die verschiedenen Teilpegel energetisch aufsummiert werden. Zur Beurteilung bzw. Beschreibung eines Geräusches bei zeitlich schwankenden Pegelverläufen ist ein Mittelungspegel notwenig. Dieser Einzahlenwert wird auch als „energieäquivalenter Dauerschallpegel (Mittelungspegel) Leq“ bezeichnet und berücksichtigt den Zeitraum der Betrachtung [32]:

iL0,1N

1iieq 10t

T

1 lg10L [dB] mit

N

iit

1

T (2.4)

Der Schalldruckpegel als technische Größe lässt keine Rückschlüsse auf den menschlichen Hörfrequenzbereich zu. Das Menschliche Gehöhr besitzt nicht in allen Frequenzbereichen die gleiche Empfindlichkeit, das heißt, dass Töne mit gleichem Schalldruckpegel und verschiedener Frequenzen unterschiedlich laut bzw. leise wahrgenommen werden. Abbildung 2 zeigt dazu die Kurven gleicher Lautstärke für verschiede Töne. Die Einheit Phon dient hierbei als Vergleichswert für die empfundene Lautstärke. Als Referenz wurde ein 1000 Hz Ton festgesetzt, was bedeutet, dass genau bei dieser Frequenz der Schalldruckpegel in dB dem Lautstärkepegel in Phon entspricht. Deutlich wird dies in der Grafik anhand der Übereinstimmung der dB Werte der y Achse mit den Phon Werten der eingezeichneten Kurven. Die Wahrnehmung anderer Frequenzen wird dann immer auf die Referenzfrequenz von 1000 Hz bezogen. Der Phon Wert gibt dann den Lautstärkepegel an, der gleichlaut wie das zu beschreibende Schallereignis empfunden wird. Um dieser Frequenzabhängigkeit


Rechnung zu tragen, existieren verschieden Filter, die den Frequenzgang des Gehörs nachbilden sollen. Die bekannteste Frequenzbewertung ist die sogenannte A Bewertungskurve, die in der Thematik „Lärm“ Verwendung findet. Abbildung 3 zeigt die zu den unterschiedlichen Frequenzen gehörenden Korrekturwerte des dB‐Wertes. Bei tiefen und hohen Frequenzen ist die Empfindlichkeit geringer als im Bereich der mittleren Frequenzen, was sich auch im Korrekturwert der Bewertungskurve widerspiegelt.

Abbildung 2: Frequenzabhängige Lautstärkenempfindung (aus [35])

Abbildung 3: Frequenzbewertungskurven (aus [35])

Bei der Analyse eines Geräusches reicht die bloße Angabe des Mittelungspegels nicht aus. Vielmehr sind Informationen über den zeitlichen Verlauf und vor allem über die Frequenzzusammensetzung von Interesse. Durch eine Frequenzanalyse wird eine Zerlegung

Beispiel: Ein 100 Hz Schallereignis mit einem realen Wert von knapp 40 dB, wird gleich laut empfunden wie ein 1000 Hz Schallereignis mit einem tatsächlichen Wert von 20 dB [34].


des Geräusches in die darin enthaltenen Frequenzen vorgenommen, man erhält ein Frequenzspektrum. Hierbei unterscheidet man zwischen Schmalband‐, Terz‐ und Oktavbandspektrum. Die einzelnen Spektren unterscheiden sich hinsichtlich der Breite der Frequenzbereiche (Bandbreite) und sind für die Oktav‐ und Terzfrequenzen genormt (DIN 45651 und DIN 45652). Die Bandbreite einer Oktave entspricht der Bandbreite von drei Terzen. Die Bandbreite des Spektrums ist nach dem Anwendungsfall zu wählen. Für die Charakterisierung eines Geräusches reicht ein Oktav‐ oder Terzspektrum meist aus. Da der Informationsgehalt mit der Bandbreite jedoch abnimmt, sind für einige Anwendungen Schmalbandspektren zu bevorzugen.

2.3 Straßenverkehrslärm

Lärm kann vielfältige Verursacher haben, so sind beispielsweise folgende bekannte Lärmquellen zu nennen: Lärm durch Nachbarn oder Sport‐ bzw. Freizeitanlagen, Industrie‐ und Gewerbelärm, Baulärm, Fluglärm, Schienen‐ und Straßenverkehrslärm. Von allen in Deutschland vorhanden Lärmquellen ist der Straßenverkehrslärm die dominanteste Ursache. Neben dem Straßenverkehrslärm sind auch die anderen Lärmquellen, die auf dem hohen Grad der Mobilität beruhen, als primär zu nennen. Der Mensch oder vielmehr die Gesellschaft ist also für die Umweltbelastung Lärm verantwortlich, und der Einzelne ist in den meisten Fällen zugleich Opfer und Täter. Eine vom Umweltbundesamt veranlasste Online‐Umfrage zur Lärmbelastung durch Straßenverkehr ergab, dass sich knapp 60% der befragten Personen belästigt fühlen. Der Grad der Belastung reicht hierbei von „mittel belästigt“ bis zu „äußerst belästigt“. Lediglich knapp 40% fühlen sich gar nicht oder nur etwas belästigt, wobei davon nur 17% zum Belastungsgrad „überhaupt nicht belästigt“ zählen.

Abbildung 4: Belästigung durch Straßenverkehr (aus: [47])

Aufgrund des enormen Ausmaßes der Belästigung, ist das Thema Lärmschutz zunehmend in den Vordergrund gerückt. So gibt es in Deutschland zwar Richtlinien, die Grenzwerte für die Geräuschimmission beinhalten, aber eine generelle Regelung existiert nicht. Im Zusammenhang mit Straßenverkehrslärm ist vor allem die 16. Verordnung zur Durchführung des Bundes‐Immissionsschutzgesetzes (Kurztitel: Verkehrslärmschutzverordnung; 16. BlmSchV) zu nennen. Anzuwenden ist die Verordnung für den Bau oder die wesentliche Änderung von öffentlichen Straßen sowie von Schienenwegen [1]. Bei bereits vorhandenen Straßen findet die Vorschrift keine Anwendung. Wie in Tabelle 1 ersichtlich, wird bei den Grenzwerten für die Geräuschimmission zwischen verschiedenen Gebieten unterschieden. Neben den Grenzwerten ist in der Verordnung ebenfalls genau definiert, wann eine Änderung als wesentlich anzusehen ist. Die Berechnung der Beurteilungspegel erfolgt nach der in Deutschland geltenden Richtlinie für den Lärmschutz an Straßen (RLS‐90), die das Verfahren zur Berechnung des Geräuschpegels an einer Straße [7] beschreibt.


Gebietskategorie Tag 6.00 – 22.00 Uhr

[dB(A)]

Nacht 22.00 – 6.00 Uhr

[dB(A)]

Krankenhäuser, Schulen, Kur‐ und Altenheime

57 47

reine und allgemeine Wohngebiete, Kleinsiedlungsgebiete

59 49

Kern‐, Dorf‐ und Mischgebiete 64 54

Gewerbegebiete 69 59

Tabelle 1: Immissionsgrenzwerte in dB(A) zum Schutz vor Verkehrsgeräuschen (aus: [1] bzw. [7])

Lärmschutzmaßnahmen an bereits vorhandenen Straßen (sogenannte Lärmsanierung) unterliegen keiner solchen Vorschrift. Es existieren lediglich Lärmsanierungsprogramme, die von einigen Bundesländern und Kommunen beschlossen wurden. Diese Programme stellen also eine freiwillige Leistung auf der Grundlage von haushaltsrechtlichen Regelungen dar, die abhängig von den zur Verfügung stehenden Mitteln sind [50]. Die Immissionsgrenzwerte für eine Lärmsanierung sind in den „Richtlinien für den Verkehrslärmschutz an Bundesfernstraßen in der Baulast des Bundes ‐ VLärmSchR 97“ enthalten. Erst bei einer Überschreitung der in Tabelle 2 aufgeführten Grenzwerte ist eine Lärmsanierung demnach möglich. Die Werte in Klammern geben die bis März 2010 geltenden Grenzen an. Auch wenn die Grenzwerte seit diesem Zeitpunkt um 3 dB(A) gesenkt wurden, liegen sie dennoch höher als die in Tabelle 1 enthaltenen Grenzwerte zur Lärmvorsorge. Bei der Klassifizierung der Gebiete für eine Lärmsanierung wird auch nur zwischen 3 statt 4 Gebietskategorien unterschieden. Gebietskategorie Tag

6.00 – 22.00 Uhr [dB(A)]

Nacht 22.00 – 6.00 Uhr

[dB(A)]

Krankenhäuser, Schulen, Kur‐ und Altenheime sowie in reinen und allg. Wohngebieten und Kleinsiedlungsgebiete

67 (70) 57 (60)

Kern‐, Dorf‐ und Mischgebiete 69 (72) 59 (62)

Gewerbegebiete 72 (75) 62 (65)

Tabelle 2: Immissionsgrenzwerte in dB(A) für eine Lärmsanierung (aus: [50] bzw. [7])

Neben den beiden deutschen Richtlinien ist auf europäischer Ebene vor allem die 2002 verabschiedete Richtlinie 2002/49 EG zur Bewertung und Bekämpfung von Umgebungslärm zu nennen. Diese Richtlinie hat unter anderem zur Folge, dass die EU‐Staaten verpflichtet sind, die vorhandene Lärmbelastung in sogenannten „strategischen Lärmkarten“ zu erfassen


(im Anhang dieser Arbeit sind die verfügbaren Lärmkarten der Messorte aufgeführt). Auch besteht die Pflicht zur Erstellung von Aktionsplänen zur Lärmminderung, wobei die Kriterien selbst festgelegt werden können. Allgemeingültige Grenzwerte für die gesamte EU werden nicht durch die Richtlinie eingeführt. Diese europäische Richtlinie ist 2002 durch eine Änderung des Bundes‐Immissionsschutzgesetzes (§47 BImSchG) in nationales Recht umgesetzt worden. Auf dem geänderten Bundes‐Immissionsschutzgesetzes basierend, wurden dann 2006 die ergänzende 34. Verordnung zur Durchführung des Bundes‐Immissionsschutzgesetzes (Kurztitel: Verordnung über die Lärmkartierung; 34. BlmSchV) in Kraft gesetzt. Innerhalb des Lärmschutzes wird zwischen zwei grundlegenden Strategien unterschieden, die allgemein als „aktiver“ bzw. „passiver“ Lärmschutz bezeichnet werden. Die Unterscheidung bezieht sich auf die in Kapitel 2.1 eingeführte begriffliche Unterscheidung der Schallemission und der Schallimmission. Der aktive Lärmschutz beinhaltet Maßnahmen zur Verminderung der Schallemission bzw. der Schallausbreitung. Darunter fallen also zum einen Maßnahmen, die direkt an der Schallquelle erfolgen (z.B. leise Reifen, lärmarme Fahrbahndeckschichten) als auch Maßnahmen, die innerhalb des Schallausbreitungsweges zu Minderungen führen (z.B. Lärmschutzwände). Als passiven Schallschutz bezeichnet man alle Maßnahmen, die direkt am Immissionsort getätigt werden (z.B. Schallschutzfenster). Die Maßnahmen des aktiven Lärmschutzes sind denen der passiven vorzuziehen, da sie auf eine Vermeidung bzw. Reduzierung der Emission an der Quelle abzielen.

2.4 Auswirkungen von Lärm

Neben der durch Lärm hervorgerufenen subjektiven Belastung bzw. Störung, besteht durch eine anhaltende Lärmbelastung auch ein Gesundheitsrisiko. Lärm kann also krank machen, wobei diese Gefährdung weit über eine einfache Störung des Befindens hinausgeht. Grundsätzlich wird zwischen physischen und psychischen Lärmauswirkungen unterschieden. Unter die physischen Auswirkungen fallen auch solche Schäden, die aurale, also gehörschädigende Ausmaße haben. Diese Schäden werden durch Ereignisse ausgelöst, die oberhalb der Schmerzgrenze (140 dB) liegen. Im Gegensatz dazu stehen die extraauralen Auswirkungen, die den Gesamtorganismus betreffen. Die durch Verkehrslärm verursachten Auswirkungen reichen von Schlafmangel, Kopfschmerzen, Konzentrationsstörungen, Nervosität bis hin zu einer Erhöhung des Risikos für Herz‐Kreislauf‐Erkrankungen. Man kann bei der Reaktion auf eine Lärmbelästigung von einer Stresssituation mit den damit verbundenen Folgen, wie zum Beispiel dem Anstieg der Herzfrequenz oder dem Blutdruck sprechen [42]. Je nach Intensität oder Häufigkeit kommt es durch die hervorgerufene Stresssituation zu Reaktionen, die sowohl psychischer als auch psychologischer Art sein können. Festzuhalten ist, dass die Auswirkungen von Verkehrslärm primär zu den extraauralen Auswirkungen zählen, jedoch ist anzumerken, dass auch chronische Pegel von über 85 dB(A) zu einer Schädigung des Gehörs führen können [41].

3. Durchgeführte Messungen 8

3. Durchgeführte Messungen

3.1 Grundlagen der Messungen sowie Messbedingungen

Die im Rahmen der Studie durchgeführten Immissionsmessungen richten sich nach DIN 45642 („Messungen von Verkehrsgeräuschen“), wobei speziell der unter Punkt 82 aufgeführte Teil einbezogen wurde. Wie bereits erwähnt, wurden die Messorte dahingehend ausgewählt, dass insgesamt vier Vergleichspaare vorhanden sind. Jedes dieser Vergleichspaare beinhaltet Messungen an einem Ort mit einem potentiell lärmarmen Asphalt und Messungen an einem Ort mit einem Referenzasphalt, wobei alle Messungen eines Vergleichspaares am gleichen Tag erfolgten, um möglichst gleiche Bedingungen hinsichtlich der meteorologischen Einflussfaktoren zu gewährleisten. Auch wurde bei den Messorten darauf geachtet, dass sowohl auf der betrachten Fahrbahn als auch auf der Gegenfahrbahn derselbe Asphalt vorhanden ist. In der Norm sind folgende Bedingungen an eine Messung geknüpft [8]:

Messdauer mindestens 15 min

Erfassung von mindestens 100 Fahrzeugen während der Messdauer bei Lkw‐ Anteilen bis 10 %

Erfassung von mindestens 50 Lkw während der Messdauer bei Lkw‐Anteilen über 10 %

Die Gesamtmessdauer von mindestens 15 Minuten pro Messort wurde auf Einzelmessungen mit einer Dauer von jeweils 5 Minuten aufgeteilt. Die geforderte Pkw‐ und Lkw‐ Zählung wurde ebenfalls realisiert. Die Auswertung der Verkehrszusammensetzung ist im Anhang zu finden. Zusätzlich zu der Audioaufzeichnung durch ein Messmikrofon und einen Kunstkopf (siehe dazu Kapitel 3.2) erfolgte eine Videoaufzeichnung, sowie eine Dokumentation der Messumgebung durch Fotos. Weiterhin legt die DIN als zusätzlich zu erfassende Parameter fest [8]:

Neben der Anzahl und der Art der Fahrzeuge auch ihre mittlere Geschwindigkeit

Witterungsbedingungen

Art und Zustand der Fahrbahnoberfläche

Längsneigung der Fahrbahn Die Parameter wurden in einem eigens erstellen Messprotokoll erfasst, in das zusätzlich etwaige Störungen während der Messungen aufgenommen wurden. Der Punkt der Witterungsbedingungen wurde durch Angaben zur Luftfeuchte, Temperatur, Nässe, Sonneneinstrahlung und zur Windgeschwindigkeit bzw. Windrichtung realisiert. Der vorhanden Umgebung wurde durch Angabe folgender Punkte Rechnung getragen: Art des Umlandes (z.B. Acker, Wiese, Bewuchs etc.), Art der Mittelleitplanke, Anzahl der vorhanden Fahrspuren und etwaige Steigung der Messstrecke.

2 Punkt 8 beinhaltet Bestimmungen für Immissionsmessungen


3.2 Eingesetzte Messtechnik

In der DIN 45642 sind einige Angaben bezüglich der zu verwendenden Messgeräte vorhanden, wobei in erster Linie auf die entsprechenden Normen für Schallpegelmesser, Schallpegelmesseinrichtungen und Schallkalibratoren verwiesen wird (45657, DIN EN 61672‐1 und DIN EN 60942). Bei der Anwendung eines Mikrofons ist ein Windschirm zu benutzen. Die Ausrichtung der Messgeräte erfolgt horizontal senkrecht zum Verkehrsweg. Abbildung 5 zeigt dazu eine schematische Darstellung der für die Messungen erfolgten Ausrichtung der Messgeräte.

Abbildung 5: Schematische Darstellung der Messaufstellung (Grafik: Stefan Wagner, SAVE)

3.2.1 Kunstkopf

Der Einsatz eines Kunstkopfes ermöglicht eine binaurale Tonaufnahme. Darunter versteht man eine Aufnahme mit Mikrofonen, die aufgrund der Anordnung einen räumlichen (binauralen) Höreindruck ermöglichen [18]. Bei einem Kunstkopf handelt es sich um eine Nachbildung eines menschlichen Kopfes samt Ohrmuscheln, wobei die Mikrofone in die nachgebildeten Ohrmuscheln eingebaut werden. Der Effekt des binauralen Hörens wird durch die Anordnung der Mikrofone in den Ohrmuscheln alleine nicht nachgebildet, es ist ferner notwendig, die akustischen Filtereigenschaften des Kopfes und der Ohren zu berücksichtigen [16]. Der für die Messungen eingesetzte Kunstkopf der Firma Head acoustics ermöglicht also eine gehörrichtige Aufnahme, die bei einer Wiedergabe über Kopfhörer dazu führt, dass das Schallereignis wie unmittelbar vor Ort empfunden wird.


3.2.2 Messmikrofon

Bei den Messungen kam ein Messmikrofon der Firma ROGA‐Instruments vom Typ MI‐17 zum Einsatz. Es handelt sich hierbei um ein Mikrofon in 1/4'' Baugröße mit einer Empfindlichkeit von 50 mV/Pa und einem linearen Frequenzgang im hörbaren Bereich (20 Hz‐20 kHz) [39].

3.2.3 Vergleich Kunstkopf – Messmikrofon

Die Abbildung 6 und Abbildung 7 zeigen einen Vergleich zwischen den Messungen des Kunstkopfes (rechter und linker Kanal) und des Mikrofons. Auffällig ist, dass die Pegelverläufe relativ stark voneinander abweichen. Das ist nicht nur bei den hier exemplarisch gezeigten Messungen so, vielmehr handelt es sich um eine generell vorhandene Diskrepanz. Im Anhang (Abbildung ‐ Anhang 16 bis Abbildung ‐ Anhang 21) sind die Vergleiche der unter Kapitel 6.2 verwendeten Messungen für den paarweisen Asphaltvergleich aufgeführt. Auch hier sind Abweichungen zwischen den einzelnen Kanälen vorhanden. Für die Auswertungen in Kapitel 6. wurden die Messungen des Messmikrofons benutzt. Der Kunstkopf findet in der DIN 45642 keine Berücksichtigung und wurde bei den Messungen in erster Linie für die Konzipierung des bereits erwähnten Hörversuches verwendet.

0 1000 2000 3000 4000 5000 [Hz]10

20

30

40

50

60

70

80

90

dB(li

n)dB

(A)

Schalldruck Bewertung: Linear

Aquisition: 10:58:40h 18.05.2012

http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 26.11.2012 17:48:50h

Format: 1Spec_x_Kurven_verkehr2/1x2D_mehrere_kurven.pak_fly dijana.hallmann/Verkehr/A 40 4 OPA Hei Mess 33na11

Resolution: 10.7666 [Hz] Cal.:0.0156922 [V/dB(lin)] AVG:25(Mittelung über Linien)

A 40 4 OPA Hei Mess 33na11 (Messmik1) APS Lp= 83.9dB Lp(A)= 75.4dBA 40 4 OPA Hei Mess 33na11 (KK L) APS Lp= 78.4dB Lp(A)= 73.2dBA 40 4 OPA Hei Mess 33na11 (KK R) APS Lp= 79.7dB Lp(A)= 76.2dB

www.muellerbbm-vas.de PAK 5.5

Abbildung 6: Vergleich zwischen KK ‐ Mikrofon Messnr. 33; na11


0 1000 2000 3000 4000 5000 [Hz]10

20

30

40

50

60

70

80

90

dB(li

n)dB

(A)


Aquisition: 13:16:45h 18.05.2012


Format: 1Spec_x_Kurven_verkehr2/1x2D_mehrere_kurven.pak_fly dijana.hallmann/Verkehr/A 40 4 Guss Werne Mess 36na11


A 40 4 Guss Werne Mess 36na11 (Messmik1) APS Lp= 79.0dB Lp(A)= 77.1dBA 40 4 Guss Werne Mess 36na11 (KK L) APS Lp= 78.0dB Lp(A)= 75.5dBA 40 4 Guss Werne Mess 36na11 (KK R) APS Lp= 81.2dB Lp(A)= 78.2dB


Abbildung 7: Vergleich zwischen KK ‐ Mikrofon Messnr. 36; na11


3.3 Übersicht der Messorte und der dazugehörigen Messnummern

Im Anhang befindet sich eine Karte mit den eingezeichneten Messorten (siehe Abbildung ‐ Anhang 1). Die nachfolgende Tabelle gibt eine Übersicht über die wichtigsten Parameter der Messorte. Besonders die Zuordnung der Messnummern zu den Messorten ist für den nachfolgenden Teil dieser Arbeit essentiell. Auch hier ist im Anhang eine vollständige Übersicht (Abbildung ‐ Anhang 2) bzw. sind die Messprotokolle (Abbildung ‐ Anhang 3 bis Abbildung ‐ Anhang 10) zu finden. Messnr. Beschreibung Km/h

Asphalt Baujahr DStrO

[dB(A)]

30/31/33 Mülheim ‐ Heißen 80 (100) OPA 2011 ‐4

34/35/36 Bochum ‐ Werne_Auf dem Sporkel ‐ Brücke

100 Guss 2004 0

20/21/22/23 Ausfahrt Bochum ‐ Wattenscheid 100 OPA 2011 ‐5

17/18/19 Ausfahrt Duisburg ‐ Rheinhausen 100 Guss 1975/ 2000

0

40/41/42/43 Rastplatz hinter Schwerte 100 OPA 2001 ‐5

44/45/46 Gevelsberg 130 SMA11s 2000 ‐2

24/25/26 Zwischen Ausfahrt Lotte ‐ Autobahnkreuz Lotte‐Spellhof

keine PMA 2012 k.A.

27/28/29 Zwischen Ausfahrt Lotte ‐ Laggenbeck

keine SMA11 1997 ‐2

Tabelle 3: Übersicht der Messorte und der dazugehörigen Messnummern

4. Grundlagen zur Entstehung von Verkehrsgeräuschen 13

4. Grundlagen zur Entstehung von Verkehrsgeräuschen Für die Entstehung von Verkehrslärm verantwortliche Geräuschquellen lassen sich grundsätzlich in drei fahrzeugbezogene Quellgruppen unterteilen:

Motoren‐ bzw. Antriebsgeräusche

Rollgeräusche

Aerodynamische Geräusche Neben diesen drei Hauptbereichen gibt es jedoch noch weitere Einflussfaktoren. So ist zum Beispiel das individuelle Fahrverhalten ebenfalls von Bedeutung. Auch Witterungs‐ bzw. Umgebungsbedingungen (Wind, Nässe, Temperatur, Steigung etc.) spielen eine Rolle. Selbst wenn Verkehrslärm das Resultat einer komplexen Interaktion der einzelnen Geräuschquellen und Einflussfaktoren darstellt, lässt sich dennoch ein Zusammenhang mit der Fahrgeschwindigkeit herstellen. Die drei Geräuschquellen sind nicht zu gleichen Anteilen am entstehenden Gesamtgeräusche beteiligt. Wann welche Quelle dominant bzw. entscheidend ist, hängt maßgeblich mit der Geschwindigkeit zusammen (siehe Abbildung 8). Auch sind Unterschiede bei den einzelnen Fahrzeugkategorien vorhanden (Abbildung 8, Abbildung 9 und Abbildung 10).

Abbildung 8: Abhängigkeit der Lärmquellen von der Geschwindigkeit (aus: [31])

Sowohl beim Pkw als auch bei Lkw dominieren die Antriebsgeräusche in einem Bereich niedriger Geschwindigkeiten. Allerdings ist diese Geräuschquelle beim Lkw bis zu einer Geschwindigkeit von ca. 60 km/h dominant, wohingegen das Rollgeräusch beim Pkw schon ab einer Geschwindigkeit von ca. 40 km/h das Antriebsgeräusch überragt. In dieser Grafik wird nicht auf etwaige Windgeräusche eingegangen. Diese spielen erst in einem hohen Geschwindigkeitsbereich eine Rolle, wobei auch hier wieder zwischen Pkw und Lkw unterschieden werden muss. Bei Pkws haben Windgeräusche erst ab ca. 130 km/h einen


relevanten Einfluss. Bei einem Kleintransporter ist der Einfluss bereits ab einer Geschwindigkeit von ca. 80‐100 km/h vorhanden [31]. Die Bedeutung der aerodynamischen Geräusche wird in der Literatur zum Thema Verkehrslärm jedoch meist als sekundär betrachtet, was auch mit dem technischen Fortschritt im Bereich der Fahrzeug‐Aerodynamik begründet wird. Wie aus der Abbildung 10 ersichtlich ist, kann eine spektrale Auswertung einer Pkw‐Vorbeifahrt zeigen, dass das Umströmungsgeräusch auch bei geringeren Geschwindigkeiten Einfluss haben kann. Dieser Einfluss macht sich jedoch nur im Frequenzbereich zwischen 350 und 900 Hz bemerkbar [18]. Der Gesamtpegel wird also noch nicht beeinflusst. Hier ist die erwähnte Geschwindigkeitsgrenze von ca. 130 km/h ausschlaggebend. Die in dieser Arbeit verwendeten Messungen wurden zum größten Teil an Orten mit Geschwindigkeitsbegrenzungen unterhalb von 130 Km/h durchgeführt (vgl. Tabelle 3). Trotzdem kann die Geräuschquelle „Aerodynamik“ hier nicht gänzlich vernachlässigt werden, was in erster Linie für Kleintransporter und Lkws gilt. Aber auch der oben genannte Frequenzbereich von 350 bis 900 Hz ist beim Pkw zu berücksichtigen.

Abbildung 9: Umströmungsgeräusch im Vergleich zur Reifen‐Fahrbahn Interaktion (aus: [18])

Abbildung 10: Umströmungsgeräusch im Vergleich zur Reifen‐Fahrbahn Interaktion eines Mittelklasse‐Pkws auf „leisem“ Asphalt; Frequenzbereich: 350‐900 Hz (aus: [18])


4.1 Motoren‐ bzw. Antriebsgeräusche

Unter dem Motoren‐ bzw. Antriebsgeräusch versteht man mehrere Geräuschquellen, die in erster Linie bei beschleunigter Fahrt entstehen und stark von der Drehzahl und dem Motorentyp selbst abhängen. Neben dem Motor verursacht der komplette Antriebsstrang Lärm. Hierunter versteht man alle Baugruppen bzw. Bauteile, die sich zwischen dem Motor und den Rädern befinden und somit der Energieübertragung dienen (Kupplung, Getriebe, Antriebswelle, Differential). Auch Lüftergeräusche und Lärm, der durch Nebenaggregate wie dem Abgassystem verursacht wird, zählen zu den Antriebsgeräuschen. Die Schallentstehung der einzelnen Komponenten erfolgt entweder direkt, also als unmittelbarer Luftschall oder aber indirekt in Form einer Körperschallanregung. Der erzeugte Körperschall kann sich dann auf andere Bauteile übertragen oder auch in Form von Luftschall abgestrahlt werden. Die Abbildung 11 stellt eine gute Zusammenfassung über die einzelnen Motorgeräuschursachen dar.

Abbildung 11: Übersicht über die Motorgeräuschursachen (aus: [10])

Hinsichtlich der Geräuschentstehung beim Motor muss zwischen Diesel‐ und Ottomotoren unterscheiden werden, was auf die unterschiedlichen Verbrennungsmechanismen zurück zu führen ist. Das Verbrennungsgeräusch wiederum hat ebenfalls direkte und indirekte Ursachen. Das direkte Verbrennungsgeräusch ist auf den Verbrennungsdruck bzw. dessen Wirkung auf die den Brennraum umgebenden Wände zurück zu führen [10]. Als indirektes Verbrennungsgeräusch bezeichnet man anderseits die zylinderdruckabhängige Stoßanregung durch den Kolben bzw. die Kolbenwelle [19]. Welche Geräuschquelle für die Geräuschimmission entscheidend ist, hängt mit dem Zylinderdruck zusammen. Bei einem hohen Zylinderdruck, wie er allgemein bei Dieselmotoren vorhanden ist, ist das Verbrennungsgeräusch dominant. Bei Ottomotoren ist der Zylinderdruck geringer. Hier sind dann die mechanischen Geräusche (vgl. Abbildung 11) pegelbestimmend [19]. Das ist auch


der Grund dafür, dass Dieselmotoren im Allgemeinen lauter als Ottomotoren sind, da das Pegelniveau der Verbrennungsgeräusche höher ist als das der mechanischen Geräusche (Abbildung 12).

Abbildung 12: Übersicht über den Motorgeräuschpegel und seine Geräuschanteile (aus: [19])

Als wichtigste Einflussgrößen für das Antriebsgeräusch sind die Drehzahl, die Motorlast und die Steigung der Fahrbahn zu nennen [31]. Die Drehzahl beeinflusst hauptsächlich das mechanische Geräusch, wohingegen die Motorlast in erster Linie Einfluss auf das Verbrennungsgeräusch hat [41]. Das Antriebsgeräusch als eine der drei wesentlichen Schallquellen des Verkehrslärms wird am stärksten von der individuellen Fahrweise beeinflusst. Das Fahrverhalten hat direkten Einfluss auf die Drehzahl, die einen wichtigen Faktor für das Antriebsgeräusch darstellt. Bei einer niedertourigen Fahrweise ist der verursachte Lärmpegel vor allem im Bereich der Beschleunigung geringer als beim Fahren in einem hohen Drehzahlbereich. Deutlich wird der Zusammenhang zwischen der Motorlast, der Drehzahl und dem Lärmpegel in der unten aufgeführten Abbildung 13:

Abbildung 13: Zusammenhang zwischen der Drehzahl, der Motorlast und dem Lärmpegel (aus: [21])

Beispiel: Wird der Motor bei einer Drehzahl von 5000 1/min im Stillstand (also ohne Last) betrieben, ist der erzeugte Pegel genau so hoch wie bei einem Volllast Betriebspunkt und einer Drehzahl von ungefähr 2500 1/min [30].


4.2 Reifen‐Fahrbahngeräusche

Das Reifen‐Fahrbahngeräusch beruht auf der Schallanregung durch den auf der Fahrbahn abrollenden Reifen [2]. Es handelt sich also um eine Interaktion der Einflussgrößen „Reifen“ (z.B. Profil, Breite, Material) und „Fahrbahnoberfläche“ (z.B. Rauhigkeit, Hohlraumgehalt). Neben den Eigenschaften der beiden Haupteinflussgrößen hängt das Reifen‐Fahrbahngeräusch auch von den Witterungsverhältnissen (vor allem Nässe) und der Geschwindigkeit ab. Die Schallanregung wird durch zwei wesentliche Mechanismen hervorgerufen, die unterschiedliche physikalische Ursachen haben [14]:

Anregung durch mechanische Schwingungen des Reifens und

Auslösung aerodynamischer Vorgänge in der Kontaktfläche Neben den in den folgenden Kapiteln beschriebenen wesentlichen Mechanismen stellt die sogenannte „Sägezahnbildung“ ein weit verbreitetes Problem im Zusammenhang mit dem Abrollgeräusch des Reifens dar. Darunter versteht man eine spezielle Form des Reifenverschleißes. Es kommt zu einer ungleichmäßigen, schrägen Abnutzung der Profilblöcke, die von der Seite an einen Sägezahn erinnert (siehe dazu Abbildung ‐ Anhang 23). Das Verschleißbild kommt in erster Linie bei den Rädern der nicht angetriebenen Achsen vor, aus diesem Grund sollten die Räder der beiden Achsen ca. alle 10.000 km getauscht werden. Die durch die Sägezähne erzeugte Frequenz lässt sich einfach berechnen:

nL

Uf [Hz] (4.1)

Benötigte Größen sind die Reifegröße und der sich daraus ergebende Abrollumfang U, die Reifendrehzahl n und der Abstand der Sägezähne L. Die Drehzahl n des Reifens ist der Quotient der Geschwindigkeit c und des Umfangs U:

U

cn [1/s] (4.2)

Aus (4.1) und (4.2) ergibt sich deshalb:

L

c

U

c

L

Uf [Hz] (4.3)

Durch Umstellen der Formel (4.1) lässt sich eine vorhandene Frequenz auf eine etwaige vorhandene Sägezahnbildung zurückführen bzw. die Größe der Segmente berechnen. Hierbei ist jedoch auch die Größe der Profilblöcke zu beachten.

nf

UL [m] (4.4)


4.2.1 Mechanische Schallanregung

Die Schallanregung durch mechanische Schwingungen des Reifens ist auf Verformungsvorgänge der Reifenprofilklötzchen im Kontaktbereich bzw. des gesamten Reifens zurück zu führen. Beim Abrollvorgang herrschen sowohl radiale als auch tangentiale Kräfte, die beim Kontaktverlust zu Schwingungen führen. Der Ein‐ und Austritt des Reifens aus der Kontaktfläche ist demnach von primärer Bedeutung. Aber auch die Rauhigkeit bzw. die Textur der Fahrbahnoberfläche kann den Reifen in Schwingung versetzen. Die Eigenschaft der Fahrbahnoberfläche ist auch maßgeblich für die in der unteren Abbildung 14 dargestellten „stick‐snap“‐ und „stick‐slip“‐Effekte verantwortlich, da diese auf Adhäsionskräften bzw. Gleitreibungseffekten beruhen [14]. Der durch Adhäsionskräfte erzeugte „stick‐snap“‐Effekt tritt vor allem bei hohen Temperaturen und bei Winterreifen auf. Durch hohe Temperaturen werden sowohl die Fahrbahnoberfläche als auch das Reifenprofil klebrig. Die Adhäsionskräfte nehmen in Folge dessen zu. Das Phänomen tritt auch bei Winterreifen auf, welche in einer erhöhten Umgebungstemperatur eingesetzt werden. Der optimale Temperaturbereich von Winterreifen liegt unterhalb von 10°C, bei höheren Temperaturen kann es dann auch zu „stick‐snap“‐Effekten kommen [31]. Die durch Gleitreibungskräfte hervorgerufenen „stick‐slip“‐Effekte hängen maßgeblich von den vorhandenen Verkehrssituationen ab. Sie beruhen auf hohen tangentialen Kräften, welche unter anderem bei Bremsvorgängen oder bei Kurvenfahrten entstehen [31].

Abbildung 14: Übersicht der mechanischen Schwingungen des Reifens (aus: [31])


4.2.2 Aerodynamische Schallanregung

Die aerodynamischen Vorgänge in der Kontaktfläche basieren auf der Tatsache, dass es sich bei dem Medium Luft um ein kompressibles Medium handelt, und dass es aufgrund des Reifenprofils zu teilweise abgeschlossenen Hohlräumen kommt. Durch den Abrollvorgang des Reifens kommt es im Kontaktbereich zu Einsaug‐ und Ausblasseffekten der Luft, die bei hohem Staudruck in den Hohlräumen komprimiert [2]. Werden die Hohlräume mit der komprimierten Luft wieder freigesetzt, kommt es zu einer ruckartigen Entspannung [31], „Airpumping“ genannt. Dieser Effekt wird verstärkt, je dichter die Luft in den Hohlräumen (zwischen den Profilrillen und der Fahrbahnoberfläche) eingeschlossen wird [14]. Bei einer vollkommen glatten Oberfläche ist die Schallabstrahlung also am größten. Weiterhin kommt es innerhalb der offenen Hohlräume der Längs‐ und Querrillen des Profils zu Röhren‐ und zu Helmholtzresonatoren [31] bzw. [2]. Der Fahrbahnoberfläche kommt neben der Schallentstehung durch Erzeugen von Hohlräumen auch bei der Schallausbreitung durch den sogenannten Horneffekt eine große Bedeutung zu. Unter dem Horneffekt versteht man eine Verstärkung des abgestrahlten Schalls, die durch die vorhandene Geometrie zwischen der gekrümmten Reifenfläche und der Fahrbahnoberfläche entsteht [31]. Es bildet sich eine Art Schalltrichter, der im Ein‐ und Auslauf des Reifens zu der erwähnten Verstärkung führt. Das Maß der Verstärkung ist dabei von der Schallabsorptionsfähigkeit der Fahrbahn abhängig [2].

Abbildung 15: Übersicht der aerodynamischen Vorgänge in der Kontaktfläche (aus: [31])


4.3 Aerodynamische Geräusche

Aus strömungstechnischer Sicht handelt es sich bei Fahrzeugen um umströmte stumpfe Körper. Generell kann gesagt werden, dass bei der Umströmung von Körpern die Körperkontur Ablösungen der Strömung verursacht und es dadurch zu Druckschwankungen und somit zur Entstehung von Geräuschen kommt [24]. Wie in Kapitel 2.1 beschrieben, handelt es sich bei Schall um nichts anderes als um Druckschwankungen. Ein bekanntes Beispiel für eine solche strömungsinduzierte Geräuschentstehung ist die Ausbildung einer Kármánschen Wirbelstraße bei der Umströmung von Körpern. Darunter versteht man eine periodische Bildung von Wirbeln, die sich hinter dem Körper ablösen. Die Entstehung ist von der Reynoldszahl und somit der Geschwindigkeit abhängig. Der Effekt der Kármánschen Wirbelstraße entsteht beispielsweise an Kraftfahrzeugen an der Antenne oder am Außenspiegel. Durch sogenannte Turbulenzerzeuger kann dem allerdings gut entgegengewirkt werden. Wie Abbildung 16 zeigt, existieren beim Pkw eine Vielzahl von Stellen, an denen es zu Ablösungen kommen kann.

Abbildung 16: Potentielle Ablösestellen beim Pkw (aus: [20])

Bei der Betrachtung von aerodynamischen Geräuschen stand lange Zeit das Kriterium „Komfort“ und somit das Fahrzeuginnengeräusch und dessen Reduzierung im Vordergrund. Grundsätzlich muss hinsichtlich der Entstehung von aerodynamischen Geräuschen bei Kraftfahrzeugen zwischen drei Mechanismen unterschieden werden [17] bzw. [18]:

Fluktuierende Volumenströme durch kleine Öffnungen

Wechseldruckbeaufschlagung fester Oberflächen

Wirbelstrukturen


Auf diesen drei Mechanismen basierend, existiert eine Vielzahl von unterschiedlichen aerodynamischen Geräuschquellen an Fahrzeugen, wobei nicht alle Geräuschquellen zum hier relevanten Außengeräusch beitragen. Leckagen in Dichtungssystemen beispielsweise, haben in erster Line einen Einfluss auf das Innengeräusch. Beim Pkw sind vor allem die vorderen Radhäuser als Hauptgeräuschquelle für das Außengeräusch zu nennen, wohingegen kaum eine Beeinflussung des Innengeräusches vorhanden ist [17]. Weitere relevante Geräuschquellen sind nach [17] bzw. [18]: die Außenspiegel, die Scheibenwischer, die Antenne, die A‐Säule und entstehende Hohlraumresonanzen durch Nuten oder Schlitze an der Karosserie oder dem Unterboden.

5. Übersicht der unterschiedlichen Asphaltsorten 22

5. Übersicht der unterschiedlichen Asphaltsorten Üblicherweise besteht der für Straßen verwendete Asphalt aus drei verschiedenen Schichten (Tragschicht, Bindeschicht und Deckschicht). Die einzelnen Schichten unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Dicke und der Materialzusammensetzung. Die oberste Schicht ist für die akustischen Eigenschaften maßgeblich und trägt damit direkt zur Schallentstehung sowie zur Schallabstrahlung und Schallausbreitung bei. In Deutschland werden gewöhnlich folgende Fahrbahnbeläge als Deckschicht eingesetzt: Asphaltbeton, Gussasphalt, Beton, Splittmastixasphalt und offenporige Asphalte. Die akustischen Eigenschaften von Fahrbahndeckschichten als Einflussfaktor der Reifen‐Fahrbahngeräusche lassen sich nach [2] anhand von den drei unten aufgeführten Merkmalen beschreiben. Allgemein sind Fahrbahndeckschichten als leise anzusehen, wenn sie über einen hohen Hohlraumgehalt, eine ebene Oberfläche und eine gleichmäßige Gesteinsform bei einer gleichzeitigen kleinen Gesteinsgröße des Mischgutes verfügen [7].

Fahrbahnrauhigkeit (Textur)

Offenporigkeit

Nachgiebigkeit Unter dem ersten Merkmal der Textur verbergen sich die Kenngrößen, die das Oberflächenprofil kennzeichnen. Darunter fallen in erster Linie die grundsätzliche Gestalt des Profils, die Rauhigkeitstiefe und die Rauhigkeitswellenlänge. Bei der Gestalt der Textur bzw. des Profils unterscheidet man zwischen konkaven Oberflächen (plateauartiges Profil mit schluchtenförmigen Vertiefungen) und konvexen Oberflächen (gebirgige Profile mit talartigen Vertiefungen), wobei die konkaven Deckschichten tendenziell eher leiser im Bezug auf das Reifen‐Fahrbahngeräusch ist [2]. Durch die Plateaus des konkaven Profils kommt es zu einer geringeren Schwingungsanregung des Reifens, als durch die konvexe Oberfläche [38]. Das Herstellungsverfahren hat Einfluss auf die Gestalt der Textur. Konkave Profile entstehen in der Regel bei gewalzten Oberflächen, wohingegen bei abgestreuten Oberflächen konvexe Profile entstehen.

Abbildung 17: Schematische Darstellung einer konkaven bzw. konvexen Oberfläche (aus: [6])

Die Schallabsorption wird vordergründlich durch das Merkmal „Offenporigkeit“ beeinflusst. Offenporige Deckschichten zeichnen sich durch einen hohen Grad an Hohlräumen aus, die miteinander vernetzt sind. Der Hohlraumgehalt und die Dicke der Deckschicht beeinflussen maßgeblich den Grad der Schallabsorption [31]. Auch die über Airpumping erzeugten Geräusche können durch die vorhandenen Hohlräume in der Deckschicht gemindert werden,


da die Hohlräume abgeschlossene bzw. dichte Zwischenräume in der Kontaktzone zwischen den Reifen und der Fahrbahn mindern. Dadurch kann die eingeschlossene Luft besser entweichen, man spricht in diesem Zusammenhang von einem „Entlüften“ der Kontaktzone [2]. Ein hoher Gehalt an Hohlräumen bzw. eine zunehmende Rautiefe haben zwar einen positiven Effekt auf den Geräuschanteil des Airpumpings, allerdings steigt mit diesen Parametern auch die mechanische Schwingungsanregung des Reifens durch die Fahrbahn selbst [43].

5.1 Korrekturwert DStrO

Um die unterschiedlichen akustischen Eigenschaften der einzelnen Deckschichten zu kategorisieren, wurde der sogenannte Korrekturwert DStrO in der deutschlandweit geltenden Richtlinie für den Lärmschutz an Straßen (RLS‐90) eingeführt. Bei diesem Wert handelt es sich um eine Art Vergleich, da dieser Korrekturwert in dB(A) auf einen Referenzasphalt bezogen wird [29]. Als Referenzasphalt mit einem DStrO‐Wert von 0 dB(A) dient ein nicht geriffelter Gussasphalt. Der Korrekturwert DStrO anderer Fahrbahnoberflächen gibt dann die Differenz des Emissionspegels im Bezug auf diesen Referenzasphalt an. Anzumerken ist, dass die DStrO‐Werte sowohl für Pkw, als auch Lkw gelten, obwohl die den Werten zugrundeliegenden Messungen bisher nur für Pkw‐Reifen durchgeführt werden [7] bzw. [5]. Auch findet der Faktor Geschwindigkeit keine Berücksichtigung, da die statistischen Vorbeifahrtpegelmessungen der Pkws bei einer festgelegten Geschwindigkeit von 120 km/h erfolgen [9].

5.2 Gussasphalt (Guss)

Gussasphalt gehört zu den dichten Fahrbahndeckschichten, der aus einem Gemisch von Gesteinskörnern, Sand und Bitumen3 besteht. Das Gemisch ist hohlraumfrei, dauerhaft wasserdicht und zeichnet sich durch eine hohe Verformungsbeständigkeit und somit hohe Haltbarkeit aus [38]. Bei der Verwendung von Gussasphalt als Straßenbelag ist unmittelbar nach dem Einbau eine Nachbehandlung zur Erhöhung der Griffigkeit notwendig [7]. Dazu wird die Oberfläche mit Splitt abgestreut, wobei man durch unterschiedliche Parameter wie der Korngröße und der Kornform des Splits auf die Gestaltung der Oberfläche Einfluss hat [38]. Da es sich bei Gussasphalt um den Referenzasphalt handelt, liegt der DStrO‐Wert bei 0 dB(A).

5.3 Splittmastixasphalt (SMA)

Bei dem sogenannten Splitmastixasphalt handelt es sich um einen Asphaltmastix (dichte Masse aus Sand und Bitumen) mit einem Splittanteil und im Bitumen beigefügten Zusätzen [7]. Die Zusätze haben eine stabilisierende Aufgabe und erhöhen so die Haltbarkeit. Es existieren verschiedene Formen von SMA, die sich hinsichtlich der Einbaudicke, der Bindemittel sowie der Korngrößenzusammensetzung unterscheiden. Splitmastixasphalt eignet sich aufgrund seiner hohen Belastbarkeit, ähnlich wie Gussasphalt, für stark belastete Verkehrswege und hat daher in seiner Grundform auch einen DStrO‐Wert von 0 dB(A). Die für diese Arbeit relevante Bauform SMA 0/11 hat hingegen einen DStrO‐Wert von ‐2 dB(A). Die 3 Bitumen ist ein aus Erdöl gewonnenes Gemische, das als Bindemittel Einsatz findet.


Bauformen SMA 0/11 (Paar 4) und SMA 0/11s4 (Paar 3) unterscheiden sich lediglich hinsichtlich der Beanspruchungsklasse [44].

5.4 Offenporiger Asphalt (OPA)

Der gemeinhin als „Flüsterasphalt“ bezeichnete offenporige Asphalt weist die lärmtechnisch besten Eigenschaften auf. Durch die Verwendung von groben Gesteinskörnern besitz dieser Asphalt einen sehr hohen Grad an Hohlräumen, die durch eine Bitumenschicht miteinander vernetzt sind [7]. Diese spezielle Struktur vermag zum einen die aerodynamische Schallanregung in der Kontaktfläche Reifen – Fahrbahn zu mindern, zum andern führt der hohe Hohlraumgehalt zu einer erhöhten Schallabsorption [38]. Das heißt, dass dieser Asphalt nicht ausschließlich das Rollgeräusch mindert, sondern bis zu einem gewissen Grad auch anderweitig entstehenden Schall (wie zum Beispiel durch den Antriebsstrang) absorbieren kann und somit im Bereich der Schallausbreitung positiven Einfluss nimmt. Vordergründig ist jedoch das Minderungspotential im Bereich der Reifen‐Fahrbahn‐Interaktion. Die positiven akustischen Eigenschaften spiegeln sich im DStrO‐Wert wieder. Dieser liegt je nach Kornaufbau bei ‐4 dB(A) bzw. ‐5 dB(A) [5]. Neben den positiven akustischen Eigenschaften vermag der OPA auch hinsichtlich eines sicherheitsrelevanten Kriteriums zu überzeugen. Durch die Hohlräume entsteht, anders als zum Beispiel beim Gussasphalt, keine wasserdichte Deckschicht. Bei Niederschlag bildet sich daher nur ein sehr dünner Wasserfilm. Dies reduziert die grundsätzliche Gefahr des Aquaplanings und die Reflexionswirkung (Blendwirkung) von nassen Fahrbahnen [7]. Der offenporige Asphalt besitzt allerdings auch eine Reihe von Nachteilen, die mit seiner speziellen Struktur zusammen hängen. Die wasserdurchlässige Deckschicht erfordert eine teilweise komplizierte Ableitung durch Entwässerungssystem [43]. Als wesentlicher Nachteil ist aber die akustische Lebensdauer bzw. die Haltbarkeit zu nennen. Die offenen Poren, die erst für die positiven akustischen Eigenschaften verantwortlich sind, machen den Asphalt anfällig für Kornausbrüche und Verschmutzung. Die Poren werden durch Schmutz regelrecht verstopft [Schulte]. Bei einem vorgeschrittenen Verschmutzungsgrad entsteht dann im Grunde wieder eine dichte Deckschicht, so dass ein Austausch nach etwa 10 Jahren notwenig wird [7]. Anzumerken ist an dieser Stelle, dass die oben aufgeführten DStrO‐Werte (‐4 bzw. ‐5 dB(A)) bei Autobahnen zwischen 6 und 8 Jahren angenommen werden [5].

5.5 Gussasphalt mit einer offenporigen Oberfläche (PMA)

Unter der Kurzbezeichnung PMA (Porous Mastix Asphalt) verbirgt sich ein Gussasphalt mit einer offenporigen Oberfläche. Es handelt sich dabei um eine Weiterentwicklung des konventionellen Gussasphalts. Man kann bei diesem Asphalt von einer Verquickung mehrer Deckschichtkonzepte sprechen [9]. Die Deckschicht selber besteht aus drei ineinander übergehenden Schichten: Einmal der konventionellen Gussasphaltschicht, einer zweiten dem SMA‐Asphalt ähnlichen Schicht und einer dritten OPA‐ähnlichen, obersten Deckschicht [38]. Die Oberflächenstruktur, die an den offenporigen Asphalt (OPA) angelehnt ist, wird durch den hohen Anteil an groben Gesteinskörnung in Abhängigkeit vom Größtkorn erreicht. Dieser liegt mit >70 M.‐% höher als beim ursprünglichen Gussasphalt (ca. 50 M.‐%) [22]. Bei der Entwicklung dieses Asphaltes durch den Landesbetrieb Straßenbau NRW hat man

4 „s“ steht für eine besondere Beanspruchung


versucht, die positiven Eigenschaften des konventionellen Gussasphaltes (Haltbarkeit, keine Entwässerung notwenig) mit den akustischen Eigenschaften des offenporigen Asphaltes zu verbinden. Ein Korrekturwert ist für diesen Asphalt noch nicht vorhanden.

6. Auswertung der Messdaten 26

6. Auswertung der Messdaten

6.1 Methodik und Analyseparameter

Die Auswertung der Messdaten erfolgt mit dem Prüfstand‐Akustik‐Messsystem (kurz PAK) der Firma Müller‐BBM VibroAkustik Systeme GmbH. Dieses System eignet sich für verschiedenste Aufgabenstellungen im Bereich von Schall‐ und Schwingungsmessungen. Für diese Arbeit kam das System im Bereich der Frequenzanalyse und somit die Fast‐Fourier‐ Transformation (FFT) zum Einsatz. Die Fast‐Fourier‐Transformation gehört zu den elementaren Anwendungen der digitalen Signalverarbeitungen. Mit Hilfe dieses Verfahrens lässt sich die Darstellung von digitalen Signalen im Zeitbereich in den Frequenzbereich überführen, um so Aussagen über die spektrale Zusammensetzung zu treffen. Es ist also mithilfe der Frequenzanalyse bzw. der FFT möglich, eine komplizierte Zeitfunktion in einzelne überschaubare Frequenzkomponenten zu zerlegen [23].

Abbildung 18: Zeit‐ und Frequenzdarstellung eines Signals (aus [15])

6.1.1 Abtastrate

Für die digitale Signalverarbeitung ist es notwendig, ein kontinuierliches analoges Signal in ein diskretes digitales Signal umzuwandeln. Dazu wird das Zeitsignal, wie in Abbildung 19 dargestellt, in konstanten Abständen erfasst. Unter der Abtastrate, auch Samplingrate SR genannt, versteht man die Häufigkeit der Erfassung des kontinuierlichen Signals pro Sekunde. Je höher also die Samplingrate, desto genauer erfolgt die Umwandlung des Signals

Δt

1SR [Hz] (6.1)

Bei allen Auswertungen dieser Arbeit wurde eine Abtastrate von 44,1 kHz benutzt. Dieser Wert entspricht der Abtastrate bei Audio‐CDs und ermöglicht es Frequenzen bis zu 20 kHz zu erfassen. Laut dem Abtasttheorem muss die Abtastfrequenz mehr als doppelt so groß sein,


als die im Signal maximal vorhandene Frequenz [23]. Wie in Abschnitt 2.1 bereits erwähnt, reicht der menschliche Hörbereich bis zu 20 kHz.

Abbildung 19: Schematische Darstellung der Abtastung eines Zeitsignals (aus [23])

6.1.2 Blockeinteilung und Fensterung

Die Weiterverarbeitung des erfassten diskreten Signals erfolgt blockweise, das heißt, die Daten für die FFT werden in Blöcken konstanter Länge, auch Zeitfenster genannt, zusammengefasst. Durch diese Vorgehensweise ist es möglich, unperiodische Signale als periodisch zu betrachten, indem einzelne Blöcke mehrmals hintereinander kopiert werden und so eine periodische Funktion bilden [23]. Aufgrund des eigentlich unperiodischen Charakters des Signals kann es dann allerdings an den Verknüpfungen von einzelnen Blöcken zu einem Sprung kommen. Um diesem Leakage‐Effekt entgegenzuwirken bzw. ihn zu verringern, bedient man sich einer sogenannten Fensterfunktion. Durch die Multiplikation mit dieser Funktion kommt es zu einer zusätzlichen Periodisierung der einzelnen Blöcke, da die Anfangs‐ und Endwerte eines Zeitfensters zu Null multipliziert werden. Werden die Zeitfenster dann hintereinander kopiert, kommt es nicht mehr zu dem oben erwähnten Leck‐Effekt. Die Verwendung einer Fensterfunktion macht dann aber eine Mittelung zwingend notwendig. Es gibt verschiedene Fensterfunktionen. Für die Analyse der Verkehrsgeräusche wurde hier auf das Hanning‐Fenster zurückgegriffen.

6.1.3 Blockgröße, Blockdauer und Frequenzauflösung

Die für die FFT erfassten Daten, werden wie beschrieben in Blöcken mit konstanter Länge zusammengefasst. Die Blockgröße besagt in diesem Zusammenhang, wie viele erfasste Werte einen Block bilden. Die Wahl der Blockgröße hat Einfluss auf die Dauer des Zeitfensters T und auf die Frequenzauflösung ∆f. Je höher die gewählte Blockgröße, desto länger ist die Messzeit. Gleichzeitig hat eine große Blockgröße jedoch auch eine hohe Frequenzauflösung zur Folge. Die Frequenzauflösung gibt an, wie genau zwischen einzelnen Frequenzen unterschieden werden kann. Je genauer also die Frequenzauflösung, desto mehr Details können erfasst werden.

BlockgrößeSR

1T [s] (6.2)

T

1Δf [Hz] (6.3)


Als Beispiel sind hier die Parameter der Nachauswertung 7 vorweg gegriffen (siehe Abbildung 20): Bei einer Abtastrate von 44,1 kHz werden jeweils 4096 (entspricht der gewählten Blockgröße) Werte zu einem Block zusammengefasst und analysiert. Die zeitliche Auflösung entspricht dann einem Wert von etwa 0,09 Sekunden. Das bedeutet, dass es möglich ist, einzelne Frequenzen mit einer Bandbreite von 10,76 Hz (entspricht der sich ergebenden Frequenzauflösung) zu unterscheiden. Die Wahl der Blockparameter hängt also mit dem Anwendungsfall zusammen und stellt immer einen Kompromiss zwischen der zeitlichen Auflösung und der Frequenzauflösung dar.

6.1.4 Mittelung und Überlappung

Wie unter 6.1.2 schon angeführt, ist eine Mittelung bei der Verwendung einer Fensterfunktion notwendig. Die Zahl der Mittelungen hängt dabei von dem Signal selbst (bzw. von dessen Güte), sowie von den Faktoren Frequenzauflösung und der aufwendbaren Zeit ab und kann zwischen 3 und 1000 liegen [23]. Gemittelt werden, wie bei Wechselgrößen üblich, quadratische Werte. Neben der Wahl einer geeigneten Mittlungszahl besteht die Möglichkeit einer Überschneidung der Zeitfenster. Der Parameter Überlappung oder auch Overlapping (OVL) gibt in Prozent den Betrag dieser Überschneidung der einzelnen Blöcke an. Das heißt, es werden bis zu dem eingestellten Wert Daten von einem Block auch für den darauffolgenden Block verwendet. Durch Überlappung erzielt man eine zusätzliche Mittelung und kann einen unter Umständen vorhandenen Rauschanteil reduzieren. Anzumerken ist allerdings, dass es zu einem Verlust von statistischer Sicherheit kommt, da bei einem hohen OVL‐Wert je Block weniger neue Zeitdaten analysiert werden [23].

6.1.5 Vergleich verschiedener Nachauswertungen

Die in den vorherigen Unterkapiteln 6.1.1 bis 6.1.4 beschriebenen Analyseparameter und deren unterschiedliche Variation haben zu einer Vielzahl an Nachauswertungen geführt. Abbildung 20 zeigt dazu die einstellbaren Parameter in PAK. Eine Übersicht der erstellten Nachauswertungen gibt Tabelle 4. Die hervorgehobenen Nachauswertungen sind unten exemplarisch durch Abbildung 21 bis Abbildung 24 aufgeführt, die jeweils die gleiche Messung zeigen. In diesem Zusammenhang kommt es nicht auf die eigentliche Messung selbst an. Vielmehr geht es um die Unterschiede der einzelnen Nachauswertungen bzw. die Variation der Analyseparameter.


Abbildung 20: Einstellbare FFT‐Parameter unter PAK; hier na7

Name SR

[kHz]

AVG OVL [%]

Frequenz‐linien

Blockgröße Frequenz‐auflösung ∆f [Hz]

Blockdauer T [s]

na1 44,1 3 50 12801 32768 1,34583 0,743039

na2 44,1 5 50 12801 32768 1,34583 0,743039

na3 44,1 50 50 12801 32768 1,34583 0,743039

na4 44,1 50 25 12801 32768 1,34583 0,743039

na11 44,1 25 25 1601 4096 10,76660 0,092880

na5 44,1 5 0 1601 4096 10,76660 0,092880

na6 44,1 5 25 1601 4096 10,76660 0,092880

na7 44,1 3 50 1601 4096 10,76660 0,092880

na8 44,1 3 50 3201 8192 5,38330 0,185760

na9 44,1 3 50 6401 16284 2,70818 0,369252

na10 44,1 3 50 801 2048 21,53320 0,046440

na12 44,1 50 50 801 2048 21,53320 0,046440

Tabelle 4: Übersicht der verschiedenen Nachauswertungen

Abbildung 21 und Abbildung 22 zeigen Nachauswertungen bei derselben Blockgröße (32768), die Frequenzauflösung ist also bei beiden identisch. Bei Nachauswertung 3 (na3) wurde im Vergleich zu der ersten Nachauswertung (na1) die Mittelungszahl von 3 auf 50 deutlich erhöht. Sehr gut zu erkennen ist der damit verbundene geglättete Verlauf beispielsweise des Pegels. Auch die Spektren sind nicht so verrauscht. Einzelne Ereignisse sind jedoch nicht mehr abzuschätzen bzw. zu identifizieren, weshalb die Mittelungszahl für die erfolgten Auswertungen einen geringeren Wert hat. Die Nachauswertungen na7, na11 und na10 (Abbildung 23 bis Abbildung 25) haben mit 4096 (na7 und na11) und 2048 (na10)


eine andere Blockgröße und somit eine geringere Frequenzauflösung. Der Unterschied von na7 und na11 liegt wiederum in einer veränderten Mittelungszahl bzw. einem unterschiedlichen Überlappungs‐Wert. Die Auswirkungen führen, wie oben bereits beschrieben, zu einer Glättung. Die unterschiedliche Frequenzauflösung ist gut im Vergleich von Abbildung 23 und Abbildung 25 zu erkennen, die restlichen Parameter sind hier gleich. Für die Analyse der Straßenverkehrsgeräusche, als ein Beispiel eines inkohärenten Signals, bieten sich kleinere Blockgrößen mit den damit verbundenen geringeren Frequenzauflösungen an. Die zu Beginn gewählte Auflösung von 1,35 Hz ist zu fein. Bei einer Auflösung von 10,77 Hz können immer noch genug benachbarte Frequenzen unterschieden werden. Für die unter Kapitel 6. enthaltenen Auswertungen haben sich demnach die Nachauswertungen na7, na10 und na11 angeboten, wobei na7 hier als Grund‐ oder Standardauswertung gelten soll.

50 100 150 200 250 300s

0

500

1000

1500

2000

2500

3000Hz

40

45

50

55

60

65

70

dBRMS

0

500

1000

1500

2000

2500

3000Hz

30 40 50 60 70 80 90

dBRMS

0 50 100 150 200 250 300

s-2

0

2

Pa

50 100 150 200 250 300s

7075808590

dB RMS Bewertung (Linear)

Gesamtpegel

A40 Guss DU Rheinhausen Mess 17

PAK 5.5 www.muellerbbm-vas.de

Editors: 3_D_standard_verkehr/Page 1/3D_Standard_A_kommentar.pak_flydijana.hallmann/PAK/MESSDATEN/Verkehr/A 40 6 Guss Duisburg-Rheinhausen Mess 17na1

Kal.: 0.0168781V/Freq.-Sp.: 17226.6Hz; Mean: 8613.28HzN_FL: 12801; N_BLK: 32768; DF: 1.34583HzAVG: 3; OVL: 50%; WIN: HanningAcquisition: 27.04.2012 11:16:49

APS

http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/Strömungstechnik und Akustik

dijana.hallmann 14.09.2012 16:46:30 h

14.8 Hz 71.035 dB(lin) 61.9 Hz 69.228 dB(lin) 693.1 Hz 67.231 dB(lin) 709.2 Hz 66.757 dB(lin)

Messmik1

Fachhochschule DüsseldorfFH D

Schalldruck

Abbildung 21: Messung 17 ‐ Nachauswertung na15

5 Die Grafik zeigt 4 verschieden Diagramme: Den Verlauf des gemessenen Schalldrucks sowie den Gesamtpegelverlauf das gewählten Zeitausschnitts und zwei Diagramme, welche Informationen über die Frequenzzusammensetzung geben.


50 100 150 200 250 300s

0

500

1000

1500

2000

2500

3000Hz

40

45

50

55

60

65

70

dBRMS

0

500

1000

1500

2000

2500

3000Hz

30 40 50 60 70 80 90

dBRMS

0 50 100 150 200 250 300

s-2

0

2

Pa

50 100 150 200 250 300s

75

80

85


Gesamtpegel





APS




Messmik1


Schalldruck


50 100 150 200 250 300s

0

500

1000

1500

2000

2500

3000Hz

40

45

50

55

60

65

70

dBRMS

0

500

1000

1500

2000

2500

3000Hz

30 40 50 60 70 80 90

dBRMS

0 50 100 150 200 250 300

s-2

0

2

Pa

50 100 150 200 250 300s

7075808590


Gesamtpegel





APS




Messmik1


Schalldruck



50 100 150 200 250 300s

0

500

1000

1500

2000

2500

3000Hz

40

45

50

55

60

65

70

dBRMS

0

500

1000

1500

2000

2500

3000Hz

30 40 50 60 70 80 90

dBRMS

0 50 100 150 200 250 300

s-2

0

2

Pa

50 100 150 200 250 300s

7075808590


Gesamtpegel





APS




Messmik1


Schalldruck


50 100 150 200 250 300s

0

500

1000

1500

2000

2500

3000Hz

40

45

50

55

60

65

70

dBRMS

0

500

1000

1500

2000

2500

3000Hz

30 40 50 60 70 80 90

dBRMS

0 50 100 150 200 250 300

s-2

0

2

Pa

50 100 150 200 250 300s

7075808590


Gesamtpegel





APS




Messmik1


Schalldruck



6.2 Vergleich der einzelnen Asphaltpaare

Nachfolgend wird jeweils eine 5 minütige Messung an einem Messort mit einer dazugehörigen Messung am Referenzort verglichen. Da an jedem Messort mehrere 5 minütige Messungen gemacht wurden, wurde die dargestellte Messung anhand des Verkehrsaufkommens und der im Messprotokoll aufgeführten Anmerkungen ausgewählt. Für diesen Vergleich wurde beispielsweise auf Messungen mit einer höheren Anzahl an Störungen (Sirene, Hubschrauber, Vögel etc.) verzichtet. Trotz sorgfältiger Auswahl der Messort (vgl. Kapitel 3.1) ist der direkte Vergleich einzelner Messungen differenziert zu betrachten, da auch durch vergleichbare Bedingungen (Messtag, Anzahl der Spuren, Autobahn) keine absolute Vergleichbarkeit gegeben ist. Besonders dem Faktor „Verkehrsaufkommen“ kommt bei dem Vergleich der einzelnen Langzeitmessungen eine besondere Bedeutung zu. Ist dieser Faktor nicht ähnlich, ist ein Vergleich gar nicht erst sinnvoll. Die Abbildung 26 zeigt das Verkehrsaufkommen der ausgewählten Messnummern. Im Anhang sind weitere Diagramme zum Verkehrsaufkommen aller Messungen zu finden (Abbildung ‐ Anhang 24 bis Abbildung ‐ Anhang 27). Bei den dargestellten Plots handelt es sich einmal um die Schalldruckspektren, wobei hier eine A‐Bewertung aufgeführt ist. Um dem menschlichen Hörfeld Rechnung zu tragen, wird besonders der Frequenzbereich von 1000 bis 4000 Hz betrachtet, da hier die höchste Empfindlichkeit vorliegt. Der darüber‐ bzw. darunter liegende Frequenzbereich ist zwar physikalisch interessant, wird hier aber vernachlässigt, da die unterschiedlichen Asphaltsorten hinsichtlich der Wirkung beurteilt werden sollen. Zusätzlich wird der Pegelverlauf der beiden exemplarischen Messungen in einem Plot miteinander verglichen.

0

50

100

150

200

250

Verkehrsaufkommen der Vergleichsmessungen

PKW

LKW

Abbildung 26: Übersicht der Verkehrsaufkommen der verwendeten Vergleichsmessungen


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

1. (33 ‐ 36) 2. (20 ‐ 17) 3. (40 ‐ 46) 4. (24 ‐ 28)

Lp [db(A)]

Vergleichspaar (Messnr.)

Lärmarm

Referenz

Abbildung 27: Pegel der Vergleichsmessungen in dB(A) bei na7

6.2.1 Vergleich Paar 1: OPA (30‐31‐32‐33) ‐ Guss (34‐35‐35‐36)

Die Abbildung 28 bis Abbildung 30 zeigen das erste Vergleichspaar. Das Verkehrsaufkommen war hier relativ ähnlich, weshalb sich ein Vergleich gut eignet. Anzumerken ist allerdings, dass sich die Messposition der OPA‐Messungen auf Höhe einer Ausfahrt befand. Das heißt dass die Anzahl der Spuren nicht identisch war. Auf Grund der Ausfahrspur sind es 3 statt 2 Spuren wie am Referenzort (Guss). Am Guss‐Messort wiederum war die Gegenfahrbahn stark befahren. Im betrachteten Frequenzbereich (Abbildung 28 und Abbildung 29) ist der Referenzasphalt (Guss) maximal 5,1 dB(A) lauter als der potentiell lärmarme Asphalt, minimal sind es 2,3 dB(A). Die Differenz der Mittelungspegel beträgt 2,3 dB(A). Die relativ geringe Wirkung des offenporigen Asphaltes dieses Vergleichspaares beschränkt sich zusätzlich auf einen Frequenzbereich oberhalb von 1000 Hz (siehe Abbildung 29). Betrachtet man die Pegelverläufe in Abbildung 30 fällt besonders der hohe Wert der Messung 36 bei t=190 s (87,5 dB(A)) auf, welcher den Lmax‐Wert dieser Messung darstellt. Aus Tabelle 6 wird ersichtlich, dass sich sowohl der Lmax‐Wert also auch der Lmin‐Wert dieser Messung von den korrespondierenden Werten der anderen beiden Messungen abheben. Der Maximalwert ist ca. 5 dB (A) höher, wohingegen der Minimalwert ca. 5 dB (A) niedriger ist. Dies erklärt sich durch ein Einzelschallereignis (Vorbeifahrt eines Motorrades) und dem direkt folgenden Pegelabfall auf Grund einer ungewöhnlich langen Verkehrspause.


0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 [ ]-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

dB(li

n)dB

(A)

Schalldruck Bewertung: A

Aquisition: 10:58:40h 18.05.2012


Format: 1Spec_x_Kurven_verkehr/1x2D_mehrere_kurven.pak_fly dijana.hallmann/Verkehr/A 40 4 OPA Hei Mess 33na7

Resolution: 10.7666 [Hz] Cal.:0.0156922 [V/dB(A)] AVG:( )

A 40 4 OPA Hei Mess 33na7 (Messmik1) APS Lp= 77.7dB Lp(A)= 73.8dBA 40 4 OPA Hei Mess 33na7 (Messmik1) APS Lp= 74.9dB Lp(A)= 73.8dBA 40 4 Guss Werne Mess 36na7 (Messmik1) APS Lp= 79.3dB Lp(A)= 76.1dBA 40 4 Guss Werne Mess 36na7 (Messmik1) APS Lp= 77.3dB Lp(A)= 76.1dB


Abbildung 28: Vergleich einer kompletten 5 Min.‐Messung OPA (33) ‐ Guss (36) Paar 1

100 1k 10k [ ]-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

dB(li

n)dB

(A)


Aquisition: 10:58:40h 18.05.2012


Format: 1Spec_x_Kurven_verkehr_log/1x2D_mehrere_kurven.pak_fly dijana.hallmann/Verkehr/A 40 4 OPA Hei Mess 33na7


A 40 4 OPA Hei Mess 33na7 (Messmik1) APS Lp= 77.7dB Lp(A)= 73.8dBA 40 4 OPA Hei Mess 33na7 (Messmik1) APS Lp= 74.9dB Lp(A)= 73.8dBA 40 4 Guss Werne Mess 36na7 (Messmik1) APS Lp= 79.3dB Lp(A)= 76.1dBA 40 4 Guss Werne Mess 36na7 (Messmik1) APS Lp= 77.3dB Lp(A)= 76.1dB


Abbildung 29: Vergleich einer kompletten 5 Min.‐Messung OPA (33) ‐ Guss (36) Paar 1; log. Auftragung


Frequenz [Hz] ∆L [dB(A)]

1000 2,3

2000 3,8

3150 5,1

4000 4,9 Tabelle 5: Pegeldifferenzen der Terzspektren aus Abbildung 1 bzw. 2

50 100 150 200 250 300 [s]40

50

60

70

80

90

100 Schalldruck Bewertung: A

Aquisition: 10:58:40h 18.05.2012


Format: 1Time_x_Kurven_verkehr/1x2D_mehrere_kurven_gesamtpegel.pak_fly dijana.hallmann/Verkehr/A 40 4 OPA Hei Mess 33na7

Resolution: 10.7666 [s] Cal.:0.0156922 [V/dB(A)] AVG:3(Mittelung über Linien)

A 40 4 OPA Hei Mess 33na7 (Messmik1) APS A 40 4 Guss Werne Mess 36na7 (Messmik1) APS


Abbildung 30: des Pegelverlaufs der 5 Min.‐Messung OPA (33) ‐ Guss (36) Paar 1

Messnr. A Beschreibung Asphalt Lmin bei na7

[dB / dB(A)] Lmax bei na7 [dB / dB(A)]

30 A 40 Mülheim ‐ Heißen OPA 69,4 / 62,5 91,5 / 79,5




34 A 40 Bochum ‐ Werne_Auf dem Sporkel Guss 72,7 / 68,0 89,1 / 81,7



Tabelle 6: Übersicht von Lmin und Lmax aller Messungen von Paar 1

6.2.2 Vergleich Paar 2: OPA (20‐21‐22‐23) ‐ Guss (17‐18‐19)

Zur Beurteilung des zweiten Vergleichspaares sollen Abbildung 31 bis Abbildung 33 betrachten werden: Hier kann man den von allen Vergleichspaaren gravierendsten Unterschied erkennen. An dieser Stelle muss das Verkehrsaufkommen erwähnt werden. Die Messungen 20 bis 23 weisen von allen das höchste Verkehrsaufkommen auf. Vor allem der Pkw‐Anteil ist sehr hoch, der Lkw‐Anteil ist wiederum geringer als bei der


Vergleichsmessung. Auch die Geschwindigkeitsbegrenzungen unterscheiden sich. Am OPA‐Messort lag sie bei 100 km/h, während sie am Guss‐Messort bei 120 km/h lag. Ein Vergleich der Langzeitmessungen dieses Paares ist also nur bedingt sinnvoll, wird aber der Vollständigkeit halber trotzdem mit aufgeführt. Da die Wirkung des offenporigen Asphalts anhand der Pegeldifferenzen nicht, oder nur bedingt aussagekräftig sind, ist die Analyse der Einzelereignisse unter Kapitel 6.3 heranzuziehen. Die OPA‐Messungen von Paar 2 sind nämlich durchaus als wirkungsvollstes OPA‐Beispiel zu bezeichnen. Die maximale Pegeldifferenz im betrachteten Frequenzbereich beträgt 20,0 dB(A), die minimale 13,9 dB(A). Auch die Differenz der Mitelungspegel ist mit 15,9 dB(A) hoch. Im Vergleich zum ersten Paar mit derselben Asphaltpaarung, unterscheiden sich vor allem die Messungen des potentiell lärmarmen Asphaltes. Die Referenzmessungen (Guss‐Messung von Paar 1 36 und Paar 2 17) sind vom Verlauf relativ ähnlich, d.h. der große Pegelunterschied muss mit der Messnummer 33 bzw. 20 zu tun haben. Vergleicht man diese beiden Messungen miteinander, so fällt auf, dass Messnummer 33 (also die OPA‐Messung von Paar 1) lauter ist als Messung 20 (OPA‐Messung von Paar 2). Da beide im Jahr 2011 gebaut wurden, kann ein vorangeschrittener Alterungsprozess ausgeschlossen werden. Auch der Korrekturwert DStrO ist mit ‐4 dB(A) bei Messnr. 33 und ‐5 dB(A) bei Messnr. 20 ähnlich. Das Verkehrsaufkommen kann ebenfalls nicht die Ursache sein, da dies bei Messung 20 höher lag als bei 33. Möglicherweise liegt es an der oben bereits erwähnten Messposition auf Höhe einer Ausfahrt bei Messung 33.

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 [ ]-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

dB(li

n)dB

(A)


Aquisition: 14:32:54h 27.04.2012


Format: 1Spec_x_Kurven_verkehr/1x2D_mehrere_kurven.pak_fly dijana.hallmann/Verkehr/A 40 6 OPA Bochum-Wattenscheid West Mess 20na7


A 40 6 OPA Bochum-Wattenscheid West Mess 20na7 (Messmik1) APS Lp= 71.7dB Lp(A)= 63.4dBA 40 6 OPA Bochum-Wattenscheid West Mess 20na7 (Messmik1) APS Lp= 66.5dB Lp(A)= 63.3dBA 40 6 Guss Duisburg-Rheinhausen Mess 17na7 (Messmik1) APS Lp= 82.0dB Lp(A)= 79.3dBA 40 6 Guss Duisburg-Rheinhausen Mess 17na7 (Messmik1) APS Lp= 80.3dB Lp(A)= 79.3dB


Abbildung 31: Vergleich einer kompletten 5 Min.‐Messung OPA (20) – Guss (17) Paar 2


100 1k 10k [ ]-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

dB(li

n)dB

(A)


Aquisition: 14:32:54h 27.04.2012


Format: 1Spec_x_Kurven_verkehr_log/1x2D_mehrere_kurven.pak_fly dijana.hallmann/Verkehr/A 40 6 OPA Bochum-Wattenscheid West Mess 20na7


A 40 6 OPA Bochum-Wattenscheid West Mess 20na7 (Messmik1) APS Lp= 71.7dB Lp(A)= 63.4dBA 40 6 OPA Bochum-Wattenscheid West Mess 20na7 (Messmik1) APS Lp= 66.5dB Lp(A)= 63.3dBA 40 6 Guss Duisburg-Rheinhausen Mess 17na7 (Messmik1) APS Lp= 82.0dB Lp(A)= 79.3dBA 40 6 Guss Duisburg-Rheinhausen Mess 17na7 (Messmik1) APS Lp= 80.3dB Lp(A)= 79.3dB


Abbildung 32: Vergleich einer kompletten 5 Min.‐Messung OPA (20) ‐ Guss (17) Paar 2; log. Auftragung


1000 20,0

2000 14,3

3150 14,4



50 100 150 200 250 300 [s]40

50

60

70

80

90


Aquisition: 14:32:54h 27.04.2012


Format: 1Time_x_Kurven_verkehr/1x2D_mehrere_kurven_gesamtpegel.pak_fly dijana.hallmann/Verkehr/A 40 6 OPA Bochum-Wattenscheid West Mess 20na7


A 40 6 OPA Bochum-Wattenscheid West Mess 20na7 (Messmik1) APS A 40 6 Guss Duisburg-Rheinhausen Mess 17na7 (Messmik1) APS


Abbildung 33: Vergleich des Pegelverlaufs der 5 Min.‐Messung OPA (20) ‐ Guss (17) Paar 2



20 A 40 Ausfahrt Bochum ‐ Wattenscheid OPA 67,0 / 53,0 87,6 / 70,9

21 A 40 Ausfahrt Bochum ‐ Wattenscheid OPA 66,3 / 55,3 85,3 / 76.7



17 A 40 Ausfahrt Duisburg ‐ Rheinhausen Guss 74,5 / 69,9 88,6 / 85,6




6.2.3 Vergleich Paar 3: OPA (40‐41‐42‐43) ‐ SMA11s (44‐45‐46)

Die Asphaltpaarung des dritten Vergleichspaares unterscheidet sich von der Paarung der ersten beiden dahingehend, dass hier nicht Guss sondern SMA11s als Referenzasphalt dient. Das Verkehrsaufkommen liegt hier wieder im vergleichbaren Bereich, was aus Abbildung 26 deutlich wird. Jedoch ist anzumerken, dass die Geschwindigkeitsbegrenzungen unterschiedlich sind. Am Referenzmessort herrscht eine Begrenzung von 130 km/h statt den 100 km/h am Vergleichsort. Der maximale Pegelunterschied liegt bei 2000 Hz mit einem Wert von 7,5 dB(A). Der minimale Unterschied von 3,1 dB(A) ist bei 1000 Hz zu finden. Der Mittelungspegelunterschied liegt bei 2,4 dB(A). Die OPA‐Messung dieses Vergleichspaares ist im Vergleich zu den OPA‐Messungen der ersten beiden Paare lauter. Das lässt sich allerdings recht gut durch zwei Ursachen erklären: Zum einen muss hier das Baujahr 2001 genannt


werden. Die Wirkung des offenporigen Asphalts ist vermutlich kaum oder gar nicht mehr vorhanden. Zum anderen war der Lkw‐Anteil hier höher, was mit dem Messort auf der allgemein stark befahrenen A1 zusammen hängt. Auch unterscheidet sich der vorhandene Messuntergrund bei dieser Messung von allen anderen. Die Messposition befand sich auf einen Rastplatz, der Untergrund war Beton und nicht wie andernfalls Wiesen‐ oder Waldboden.

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 [ ]-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

dB(li

n)dB

(A)


Aquisition: 12:08:44h 14.06.2012


Format: 1Spec_x_Kurven_verkehr/1x2D_mehrere_kurven.pak_fly dijana.hallmann/Verkehr/A 1 6 OPA Schw Mess 40na7


A 1 6 OPA Schw Mess 40na7 (Messmik1) APS Lp= 83.8dB Lp(A)= 78.2dBA 1 6 OPA Schw Mess 40na7 (Messmik1) APS Lp= 80.3dB Lp(A)= 78.2dBA 1 6 SMA Gev Mess 46na7 (Messmik1) APS Lp= 83.0dB Lp(A)= 80.6dBA 1 6 SMA Gev Mess 46na7 (Messmik1) APS Lp= 81.4dB Lp(A)= 80.6dB


Abbildung 34: Vergleich einer kompletten 5 Min.‐Messung OPA (40) – SMA11s (46) Paar 3


100 1k 10k [ ]-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

dB(li

n)dB

(A)


Aquisition: 12:08:44h 14.06.2012


Format: 1Spec_x_Kurven_verkehr_log/1x2D_mehrere_kurven.pak_fly dijana.hallmann/Verkehr/A 1 6 OPA Schw Mess 40na7


A 1 6 OPA Schw Mess 40na7 (Messmik1) APS Lp= 83.8dB Lp(A)= 78.2dBA 1 6 OPA Schw Mess 40na7 (Messmik1) APS Lp= 80.3dB Lp(A)= 78.2dBA 1 6 SMA Gev Mess 46na7 (Messmik1) APS Lp= 83.0dB Lp(A)= 80.6dBA 1 6 SMA Gev Mess 46na7 (Messmik1) APS Lp= 81.4dB Lp(A)= 80.6dB


Abbildung 35: Vergleich einer kompletten 5 Min.‐Messung OPA (40) ‐ SMA11s (46) Paar 3; log. Auftragung


1000 3,1

2000 7,5

3150 6,5



50 100 150 200 250 300 [s]40

50

60

70

80

90


Aquisition: 12:08:44h 14.06.2012


Format: 1Time_x_Kurven_verkehr/1x2D_mehrere_kurven_gesamtpegel.pak_fly dijana.hallmann/Verkehr/A 1 6 OPA Schw Mess 40na7


A 1 6 OPA Schw Mess 40na7 (Messmik1) APS A 1 6 SMA Gev Mess 46na7 (Messmik1) APS


Abbildung 36: Vergleich des Pegelverlaufs der 5 Min.‐Messung OPA (40) ‐ SMA11s (46) Paar 3



40 A 1 Rastplatz hinter Schwerte OPA 77,4 / 69,6 90,9 / 84,2




44 A 1 Gevelsberg SMA11s 74,9 / 71,9 96,4 / 88,0




6.2.4 Vergleich Paar 4: PMA (24‐25‐26) ‐ SMA11 (27‐28‐29)

Abbildung 37 und Abbildung 38 zeigen, dass beim vierten Vergleichspaar die geringsten Unterschiede vorhanden sind. Hier ist der potentiell lärmarme Asphalt (PMA) nur geringfügig leiser als der Referenzasphalt (SMA11). Im betrachteten Frequenzbereich bestehen Pegeldifferenzen vom minimal 0,6 dB(A) und maximal 2,4 dB(A). Das spiegelt sich auch in der Differenz der Mittelungspegel wieder (1,4 dB(A)). Die Messung des vermeintlich lärmarmen Asphalts (Messnr. 24) wurde an einem Ort mit geringer Steigung durchgeführt, und es ist durchaus möglich, dass sich die Messtechnik an einem Tiefpunkt befand. Hinzu kommt, dass es bei Messung 28 immer wieder zu einem Pegelabfall kommt, was Abbildung 39 deutlich zeigt. Es kam am Messtag immer wieder zu Verkehrspausen, was im Pegelverlauf gut


sichtbar ist. Das Verkehrsaufkommen an sich war vergleichbar und kann daher nicht als Ursache gelten.

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 [ ]-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

dB(li

n)dB

(A)


Aquisition: 12:14:30h 07.05.2012


Format: 1Spec_x_Kurven_verkehr/1x2D_mehrere_kurven.pak_fly dijana.hallmann/Verkehr/A 30 4 PMA Lotte Spellhof Mess 24na7


A 30 4 PMA Lotte Spellhof Mess 24na7 (Messmik1) APS Lp= 78.9dB Lp(A)= 75.4dBA 30 4 PMA Lotte Spellhof Mess 24na7 (Messmik1) APS Lp= 77.0dB Lp(A)= 75.4dBA 30 4 SMA Lotte Laggenbeck Mess 28na7 (Messmik1) APS Lp= 79.3dB Lp(A)= 76.8dBA 30 4 SMA Lotte Laggenbeck Mess 28na7 (Messmik1) APS Lp= 77.8dB Lp(A)= 76.8dB


Abbildung 37: Vergleich einer kompletten 5 Min.‐Messung PMA (24) – SMA11 (28) Paar 4

100 1k 10k [ ]-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

dB(li

n)dB

(A)


Aquisition: 12:14:30h 07.05.2012


Format: 1Spec_x_Kurven_verkehr_log/1x2D_mehrere_kurven.pak_fly dijana.hallmann/Verkehr/A 30 4 PMA Lotte Spellhof Mess 24na7


A 30 4 PMA Lotte Spellhof Mess 24na7 (Messmik1) APS Lp= 78.9dB Lp(A)= 75.4dBA 30 4 PMA Lotte Spellhof Mess 24na7 (Messmik1) APS Lp= 77.0dB Lp(A)= 75.4dBA 30 4 SMA Lotte Laggenbeck Mess 28na7 (Messmik1) APS Lp= 79.3dB Lp(A)= 76.8dBA 30 4 SMA Lotte Laggenbeck Mess 28na7 (Messmik1) APS Lp= 77.8dB Lp(A)= 76.8dB


Abbildung 38: Vergleich einer kompletten 5 Min.‐Messung PMA (24) ‐ SMA11 (28) Paar 4; log. Auftragung



1000 1,9

2000 2,4

3150 0,6


50 100 150 200 250 300 [s]40

50

60

70

80

90


Aquisition: 12:14:30h 07.05.2012


Format: 1Time_x_Kurven_verkehr/1x2D_mehrere_kurven_gesamtpegel.pak_fly dijana.hallmann/Verkehr/A 30 4 PMA Lotte Spellhof Mess 24na7


A 30 4 PMA Lotte Spellhof Mess 24na7 (Messmik1) APS A 30 4 SMA Lotte Laggenbeck Mess 28na7 (Messmik1) APS


Abbildung 39: Vergleich des Pegelverlaufs der 5 Min.‐Messung PMA (24) – SMA11 (28) Paar 4



24 A 30 Zw. Ausfahrt Lotte ‐ AK Lotte‐Spellhof OPA 68,1 / 62,0 87,3 / 83,4



27 A 30 Zw. Ausfahrt Lotte ‐ Lotte‐Laggenbeck OPA 67,5 / 62,0 89,0 / 83,1

28 A 30 Zw. Ausfahrt Lotte ‐ Lotte‐Laggenbeck SMA11s 68,6 / 60,5 86,2 / 83,0

29 A 30 Zw. Ausfahrt Lotte ‐ Lotte‐Laggenbeck SMA11s 66,2 / 60,8 87,2 / 85,6


6.3 Analyse eines Einzelereignisses

Die Tatsache, dass zu den Audioaufnahmen zusätzlich eine Videoaufnahme sowie eine Zählung des Verkehrsaufkommens erfolgte, macht es möglich, konkrete Vorbeifahrgeräusche zu analysieren. Zunächst einmal ist eine korrekte Identifizierung des Ereignisses wichtig. Unterschieden wird hier allerdings nur zwischen Pkw und Lkw. Betrachtet werden dann die unbewerteten Frequenzspektren der Geräusche zum Zeitpunkt der Vorbeifahrt. Für diese Analyse bieten sich unbewertete Schmalbandspektren an, um


etwaige tonale Komponenten erfassen zu können sowie eine genauere Betrachtung der tieferen Frequenzen vornehmen zu können. Exemplarisch wird hier je nur ein Beispiel einer Vorbeifahrt für einen lärmarmen und einen Referenzasphalt gezeigt. Weitere Abbildungen sind im Anhang und unter Kapitel 6.4 zu finden.

6.3.1 Lkw

Die Identifizierung eines Lkws ist gut anhand der Audiodaten durchführbar. Da es zu einem auffälligen Anstieg des Gesamtpegels kommt, ist es möglich sich an diesem Wert zu orientieren. Auch das Frequenzspektrum sticht neben dem Gesamtpegel hervor. Anders als beim Pkw liegt kein gleichmäßiger Verlauf vor. Vielmehr treten deutliche tonale Komponenten auf. Das Vorhandensein von einzelnen Tönen, die sich aus dem gesamten Spektrum hervorheben, wird als Tonhaltigkeit bezeichnet. Tonhaltige Geräusche gelten in der Psychoakustik als besonders unangenehm. Bei den untersuchten Messungen haben sich bei Lkws auf allen Fahrbahnbelägen tonale Komponenten gezeigt, jedoch waren diese nicht gleichermaßen ausgeprägt (Abbildung 40 ‐ Abbildung 42) Abbildung 40 zeigt eine Lkw‐Vorbeifahrt bei der Referenzmessung von Paar 1 (Guss). Die Peaks liegen um einen Frequenzbereich von 740, 360 und 70 Hz. Eine Vorbeifahrt am dazugehörigen Vergleichsmessort (OPA) wird in Abbildung 41 gezeigt. Hier liegen die Peaks um die Frequenzen von 660, 270 und unterhalb von 70 Hz. Dem Bereich unterhalb von 1000 Hz kommt demnach eine besondere Bedeutung bezüglich der Dominanz des Lkws zu, wobei dies bei beiden dargestellten Asphaltsorten zu erkennen ist. Die Ergebnisse aus Kapitel 6.2 haben gezeigt, dass vor allem die OPA‐Messungen von Paar 2 sich von den anderen OPA‐Messungen unterscheiden. Aus diesem Grund zeigt Abbildung 42 zusätzlich eine Lkw‐Vorbeifahrt an diesem OPA‐Messort. Auch hier sind die tonalen Komponenten vorhanden, jedoch ist das Pegelniveau deutlich geringer. Das bedeutet, dass auch der (hier) wirkungsvollste offenporige Asphalt den beim Lkw dominanten Frequenzbereich unterhalb von 1000 Hz nur bis zu einem gewissen Grad dämpfen kann. Die Problematik hat offensichtlich mit dem tiefen Frequenzbereich zu tun, da die Wirkung bei hohen Frequenzen deutlich besser ist (vgl. dazu die Ausführungen unter 6.2). Deutlich wird dies auch noch mal durch den direkten Vergleich (Abbildung 43) der Schmalbandspektren der zuvor gezeigten Lkw‐Vorbeifahrten. Die tonalen Komponenten sind bei allen Ausschnitten vorhanden, jedoch bezüglich des dB(A)‐Niveaus unterschiedlich stark ausgeprägt. Erst ab ca. 1000 bzw. 600 Hz zeigt sich, dass die OPA‐Beispiele von dem Guss‐Beispiel abweichen. Um eine Erklärung für die deutlich vorhandenen tonalen Komponenten beim Lkw zu finden, muss man auf die in Kapitel 4. beschrieben Grundlagen zur Entstehungen von Verkehrsgeräuschen verweisen. Wie dort beschrieben, ist der durch das Antriebsgeräusch erzeugte Pegel bis zu einer Geschwindigkeit von ca. 65 km/h dominant [25]. Erst ab dieser Geschwindigkeit erreicht das Rollgeräusch den Pegel des Antriebsgeräusches. Anders als beim Pkw kann dann jedoch nicht von einer alleinigen Dominanz gesprochen werden. Das Antriebsgeräusch erzeugt beim Lkw viel höhere Pegel und ist daher auch bei Geschwindigkeiten oberhalb von 65 km/h nicht zu vernachlässigen. Bei den durchgeführten Messungen und den dort vorherrschenden Geschwindigkeiten, sollten also beide Geräuschquellen berücksichtigt werden. Grundsätzlich kommen nach [3] folgende Fahrzeugbaugruppen für die Entstehung von tonalen Komponenten in Frage:


das Motorengeräusch

das Reifenprofil6 und die Straßenoberfläche

das Getriebe (drehzahlabhängig)

die Servolenkung, Öl‐ und Benzinpumpen, Steuerketten Lastkraftwagen sind Nutzfahrzeuge, sie werden dementsprechenden auf Grund der hohen Beladung im Straßenverkehr in einem hohen Drehzahlbereich nahe der Leistungsgrenze betrieben. Anders als bei Personenkraftwagen verfügen Lkw über einen weniger gut schallisolierten Motor. Auch gibt es beim Lkw noch zusätzliche Lärmquellen, wie zum Beispiel Hilfsaggregate, Kühlsysteme oder hochgezogene Auspuffanlagen [13]. Weiterhin ist beim Lkw besonders das Getriebe bzw. genauer das Getriebegehäuse zu nennen, weil es „durch seine relativ große Oberfläche bei gleichzeitig geringer Wandstärke zum Schwingen und somit verstärkt zur Schallabstrahlung neigt“ [12]. Die Schwingungsanregung ist hierbei vor allem auf den Motor (Kolbenschlag, ungleichmäßige Drehbewegung der Kurbelwelle) zurückzuführen. Die Übertragung erfolgt dann über die Kupplungsglocke [12]. Ebenfalls gewichtig ist der so genannte Zahneingriffstoß, der durch die Getriebeverzahnung selbst verursacht wird [45]. Bei den sehr deutlich hervortretenden tonalen Komponenten unterhalb von 1 kHz, ist die Ursache demnach vermutlich bei den Motor‐ bzw. Antriebsgeräuschen zu suchen. Nach [11] sind beim Lkw die tonalen Komponenten im Wesentlichen auf dominante Motorordnungen zurück zu führen. Dass die tonalen Komponenten bei den unterschiedlichen Asphaltdeckschichten vorhanden sind, wenn auch nicht im gleichen Ausmaß, deutet ebenfalls auf den Antriebsstrang als Ursache hin. Der gewisse Grad einer Dämpfung beim offenporigen Asphalt hängt vermutlich mit dessen besserer Absorptionsfähigkeit zusammen.

6 Gerade Lkw‐Reifen sind härter und weisen eine ausgeprägte Profilierung auf, die besonderes bei den Antriebsachsen zu Schwingungen neigen [7]


6 8 10 12 14 16 18 20s

0

500

1000

1500

2000

2500

3000Hz

40

45

50

55

60

65

70

dBRMS

0

500

1000

1500

2000

2500

3000Hz

30 40 50 60 70 80 90

dBRMS

6 8 10 12 14 16 18 20

s-2

0

2

Pa

6 8 10 12 14 16 18 20s

70

75

80

85


Gesamtpegel

A40 Guss Werne Mess 35


Editors: 3_D_standard_verkehr/Page 1/3D_Standard_A_kommentar.pak_flydijana.hallmann/PAK/MESSDATEN/Verkehr/A 40 4 Guss Werne Mess 35na11


APS




Messmik1


Schalldruck

Abbildung 40: Vorbeifahrgeräusch eines Lkws bei t=10 s auf Guss; na11 (na7 siehe Abbildung ‐ Anhang 28)7

7 Das 2D‐Frequenzspektrum (Diagramm rechts) zeigt nicht die spektrale Zusammensetzung des gesamten Zeitausschnitts, sondern nur des markierten Zeitpunkts t.


126 128 130 132 134 136 138 140s

0

500

1000

1500

2000

2500

3000Hz

40

45

50

55

60

65

70

dBRMS

0

500

1000

1500

2000

2500

3000Hz

30 40 50 60 70 80 90

dBRMS

126 128 130 132 134 136 138 140

s-2

-1

0

1

2Pa

126 128 130 132 134 136 138 140s

7075808590


Gesamtpegel

A40 OPA MH Heißen Mess 33


Editors: 3_D_standard_verkehr/Page 1/3D_Standard_A_kommentar.pak_flydijana.hallmann/PAK/MESSDATEN/Verkehr/A 40 4 OPA Hei Mess 33na11


APS




Messmik1


Schalldruck

Abbildung 41: Vorbeifahrgeräusch eines Lkws bei t=133 s auf OPA (Paar 1); na11 (na7 siehe Abbildung ‐ Anhang 29)

220 222 224 226 228 230 232 234s

0

500

1000

1500

2000

2500

3000Hz

40

45

50

55

60

65

70

dBRMS

0

500

1000

1500

2000

2500

3000Hz

30 40 50 60 70 80 90

dBRMS

220 222 224 226 228 230 232 234

s-0.4

0.0

0.4

0.8Pa

220 222 224 226 228 230 232 234s

70

75

80


Gesamtpegel

A40 OPA BO Wattenscheid Mess 20


Editors: 3_D_standard_verkehr/Page 1/3D_Standard_A_kommentar.pak_flydijana.hallmann/PAK/MESSDATEN/Verkehr/A 40 6 OPA Bochum-Wattenscheid West Mess 20na11


APS




Messmik1


Schalldruck

Abbildung 42: Vorbeifahrgeräusch eines Lkws bei t=227 s auf OPA (Paar 2); na11 (na7 siehe Abbildung ‐ Anhang 30)


0 1000 2000 3000 4000 5000 [Hz]10

20

30

40

50

60

70

80

90

dB(li

n)dB

(A)


Aquisition: 13:09:34h 18.05.2012




A 40 4 Guss Werne Mess 35na11 (Messmik1) APS Lp= 87.0dB Lp(A)= 79.4dBA 40 4 OPA Hei Mess 33na11 (Messmik1) APS Lp= 85.7dB Lp(A)= 77.3dBA 40 6 OPA Bo-Watten. Mess 20na11 (Messmik1) APS Lp= 79.5dB Lp(A)= 66.9dB


Abbildung 43: Vergleich Frequenzspektrum Lkw‐Vorbeifahrt; na11 (na10 siehe Abbildung ‐ Anhang 31)

6.3.2 Pkw

Anders als bei der Vorbeifahrt eines Lkws, ist die Identifizierung eines Pkws schwieriger. Der Pkw‐Anteil an dem ohnehin schon hohen Verkehrsaufkommen ist höher und oftmals folgen die Fahrzeuge dicht aufeinander. Die hauptsächliche Schwierigkeit besteht allerdings in der fehlenden Dominanz des Pkws im Vergleich zum Lkw (vgl. dazu auch Kapitel 8.2). Einen einzelnen Pkw kann man beispielsweise nicht ohne weiteres durch einen deutlichen Anstieg im Gesamtpegelverlauf identifizieren. Auch das Frequenzspektrum ist weniger prägnant. Durch einfaches Anhören der Audiofiles sind einzelne Lkws gut herauszuhören, wohingegen man einzelne Pkws nur auf Grund von zuvor vorhandenen Verkehrspausen bzw. einer geringeren Verkehrsdichte erkennt. Daher boten sich an dieser Stelle die Messungen von Paar 4 an. Hier kam es an beiden Messorten immer wieder zu Verkehrspausen, was die Identifizierung eines Pkws erheblicht erleichtert. Daher wird hier, anderes als beim Lkw, kein Beispiel auf einem Gussasphalt gezeigt, sondern stattdessen zwei Beispiele (PMA und SMA11). Auf ein OPA‐Beispiel sollte der Vollständigkeit halber nicht verzichtet werden, allerdings war hier die Identifizierung auf Grund der hohen Verkehrsdichten schwieriger. Das Vorbeifahrgeräusch eines Pkws auf einem PMA‐Asphalt ist in Abbildung 44 dargestellt. Das Frequenzspektrum unterscheidet sich dahingehend von dem eines Lkws, dass keine oder genauer gesagt, keine bemerkenswert dominanten Frequenzen bzw. tonalen Komponenten vorhanden sind. Das ist auch bei einer Pkw‐Vorbeifahrt auf einem Splittmastixasphalt (SMA11) der Fall (Abbildung 45). Das erzeugte Geräusch kann also eher als breitbandig bezeichnet werden, wobei der Frequenzbereich um die 1000 Hz (vor allem auf SMA11) und unterhalb von 500 Hz stärker ausgeprägt ist. Vermutlich ist der Bereich um die 1000 Hz auf


die Reifen zurückzuführen. Bei dem Frequenzbereich zwischen 350 und 900 Hz kann es sich um den Einfluss des Umströmungsgeräusches handeln. In diesen Frequenzen tritt bereits ab einer Geschwindigkeit von 70 km/h eine Beeinflussung der Schallemission durch die aerodynamischen Geräusche auf (vgl. Kapitel 4.2.2 bzw. Abbildung 10). Abbildung 46 zeigt ein Pkw‐Beispiel am dem OPA‐Messort von Paar 2. Das ganze Frequenzspektrum ist auf einem niedrigeren Pegelniveau, als bei den vorherigen Abbildungen. Es wird aber erneut gut deutlich, dass der offenporige Asphalt unterhalb von 1000 Hz schlechter wirkt, als in den höheren Frequenzbereichen.

156 158 160 162 164 166 168 170s

0

500

1000

1500

2000

2500

3000Hz

40

45

50

55

60

65

70

dBRMS

0

500

1000

1500

2000

2500

3000Hz

20 30 40 50 60 70 80 90

dBRMS

156 158 160 162 164 166 168 170

s-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0Pa

156 158 160 162 164 166 168 170s

70

75

80dB RMS Bewertung (Linear)

Gesamtpegel

A30 PMA Lotte Spellhof Mess 24


Editors: 3_D_standard_verkehr/Page 1/3D_Standard_A_kommentar.pak_flydijana.hallmann/PAK/MESSDATEN/Verkehr/A 30 4 PMA Lotte Spellhof Mess 24na11


APS




Messmik1


Schalldruck

Abbildung 44: Vorbeifahrgeräusch eines Pkws bei t=164 s auf PMA; na11 (na7 siehe Abbildung ‐ Anhang 32)


26 28 30 32 34 36 38 40s

0

500

1000

1500

2000

2500

3000Hz

40

45

50

55

60

65

70

dBRMS

0

500

1000

1500

2000

2500

3000Hz

20 30 40 50 60 70 80 90

dBRMS

26 28 30 32 34 36 38 40

s-1.0

0.0

1.0

Pa

26 28 30 32 34 36 38 40s

70

75

80


Gesamtpegel

A30 SMA Lotte Laggenbeck Mess 27


Editors: 3_D_standard_verkehr/Page 1/3D_Standard_A_kommentar.pak_flydijana.hallmann/PAK/MESSDATEN/Verkehr/A 30 4 SMA Lotte Laggenbeck Mess 27na11


APS




Messmik1


Schalldruck

Abbildung 45: Vorbeifahrgeräusch eines Pkws bei t=36 s auf SMA11; na11 (na7 siehe Abbildung ‐ Anhang 33)

36 38 40 42 44 46 48 50s

0

500

1000

1500

2000

2500

3000Hz

40

45

50

55

60

65

70

dBRMS

0

500

1000

1500

2000

2500

3000Hz

20 30 40 50 60 70 80 90

dBRMS

36 38 40 42 44 46 48 50

s-0.4

-0.2

0.0

0.2

0.4Pa

36 38 40 42 44 46 48 50s

68

70

72


Gesamtpegel





APS




Messmik1


Schalldruck

Abbildung 46: Vorbeifahrgeräusch eines Pkws bei t=42 s auf OPA (Paar 2); na11 (na7 siehe Abbildung ‐ Anhang 33)


0 1000 2000 3000 4000 5000 [Hz]10

20

30

40

50

60

70

80

dB(li

n)dB

(A)


Aquisition: 12:14:30h 07.05.2012


Format: 1Spec_x_Kurven_verkehr2/1x2D_mehrere_kurven.pak_fly dijana.hallmann/Verkehr/A 30 4 PMA Lotte Spellhof Mess 24na11


A 30 4 PMA Lotte Spellhof Mess 24na11 (Messmik1) APS Lp= 74.4dB Lp(A)= 71.2dBA 30 4 SMA Lotte Laggenbeck Mess 27na11 (Messmik1) APS Lp= 75.6dB Lp(A)= 73.6dBA 40 6 OPA Bo-Watten. Mess 20na11 (Messmik1) APS Lp= 70.8dB Lp(A)= 56.2dB


Abbildung 47: Vergleich Frequenzspektrum Pkw‐Vorbeifahrt; na11 (na10 siehe Abbildung ‐ Anhang 35)

6.4 Der Dopplereffekt

Bei der Analyse von Straßenverkehrsgeräuschen muss man den von dem österreichischen Physiker und Mathematiker Christian Doppler entdeckten und nach ihm benannten Dopplereffekt berücksichtigen. Der Dopplereffekt beschreibt die hör‐ und messbare Veränderung der Wellenlänge und damit auch der Frequenz des Schalls, wenn sich eine Schallquelle und ein Empfänger relativ voneinander bewegen. Das heißt, die von einem Fahrzeug erzeugten Frequenzen verschieben sich je nach der relativen Position zum Empfänger. Um diesen Effekt zu erklären, spielt es eine Rolle, ob sich die Geräuschquelle bewegt und der Empfänger ruht oder aber umgekehrt. Hier soll nur der relevante Fall einer sich bewegenden Schallquelle (Fahrzeuge) und eines ruhenden Empfängers (Messmikrofon bzw. Kunstkopf) erläutert werden. Ein Fahrzeug strahlt Schallwellen mit einer bestimmten Wellenlänge λ ab. Diese Wellen breiten sich mit Schallgeschwindigkeit c aus und kommen bei einem etwaigen Stillstand des Fahrzeuges immer mit derselben Periodendauer T beim Empfänger an. Der wahrnehmbare und messbare Ton ist dann gleich. Ist das Fahrzeug jedoch in Bewegung und kommt auf den Empfänger zu, kommt es zu einer Verkürzung der Wellenlänge, und die erzeugten Wellenfronten treffen in kürzeren Abständen beim Empfänger ein, da sie auf Grund der Bewegung des Fahrzeuges näher zusammenrücken. Der dann gemessene Ton hat eine höhere Frequenz. Die Situation ändert sich, sobald das Fahrzeug den Empfänger passiert und sich von ihm weg bewegt. In diesem Fall verschiebt sich das erzeugte Spektrum in einen Bereich tieferer Frequenzen. Durch die Entfernung der Schallquelle, vergrößert sich die Wellenlänge wieder und der empfangene Ton hat eine tiefere Frequenz. Um die auf dem Dopplereffekt beruhenden Frequenzverschiebungen zu berechnen, wird die bereits eingeführte Formel 2.1 erweitert. Die Formel 6.1 entspricht der


bereits eingeführten Formel 2.1. Sie wird lediglich um den Index S für den Sender bzw. nachfolgend auch um den Index E für den Empfänger erweitert. Mit Formel 6.1 wird also zunächst nur die Wellenlänge der von einer nicht bewegten Quelle ausgehenden Schallwellen berechnet.

S

Sf

cλ [m] (6.1)

Um die beim Empfänger ankommende Wellenlänge bei einer Bewegung der Quelle zu berechnen, muss die Verkürzung der Wellenlänge miteinbezogen werden. Die Schallquelle bewegt sich mit einer konstanten Geschwindigkeit vS und sendet mit einer Frequenz fS Schallwellen ab. Der Sender eilt den abgestrahlten Schallwellen mit seiner Geschwindigkeit vS nach, es ergibt sich folgende Verkürzung der Wellenlänge [28]:

S

SSverkürzt

f

vλλ [m] (6.2)

Mit 6.1 und 6.2 erhält man die Formel 6.3 zur Berechnung der ankommenden Wellenlänge, die sich durch Kenntnis der Geschwindigkeit vS, der temperaturabhängigen Schallgeschwindigkeit c und der Frequenz fS ermitteln lässt:

S

S

S

S

S

verkürztf

vc

f

v

f

cλ

[m] (6.3)

Mit Hilfe der Formel 6.3 und der umgestellten Ausgangsformel ist es dann möglich, die Frequenz des empfangenen Schalls zu berechnen. Es muss unterschieden werden, ob sich die Geräuschquelle auf den Empfänger zu bewegt oder etwa von ihm weg. Entfernt sich der Sender vom Empfänger, muss mit negativer Geschwindigkeit vS gerechnet werden.

c

v1

f

)c

v(1c

fc

vc

fcf

S

S

S

S

S

SE

[Hz] (6.4)

Die Identifizierung des Dopplereffektes wird erschwert durch die hohe Geschwindigkeit der Fahrzeuge und die hohe Verkehrsdichte an sich. Es bietet sich an, mit Fahrzeugvorbeifahrten zu arbeiten, die relativ isoliert vom Verkehrsfluss sind. Das heißt, eine vorangegangene und nachfolgende Verkehrspause ist ideal. Ebenfalls bietet es sich an, mit Lkw‐Beispielen zu arbeiten, was am charakteristischen und somit eindeutigen Frequenzspektrum liegt. Um eine Verschiebung der Spektren in einen Bereich tiefer Frequenzen darzustellen, kommt nur eine lineare Pegelbewertung in Frage. In Abbildung 48 ist ein 15 Sekunden langer Ausschnitt dargestellt. Zum Zeitpunkt t= 165 passiert ein Lkw das Messmikrofon, erkennbar an den hervortretenden Frequenzen (Peaks) unterhalb von 1000 Hz. Sehr gut zu erkennen ist, dass sich die Peaks in tiefere Frequenzbereiche verschieben. Ein weiteres Beispiel wird in Abbildung 49 gezeigt; hier sind die tonalen Komponenten nicht sehr stark ausgeprägt, weshalb auch der Dopplereffekt nicht so deutlich sichtbar ist. In der folgenden Abbildung 50 ist er dennoch erkennbar. Hier sind


die Spektren einmal zum Zeitpunkt der Vorbeifahrt und eine Sekunde später dargestellt. Die in Abbildung 50 hervorgehobene Frequenzverschiebung lässt sich näherungsweise mit der Formel 6.5 berechnen. Geht man davon aus, das der Lkw eine ungefähre Geschwindigkeit von 80 Km/h hat, entspricht das einen Wert von vS=22,22 m/s. Laut dem Messprotokoll herrschte an dem Messtag eine Temperatur von 18°C, weshalb man mit der Schallgeschwindigkeit für 20°C rechnen kann (c20°C=346,46 m/s):

Hz 373

s

m343,46

s

m22,22

1

Hz 398

c

v1

ff

S

SE

Die abgelesene Frequenz zum Zeitpunkt t= 192 beträgt 366 Hz, was dem berechneten Wert sehr nah kommt. In diesem Zusammenhang ist auch die gewählte Frequenzauflösung ∆f von 10,76 Hz zu beachten.

158 160 162 164 166 168 170 172s

0

500

1000

1500

2000

2500

3000Hz

40

45

50

55

60

65

70

dBRMS

0

500

1000

1500

2000

2500

3000Hz

30 40 50 60 70 80 90

dBRMS

158 160 162 164 166 168 170 172

s-1.0

0.0

1.0

Pa

158 160 162 164 166 168 170 172s

70

75

80


Gesamtpegel





APS




Messmik1


Schalldruck

Abbildung 48: 15 Sek.‐Ausschnitt einer Lkw‐Vorbeifahrt (t=165 s); na11


180 182 184 186 188 190 192 194s

0

500

1000

1500

2000

2500

3000Hz

40

45

50

55

60

65

70

dBRMS

0

500

1000

1500

2000

2500

3000Hz

30 40 50 60 70 80 90

dBRMS

180 182 184 186 188 190 192 194

s-0.4

0.0

0.4

0.8Pa

180 182 184 186 188 190 192 194s

70

75

80


Gesamtpegel





APS




Messmik1


Schalldruck

Abbildung 49: 15 Sek.‐Ausschnitt einer Lkw‐Vorbeifahrt (t=191 s); na11

0 1000 2000 3000 4000 5000 [Hz]10

20

30

40

50

60

70

80

90

dB(li

n)dB

(A)


Aquisition: 14:02:04h 07.05.2012


Format: 1Spec_x_Kurven_verkehr2/1x2D_mehrere_kurven_ausschnitt.pak_fly dijana.hallmann/Verkehr/


A 30 4 PMA Lotte Spellhof Mess 27na11 t=191 (Messmik1) APS Lp= 79.9dB Lp(A)= 74.2dBA 30 4 PMA Lotte Spellhof Mess 27na11 t=191 (Messmik1) APS Lp= 78.1dB Lp(A)= 72.7dB


A 30 4 PMA Lotte Spellhof Mess 27na11 t=191 (Messmik1) APS Lp= 79.9dB Lp(A)= 74.2dB


A 30 4 PMA Lotte Spellhof Mess 27na11 t=192 (Messmik1) APS Lp= 78.1dB Lp(A)= 72.7dB

Abbildung 50: Einzelspektren einer Lkw‐Vorbeifahrt bei t=191 s und 192 s; na11

7. Zusammenfassung 56

7. Zusammenfassung Eines der Hauptwerkzeuge des aktiven Lärmschutzes ist die Einflussnahme an den Reifen‐Fahrbahn‐Geräuschen durch die Wahl des Bodenbelages. Dieser ist neben dem Reifen als wichtiger Einflussfaktor zu nennen und kann somit die Schallemission beeinflussen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden vier verschiedene Asphaltpaarungen hinsichtlich der akustischen Wirkung untersucht. Hierbei sind in erster Linie die ersten beiden Paare relevant, da es jeweils zu einem Vergleich zwischen einem relativ neu verlegten offenporigen Asphalt (jeweils Baujahr 2011) und einem konventionellen Gussasphalt kam. Beim Vergleich zweier 5 Minuten langer Messungen beider Paare konnte gezeigt werden, dass beide offenporige Asphalte leiser sind als die jeweiligen Gussasphalte wenn auch nicht im gleichen Ausmaß. Vergleicht man die Differenz der Mittelungspegel, so fällt die des ersten Paares mit 2,3 dB(A) geringer aus, als die des zweiten mit 15,9 dB(A). Beim ersten Vergleich sind erst Pegelunterschiede bei einer Frequenz oberhalb von 1000 Hz vorhanden. Beim zweiten Paar ist in allen Frequenzbereichen ein Pegelunterschied vorhanden. Allerdings liegt die größte Differenz im Bereich um 1000 Hz. Hinsichtlich der Rahmenbedingungen sind jedoch beim zweiten Paar Abstriche zu machen, was in erster Linie in einem unterschiedlichen Verkehrsaufkommen begründet liegt. Das dritte Vergleichspaar weist ebenfalls einen Messort mit einem offenporigen Asphalt auf, allerdings ist der Belag schon älter (Baujahr 2001) und als Referenzasphalt dient diesmal ein Splittmastixasphalt (SMA11s, Baujahr 2000). Trotz dieser unterschiedlichen Voraussetzungen sind Parallelen hinsichtlich der Pegelunterschiede zum ersten Paar festzustellen. Auch hier sind oberhalb von 1000 Hz Pegelunterschiede vorhanden. Der Mittelungspegel des offenporigen Asphalts ist 2,4 dB(A) geringer als der des Splittmastixasphalts. Die vierte und letzte Paarung zwischen einem neu erbauten Porous Mastix Asphalt (PMA, Baujahr 2012) und einem älteren Splittmastixasphalt (SMA11, Baujahr 1997) weist von allen Vergleichen die geringsten Unterschiede auf. Die Pegelverläufe sind sehr ähnlich, wobei sich zwischen 1000 und 2000 Hz noch die größten Unterschiede zeigen. Hier ist die Messung des SMA11 nur geringfügig leiser als die des PMA. Es kommt daher zu einer Differenz der Mittelungspegel von nur 1,4 dB(A). Ähnlich dem zweiten Paar sind auch bei dieser Paarung die Rahmenbedingungen nicht ideal gewesen. Dies ist jedoch nicht mit dem Verkehrsaufkommen zu begründen, sondern ist vielmehr dem Messstandort geschuldet. Neben dem direkten Vergleich der Asphaltpaare, konnte anhand der Analyse der Einzelereignisse die Wirkung des offenporigen Asphaltes genauer untersucht werden. Das erzeugte Frequenzspektrum bei einer Vorbeifahrt eines einzelnen Pkws unterscheidet sich stark von dem eines Lkws. Bei einem Lkw sind auf allen Asphaltsorten deutlich hervortretende tonale Komponenten unterhalb von 1000 Hz vorhanden. Allerdings vermag der offenporige Asphalt diese bis zu einem gewissen Grad zu dämpfen. Beim Pkw treten keine dominanten Frequenzen auf, lediglich breitbandigere, hervortretende Frequenzbereiche. Dabei handelt es sich vermutlich um den Einfluss der Reifenprofile (um die 1000 Hz) bzw. im Frequenzbereich zwischen 350‐900 Hz um aerodynamische Geräuschanteile, möglicherweise auch von der Umströmung der Räder. Auch bei den Pkw‐Beispielen auf offenporigem Asphalt ist das erzeugte Schmalbandspektrum nur auf einem geringen Pegelniveau. Es konnte also gezeigt werden, dass die Wirkung des offenporigen Asphaltes ab ca. 1000 Hz eintritt. Das bedeutet, dass er im Frequenzbereich mit der für den Menschen höchsten Empfindlichkeit zwischen 1000 und 4000 Hz als wirkungsvoll zu

7. Zusammenfassung 57

bezeichnen ist. Die ermittelten Pegeldifferenzen liegen allerdings in einem niedrigeren Bereich (ausgenommen die Messungen von Paar 2), als die theoretischen Korrekturwerte DStrO der RLS‐90. Diese Differenz ist aber gut durch die den Korrekturwerten zugrundeliegenden Messungen zu erklären (vgl. dazu Anschnitt 5.1). Der Einsatz von offenporigen Asphaltdeckschichten ist also als wirksam zu bezeichnen, allerdings vermag auch diese Maßnahme die Lkw‐Problematik nicht ausreichend zu lösen. Begründet liegt dies in dem Frequenzbereich der erwähnten tonalen Komponenten, die unterhalb von 1000 Hz liegen. Durch die hohe Absorptionsfähigkeit des OPA tritt jedoch bis zu einem gewissen Grad eine Dämpfung ein. Neben dem Geschwindigkeitsbereich stellt also auch die Verkehrszusammensetzung ein entscheidendes Kriterium bei der Asphaltwahl dar.

8. Ausblick: Minderung von Straßenverkehrsgeräuschen 58

8. Ausblick: Minderung von Straßenverkehrsgeräuschen Bei dem durch Straßenverkehr erzeugten Lärm handelt es sich im Grunde um eine Folgeerscheinung unserer heutigen Wohlstandsgesellschaft. Der Anspruch an den Mobilitätsgrad wird oftmals eng mit dem Bedürfnis der persönlichen Entfaltung des Einzelnen verknüpft. Nicht nur im privaten Bereich besteht ein großer Drang nach uneingeschränkter Mobilität, der sich in steigenden Fahrzeugzulassungszahlen widerspiegelt (vgl. dazu Abbildung ‐ Anhang 22). Auch der Wirtschaftssektor mit seinem unabdingbaren Streben nach Wachstum ist untrennbar mit der Problematik Lärm verbunden. Es handelt sich also um ein gesellschaftliches Problem und genau daher ist es fraglich, in wiefern bzw. bis zu welchem Grad die Vielzahl an technischen Minderungsstrategien zur Bewältigung der komplexen Lärmproblematik beitragen können. Die effektivste Maßnahme wäre ein konsequentes Umdenken, was eine drastische Verringerung der Verkehrsströme sowohl im privaten als auch im industriellen Bereich ermöglicht. Wie zuvor bereits erläutert, beträgt der Belästigungsgrad der deutschen Bevölkerung gut 60%. In diesem Zusammenhang wäre es interessant, sich der im Lärmbereich vorhandenen Opfer‐Verursachen Problematik zu widmen. Im Grunde kann sich kaum jemand von der Verursacher‐Rolle freisprechen, was angesichts der erwähnten Befragung eine interessante Erweiterung wäre. Es ist strittig, inwieweit diese Tatsache im Bewusstsein der Bevölkerung verankert ist und ob die Potentiale im technischen Bereich dieses unzureichende Problembewusstsein ausgleichen können. Effektiver Lärmschutz sollte also nicht allein von Seiten der Politik erfolgen. Vielmehr ist von einem Handlungsbedarf aller Beteiligten zu sprechen, was neben der Bevölkerung auch die Industrie samt den Fahrzeug‐ und Reifenproduzenten einschließt. In diesem Zusammenhang spricht Klöpfer treffend von einem integrierten Konzept, welches sowohl technische Lösungen, als auch in erster Linie „Elemente der Verhaltensänderung und Verkehrsvermeidung“ vorsieht [25].

8.1 Geschwindigkeitsreduzierung

Die in Kapitel 4 beschriebenen Grundlagen zur Entstehung von Verkehrsgeräuschen, haben den Zusammenhang zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und den entstehenden Geräuschen bereits verdeutlicht (siehe dazu Abbildung 8, Abbildung 9 und Abbildung 10). Der emittierte Lärm nimmt proportional mit der Geschwindigkeit zu, daher ist einer Reduzierung der zulässigen Höchstgeschwindigkeit als eine Maßnahme des aktiven Lärmschutzes zu werten. Diese Maßnahme findet jedoch vermehrt im Rahmen der Lärmreduzierung in innerstädtischen Bereichen Anwendung (Stichwort: „Tempo 30 statt 50“). Eine etwaige wirksame Reduzierung der Geschwindigkeit auf Autobahnen, ist eng mit dem pegeldominierenden Lkw‐Verkehr verbunden. Laut [7] lassen sich die Mittelungspegel auf Autobahnen erst dann um ca. 3 dB(A) mindern, wenn die Höchstgeschwindigkeit für Lkws auf 60 km/h reduziert wird. Gleichzeitig wäre eine Reduzierung der Höchstgeschwindigkeit für Pkws auf 80 km/h notwendig. Solche Begrenzungen finden jedoch oftmals nur zeitabhängig (z.B. zwischen 22 und 6 Uhr) Anwendung. Eine Reduzierung der Höchstgeschwindigkeit beim innerstädtischen Verkehr von 50 km/h auf 30 km/h ist zusätzlich mit weiteren positiven Effekten verbunden, vor allem sind hier


sicherheitsrelevante Aspekte zu nennen. Durch eine Verringerung der Geschwindigkeit reduziert sich der notwendige Sicherheitsabstand. In diesem Zusammenhang ist möglicherweise von einem weiteren Minderungspotential zu sprechen. Der Einfluss des Verkehrsflusses auf die Geräuschemission ist jedoch noch genauer zu untersuchen. Fraglich ist hierbei, ob der Verkehr leiser wird, wenn der Abstand der Fahrzeuge geringer ist und somit die Geräuschereignissen aneinander anschließen. Hierbei sind dann auch Instrumente der Verkehrsführung relevant. So sind beispielsweise bauliche Maßnahmen zur Geschwindigkeitsreduzierung (z.B. Bremsschwellen) für einen gleichmäßigen Verkehrsfluss eher hinderlich, da es hier oftmals zu abrupten Abbrems‐ und Beschleunigungsvorhängen kommt. Dadurch sind diese Maßnahmen als neue Lärmquelle zu werten [7] und heben etwaige positive Effekte einer innerstädtischen Geschwindigkeitsreduzierung auf.

8.2 Lkw‐Fahrverbot

Anhand der im Kapitel 6.3 analysierten Vorbeifahrgeräusche, lassen sich Rückschlüsse zum Thema Lkw‐Fahrverbot ziehen. Dass das Lkw‐Aufkommen maßgeblich zur Lärmbelastung beiträgt, ist keine neue Information. Allerdings kann anhand der Messungen gut abgeschätzt werden, welches Ausmaß ein etwaiges Verbot hätte. In Abbildung 51 werden zwei 15 Sekunden lange Ausschnitte dargestellt. Beide Ausschnitte stammen vom selben Messort, es handelt sich um den Referenzmessort von Paar 1 (Guss). Der schwarze Verlauf zeigt einen Ausschnitt, bei dem mehrere Pkws dicht nacheinander folgen. Der Pegelverlauf liegt relativ konstant um die 76 dB(A). Die grüne Kurve zeigt einen Ausschnitt mit 3 Lkws und mehreren Pkws. Die Lkws sind gut anhand der drei Peaks zu identifizieren. Der Pegel steigt hier auf bis zu 82 dB(A). Gut zu erkennen ist, dass der Pegel nach der ersten und der dritten Lkw Vorbeifahrt wieder auf das Pkw‐Niveau von 76 dB(A) sinkt. Die zu den Ausschnitten gehörigen Frequenzspektren sind in Abbildung 52 gezeigt. Deutlich wird, dass die Lkw Kurve vor allem unterhalb von 1000 Hz von der Pkw Kurve abweicht. Im Bereich bis ca. 3000 Hz verlaufen beide Kurven auf demselben dB(A)‐Niveau, oberhalb dieses Wertes weicht die Lkw Kurve wieder von der Pkw Kurve ab. Die Abweichung ist im Vergleich zu dem Bereich unterhalb von 1000 Hz jedoch geringer. Das entspricht den Ergebnissen aus Kapitel 6.3.1. Auch hier konnte gezeigt werden, dass die Dominanz des Lkws vorrangig durch den Frequenzbereich unterhalb von 1000 Hz erzeugt wird. Genau das ist allerdings auch der Frequenzbereich, bei dem ein etwaiger offenporiger Asphalt seine geringste Wirkung hat (vgl. dazu Abbildung 29 aus Kapitel 6.2.1).


118 120 122 124 126 128 130 132 [s]40

50

60

70

80

90


Aquisition: 13:16:45h 18.05.2012


Format: 1Time_x_Kurven_verkehr/1x2D_mehrere_kurven_gesamtpegel.pak_fly dijana.hallmann/Verkehr/A 40 4 Guss Werne Mess 36na7


A 40 4 Guss Werne Mess 36na7 (Messmik1) APS


[ ]40

50

60

70

80

90


A 40 4 Guss Werne Mess 36na7 (Messmik1) APS


118 120 122 124 126 128 130 132226 228 230 232 234 236 238 240

Abbildung 51: Vergleich von zwei 15 Sek.‐Ausschnitten Pkw‐Lkw auf Guss; na7

0 1000 2000 3000 4000 5000 [Hz]10

20

30

40

50

60

70

80

90

dB(li

n)dB

(A)


Aquisition: 13:16:45h 18.05.2012


Format: 1Spec_x_Kurven_verkehr2/1x2D_mehrere_kurven.pak_fly dijana.hallmann/Verkehr/A 40 4 Guss Werne Mess 36na7; LKW t=225-240


A 40 4 Guss Werne Mess 36na7; LKW t=225-240 (Messmik1) APS Lp= 82.3dB Lp(A)= 78.7dBA 40 4 Guss Werne Mess 36na7; PKW t=117-132 (Messmik1) APS Lp= 78.0dB Lp(A)= 75.9dB


Abbildung 52: Frequenzspektren von zwei 15 Sek.‐Ausschnitten Pkw‐Lkw auf Guss; na7

A 40 4 Guss Werne Mess 36na7; LKW t=225-240 (Messmik1) APS A 40 4 Guss Werne Mess 36na7; PKW t=117-132 (Messmik1) APS


8.3 Verbesserungen im Bereich des Antriebsstranges beim Lkw

Die Ereignisanalyse einer Lkw‐Vorbeifahrt in Kapitel 6.3.1 konnte die in der Literatur bereits thematisierte akustische Dominanz von Nutzfahrzeugen belegen. Wie im entsprechenden Kapitel bereits beschrieben, ist die Ursache vorrangig im Antriebsstrang zu suchen. Die hier zugrunde liegenden Minderungspotentiale beruhen daher zum einen in der lärmmindernden Wirkung einer Vollkapselung des Motors selbst. Da aber auch die anderen dem Antriebsstrang angehörenden Baugruppen von Bedeutung sind, gehen die Minderungspotentiale über eine bloße Vollkapselung des Motors hinaus. Nach [36] wird ein Drittel des vom Antriebsstrang verursachten Lärms durch das Getriebe bzw. durch dessen Oberfläche abgestrahlt. Verantwortlich dafür ist die oftmals kastenähnliche Bauform der Getriebegehäuse, bei dem die dünnen Wände als Schall emittierende Lautsprecher wirken und dieser Schall auf Grund des tonalen Charakters besonders störend ist [36]. Daher spielt neben einer konsequenten Kapselung des Motors auch die Reduzierung des Getriebegeräusches eine wichtige Rolle. Hierbei kann in erster Linie durch eine geeignete konstruktive Gestaltung die Anregung, Übertragung sowie die Schallabstrahlung beeinflusst werden [36]. Einer Dämmung durch eine etwaige Kapselung, wie beim Motor, ist eher von untergeordneter Bedeutung, was in den hohen Kosten und der erhöhten zusätzlichen Masse begründet ist [36].

8.4 Das Reifenlabel

Die Reduzierung des Reifen‐Fahrbahngeräusches kann nicht ausschließlich über den Einsatz von lärmarmen Fahrbahndeckschichten erfolgen. Der Reifen trägt ebenfalls entscheidend zur Schallemission bei. Als Haupteinflussfaktoren beim Reifen gelten nach [14] folgende Eigenschaften:

Laufflächenprofil

grundsätzlicher Reifenaufbau

Material

Reifenabmessungen Eine untergeordnete, aber vorhandene Rolle spielen zudem die sogenannten Betriebsparameter wie Reifendruck oder Reifenbelastung. Die konstruktiven Haupteinflussfaktoren führen zu einer Vielzahl an verfügbaren Reifen auf dem Markt. Für den Verbraucher ist es daher nahezu unmöglich, einen geeigneten, möglichst lärmarmen Reifen aus diesem vorhandenen Angebot auszusuchen. Abhilfe soll daher das ab dem 01. November 2012 gültige Reifenlabel schaffen. Diese Kennzeichnung für Fahrzeugreifen ist das Resultat eines EU‐Vorschlages aus dem Jahr 2008. Das Label ist optisch an die bereits bekannte Kennzeichnung von Elektrogeräten wie Waschmaschinen oder Kühlschränken angelehnt und klassifiziert neben der Geräuschemission auch die Kraftstoffeffizienz und die Nasshaftung:


Abbildung 53: Das EU‐Reifenlabel (aus: [4])

Das Reifenlabel gibt neben dem absoluten Wert des externen Rollgeräusches in dB auch eine Klassifizierung dieses Wertes an, damit der Verbraucher die Möglichkeit erhält, den Wert im Bezug zu den EU‐Grenzwerten zu sehen. Die Klassifizierung der Geräuschemission erfolgt über eine dreistufige Skale, die durch ein Schallwellensymbol dargestellt wird. Ein Reifen ist umso leiser, je weniger „Schallwellen“ schwarz ausgefüllt sind: Rollgeräuschklasse Bedeutung

Das externe Rollgeräusch des Reifens liegt um mehr als 3 dB unterhalb des ab 2016 geltenden EU‐Grenzwertes

Das externe Rollgeräusch des Reifens liegt bis zu 3 dB unterhalb des ab 2016 geltenden EU‐Grenzwertes

Das externe Rollgeräusch des Reifens entspricht den bis 2016 geltenden EU‐Grenzwerten

Tabelle 13: Bedeutung der drei Klassen des externen Rollgeräusches des Reifenlabels (aus: [4])

Die den drei Klassen zugrunde liegenden EU‐Grenzwerte beziehen sich also einmal auf die aktuellen Grenzwerte (Klasse 3) bzw. die abgesenkten Grenzwerte, die ab 2016 gelten. Unterschieden wird jeweils zwischen den Reifenklassen (C1 bis C3; C1 für Personenkraftwagen, C2 und C3 für Nutzfahrzeuge) und der Reifennennbreite. Die einzelnen Grenzwerte sind im Anhang gelistet (Abbildung ‐ Anhang 36 und Abbildung ‐ Anhang 37). Die Notwendigkeit einer Absenkung der Grenzwerte wird durch Abbildung 58 verdeutlicht:

1

2

3


Abbildung 54: Vergleich der Rollgeräuschpegel von Pkw‐Reifen mit den aktuellen und den abgesenkten EU‐Grenzwerten (aus: [30])

Die von der Landesanstalt für Umweltschutz Baden‐Württemberg im Jahr 2004 veröffentlichte Grafik, basiert auf Untersuchungen aus dem Jahr 2002. Dargestellt werden Messungen verschiedener Pkw‐Reifen unterschiedlicher Nennbreite, wobei jeweils die Minimal‐, Mittel‐ und Maximalwerte (grüne, gelbe und rote Balken) dargestellt sind. Die blaue Line zeigt die aktuellen Grenzwerte, die der Reifenlabelkategorie 3 entsprechen. Die schwarze Linie gibt hingegen die abgesenkten Grenzwerte der Reifenlabelkategorie 2 und 1 an. Es wird sehr deutlich, dass schon vor 10 Jahren die Grenzwerte erheblich unterschritten wurden. Auch die zukünftigen abgesenkten Grenzwerte wurden bezüglich des Mittelwerts (gelbe Balken) von den meisten Reifen eingehalten. Die roten Maximalwerte müssen an dieser Stelle zwar genannt werden, allerdings zeigen die grünen Minimalwerte, dass bereits im Jahr 2002 Reifen verfügbar waren, die die abgesenkten Werte einhielten. Wenn man bedenkt, dass der Handlungsbedarf der Hersteller im Jahr 2002 bereits eher als gering zu werten war, so ist es fraglich, ob dies heute anders ist. Die erhoffte Wirkung der abgesenkten Grenzwerte und des Reifenlabels ist also ebenfalls fraglich. Laut [7] kommt es erst zu einer Reduktion des Gesamtgeräusches, wenn 90% der Reifen leiser sind. Eine solche Quote ist daher nur über eine weitere Absenkung der Grenzwerte zu erreichen, da erst dann ein echter Handlungsbedarf für die Hersteller entsteht.

8.5 Lärmschutzwände

Lärmschutzwände gehören zu den wichtigsten Maßnahmen des aktiven Schallschutzes vor Straßenverkehrslärm. Laut der VDI Richtlinie 2720 [49] ist der Einsatz vorrangig angebracht, wenn keine Maßnahmen direkt an der Schallquelle möglich bzw. diese zu teuer oder aufwendig sind. So finden sie vor allem bei der Minderung von Lärm an Autobahnen Einsatz. Die Wirkung von Lärmschutzwänden beruht dabei auf der Beeinflussung der Schallausbreitung; die Wand stellt ein Hindernis da und schirmt den Schall ab. Diese


Abschirmwirkung ist maßgeblich von der Höhe der Wand, sowie von deren Standort abhängig. Je näher sich die Wand am Emissionsort befindet, desto wirksamer ist sie. Eine andere Möglichkeit ist, die Lärmschutzwand sehr nah an dem zu schützenden Immissionsort zu errichten [49]. Die Höhe hat Einfluss auf den Umweg, den der Schall auf Grund der Wand zurück legen muss. Die minimale Höhe muss dabei mindestens die bestehende Sichtverbindung zwischen der Schallquelle und dem Empfänger unterbrechen, andernfalls ist die Lärmschutzwand wirkungslos.

Abbildung 55: Schematische Wirkungsweise einer Lärmschutzwand (aus: [33])

Abbildung 55 zeigt, wie die oben beschrieben Abschirmung des Schalls genau funktioniert: Hinter der Schallschutzwand, auf der von der Quelle abgewendeten Seite, entsteht eine Schattenzone. Diese Schattenzone ist nicht schallfrei, auch hier trifft Schall ein [33]. Allerdings handelt es sich bei diesem Schall nicht um den direkten Schall, sondern um den durch die Wand hindurch tretenden und den um die Oberkante hineingebeugten Schall. Neben der Höhe und der Standortwahl kommt also auch der Oberkante und der Dicke bzw. der Materialauswahl einer Lärmschutzwand eine besondere Bedeutung zu. Die Verbesserung, die man durch eine Lärmschutzwand erzielt, wird durch das Einfügungsdämmmaß RE beschrieben und basiert auf dem sogenannten Umweggesetz [26]. Danach hängt die Verbesserung vom Verhältnis des Umweges U und der Wellenlänge λ des Schalls ab:

λ

Uπ2 lg10R 2

E (8.1)

Der Umweg des Schalls wird beschrieben durch den Weg zur Oberkante SK, den gebeugten Weg SB und den direkten Weg SD (siehe Abbildung 56) und ist folgendermaßen definiert:

U = SK + SB ‐ SD (8.2)


Abbildung 56: Geometrische Grundlage des Umweggesetzes

Das Einfügungsdämmmaß RE ist also umso höher, je größer der Umweg U und je höher die Frequenz bzw. je geringer die Wellenlänge λ ist. Der Zusammenhang zwischen der Frequenz des Schalls, dem Umweg und der damit verbunden Verbesserung in dB wird in Abbildung 57 gezeigt. Der Wert von 20 dB gilt als maximal mögliche Verbesserung, wobei das nur unter idealen Vorraussetzungen erreichbar ist. In der Praxis sind eher geringere Verbesserungen bis zu 15 dB realistisch.

Abbildung 57: Theoretisch mögliche Verbesserungen durch eine Schallschutzwand in Abhängigkeit von dem Umweg und der Frequenz des Schalls (aus: [48])8

8 Path difference = Umweg des Schalls, Attenuation = Einfügungsdämmmaß

SD

SB SK Empfänger

Schallquelle


8.5.1 Variation der Oberkantengeometrie

Der Oberkante kommt wegen der hier entstehenden Beugungseffekte eine besondere Bedeutung zu. In ihrer Dissertation „Einfluss der Geometrie auf die Wirkung von Schallschutzwänden“ hat sich Kokavecz mit der Frage beschäftigt, welche Oberkantengeometrien einen positiven Einfluss auf den Lärmschutz haben [26]. Untersucht wurden klappenförmige (Y‐förmige) Aufsätze unterschiedlichster Konfigurationen. Im Gegensatz zu traditionellen Lärmschutzwänden gibt es bei den untersuchten Varianten eine Vielzahl an unterschiedlichen Parameter. Von besonderer Bedeutung ist vor allem die Wahl des Klappenöffnungswinkels K . Dieser muss zwingend größer sein als der Quellwinkel Q :

Abbildung 58: Schematische Darstellung der Geometrie eines einseitig Y‐förmigen Aufsatzes

Um den Effekt der Aufsätze zu beschreiben, bezieht sich Kokavecz auf das bereits beschriebene Umweggesetz und das so zu bestimmende Einfügungsdämmaß RE. Der Umweg des Schalls wird durch den Einsatz einer Klappe verändert. Die in der Veröffentlichung von Kokavecz ermittelten Verbesserungsmaße werden folgendermaßen ermittelt:

Klappe ohne

Klappe mit

Klappe hne o EKlappe mit EU

U lg 10 RRVM (8.3)

Die Länge der Klappe ist neben dem Winkel ein weiterer wichtiger Parameter, da diese Größe maßgeblich den abzuschirmenden Frequenzbereich beeinflusst. Wichtig ist in diesem Zusammenhang das Verhältnis der Klappenlänge zur Wellenlänge des Schalls. Die Verbesserung steigt hier mit zunehmendem Verhältnis (>1). Das heißt, dass beispielsweise bei einer Klappenlänge von 0,5m Verbesserungen bis zu einer Frequenz von 686 Hz zu erzielen sind. Bei einer Frequenz von 686 Hz liegt eine Wellenlänge von 0,5m (bei c=343 m/s) vor, was dann genau einem Verhältnis von 1 entspricht. Die Frequenzen oberhalb von 686 Hz werden besser abgeschirmt, was mit dem steigenden Verhältnis zutun hat. Um Verbesserungen im Bereich tieferer Frequenzen zu erzielen, ist es also notwenig, die Länge des Aufsatzes zu erhöhen. Durch die Untersuchungen verschiedener Konfigurationen hinsichtlich des Quellenwinkels, des Klappenwinkels und der Klappenlänge konnte Kokavecz zeigen, dass bei einer geeigneten Parameterwahl Verbesserungen mit den Aufsätzen erzielt werden können. Auch bei Lärmschutzwänden mit klappenförmigen Aufsätzen besteht eine starke Frequenzabhängigkeit. Allerdings zeigen die Ergebnissen von Kokavecz, dass keine pauschale

K

Q

QK


Aussage zu einem bestimmten Frequenzbereich getroffen werden kann. Es lassen sich lediglich für die einzelnen untersuchten Konfigurationen Aussagen treffen. Das aus den Messungen bestimmte Gesamtverbesserungsmaß (gemittelt über alle Frequenzen) beträgt bis zu 6 dB (Quellwinkel Q =30°, Klappenöffnungswinkels K =80°). Eine Verbesserung durch

Aufsätze lässt sich auch im Vergleich zu einer Erhöhung der traditionellen Bauweise feststellen, im günstigsten Fall kann man hier mit einem Aufsatz eine Verbesserung von 2,9 dB (Gesamtverbesserungsmaß; gemittelt über alle Frequenzen) erzielen. Das Potential von solchen Aufsätzen ist also vorhanden, allerdings weist Kokavecz auch auf die damit verbundene Notwendigkeit einer geeigneten Planungsgrundlage hin. Bisher gibt es lediglich Grundlagen und Vorschriften für konventionelle Lärmschutzwände. Lärmschutzwände mit Aufsätzen können anhand dieser Vorschriften jedoch nicht ausgelegt werden, was in erster Linie mit der größeren Anzahl an Parametern zu tun hat.

Literaturverzeichnis 68

Literaturverzeichnis [1] 16. BImSchV ‐ Verkehrslärmschutzverordnung: Sechzehnte Verordnung zur

Durchführung des Bundes‐Immissionsschutzgesetzes, zuletzt geprüft am 12.10.2012.

[2] Beckenbauer, Thomas (2008): Physik der Reifen‐Fahrbahn‐Geräusche. Geräuschentstehung, Wirkungsmechanismen und akustische Wirkung unter dem Einfluss von Bautechnik und Straßenbetrieb. Hg. v. Müller‐BBM, zuletzt aktualisiert am 06.06.2008, zuletzt geprüft am 17.10.2012.

[3] Bodden, Markus; Heinrichs, Ralf (2002): Moderatoren der Geräuschqualität komplexer Geräusche mit tonalen Komponenten. DEGA. Bochum DAGA 2002, 31.10.2002, zuletzt geprüft am 24.09.2012.

[4] BRV Bundesverband Reifenhandel und Vulkaniseur‐Handwerk e.V. (Hg.) (2012): Das Reifenlabel. Europäische Reifen‐Kennzeichnungs‐Verordnung. Online verfügbar unter http://www.dasreifenlabel.de/download/public/share/public/Downloads/Flyer_Reifenlabel.pdf, zuletzt aktualisiert am 07.02.2012, zuletzt geprüft am 23.10.2012.

[5] Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (Hg.) (2009): Allgemeines Rundschreiben Straßenbau Nr. 3/2009. Sachgebiet 12.1: Umweltschutz; Lärmschutz, zuletzt aktualisiert am 12.05.2009, zuletzt geprüft am 12.11.2012.

[6] Bündnis 90/DIE GRÜNEN (Hg.) (2009): Lärmmindernde Fahrbahnbeläge, zuletzt aktualisiert am 02.04.2009, zuletzt geprüft am 22.10.2012.

[7] Deutsche Gesellschaft für Akustik e.V. (DEGA) (Hg.) (2010): Straßenverkehrslärm. Eine Hilfestellung für Betroffene. Online verfügbar unter http://www.ald‐laerm.de/downloads/publikationen/Strasenverkehrslaerm.pdf, zuletzt aktualisiert am 23.09.2010, zuletzt geprüft am 03.09.2012.

[8] DIN 45642, 06.04.2004: Messung von Verkehrsgeräuschen, zuletzt geprüft am 05.11.2012.

[9] Ehlert, Stefan (2010): Lärmarme Fahrbahnbeläge für den kommunalen Straßenbau. Hg. v. Landesbetrieb Straßenbau Nordrhein‐Westfalen, zuletzt aktualisiert am 28.04.2010, zuletzt geprüft am 23.10.2012.

[10] Finger, Karsten (2001): Untersuchungen zur Kraftanregung durch die Verbrennung beim direkteinspritzenden Common‐Rail Dieselmotor unter Berücksichtigung des Körperschallübertragungsverhaltens. Dissertation. Technische Universität Darmstadt, zuletzt geprüft am 16.10.2012.

[11] Genuit, Klaus (2007): Tiefe Frequenzen sind nicht gleich tiefe Frequenzen ‐ Tieffrequente Geräuuschanteile und deren (Lärm‐)Wirkungen. DEGA. DAGA Stuttgart, 11.07.2007, zuletzt geprüft am 06.11.2012.

[12] Graf, Bernd (2007): Validierung von Methoden zur Berechnung und Reduzierung der Schallabstrahlung von Getriebegehäusen. Dissertation. Technische Universität Ilmenau. Online verfügbar unter http://www.db‐thueringen.de/servlets/DerivateServlet/Derivate‐10978, zuletzt geprüft am 26.09.2012.


[13] Graf, Peter (2001): LKW ‐ lärmig weil schrötig. Zum akustischen Stellenwert des Lastwagend im Strassenverkehr. Online verfügbar unter http://www.tba.zh.ch/internet/baudirektion/tba/de/laerm/laermalternativen/neue_wege/ecodrive_oekologisch_oekonomisch/ecodrive_eine_halbierung/_jcr_content/contentPar/downloadlist_0/downloaditems/lkw_l_rmig_weil_schr.spooler.download.1315557515447.pdf/d8703‐lastwagen‐fals.pdf, zuletzt aktualisiert am 03.08.2001, zuletzt geprüft am 24.09.2012.

[14] Haberl, Jürgen (2011): Akustische Bewertung von Fahrbahndeckschichten. Entwicklung eines Verfahrens zur akustischen Klassifizierung von lärmmindernden Fahrbahndeckschichten. Dissertation. Technische Universität Wien. Fakultät für Bauingenieurwesen, zuletzt geprüft am 09.10.2012.

[15] Hartwig, Bodo (1998): Klangvergleich eines historischen Spinetts mit einer originalgetreuen Kopie. Diplomarbeit. Fachhochschule Düsseldorf, zuletzt geprüft am 10.10.2012.

[16] HEAD acoustics: Bereich NVH ‐ Binaurale Aufnahmesysteme ‐ Warum Kunstkopf‐Messtechnik? Online verfügbar unter http://www.head‐acoustics.de/de/nvh_hms_basics.htm, zuletzt geprüft am 05.11.2012.

[17] Helfer, Martin (2002): Aerodynamische Schallquellen und ihr Beitrag zum Fahrzeugaußengeräusch. FKFS Stuttgart. Deutsche Gesellschaft für Akustik e.V. (DEGA). DAGA Bochum, 30.07.2002, zuletzt geprüft am 15.10.2012.

[18] Helfer, Martin (2004): Aeroakustische Messungen an Kraftfahrzeugen in Windkanälen, zuletzt aktualisiert am 15.10.2004, zuletzt geprüft am 19.10.2012.

[19] Heuer, Stefan (2001): Verbrennungsgeräusch des direkteinspritzenden Hubkolbenmotors. Dissertation. Technischen Hochschule Aachen, zuletzt geprüft am 16.10.2012.

[20] Hucho, Wolf‐Heinrich (2012): Aerodynamik der stumpfen Körper. Physikalische Grundlagen und Anwendungen in der Praxis. 2. Aufl. Wiesbaden: Vieweg+Teubner Verlag.

[21] Imbach, Markus; Stähli, Markus (2001): Leise Auto fahren will gelernt sein. In: Umweltpraxis, S. 37–38, zuletzt geprüft am 05.11.2012.

[22] Jannicke, Bernd (2009): PMA ‐ Gussasphalt mit offenporiger Oberfläche. In: asphalt (5). Online verfügbar unter http://www.baufachinformation.de/kostenlos.jsp?sid=A0F67CB61E6FE94F18BB19053F572A8D&id=2009089007105&link=http%3A%2F%2Fwww.giesel‐verlag.de%2Fleseproben%2Fas‐05‐09_um.pdf_00.pdf, zuletzt geprüft am 23.10.2012.

[23] Kameier, Frank (2010): Computerunterstützte Messdatenerfassung und ‐verarbeitung. FH Düsseldorf, zuletzt aktualisiert am 22.02.2010, zuletzt geprüft am 31.08.2012.

[24] Kameier, Frank; Reinartz, Dieter (2001): Strömungsakustik. FH Düsseldorf, zuletzt aktualisiert am 15.04.2005, zuletzt geprüft am 22.10.2012.

[25] Kloepfer, Michael (2006): Leben mit Lärm? Risikobeurteilung und Regulation des Umgebungslärms im Verkehrsbereich. Berlin, Heidelberg: Springer‐Verlag Berlin Heidelberg.


[26] Kokavecz, Judith (2011): Einfluss der Geometrie auf die Wirkung von Schallschutzwänden. Dissertation, zuletzt geprüft am 30.10.2012.

[27] Kraftfahrt‐Bundesamt (2012): Statistik ‐ Bestand ‐ Fahrzeugklassen und Aufbauarten. Online verfügbar unter http://www.kba.de/cln_033/nn_191172/DE/Statistik/Fahrzeuge/Bestand/FahrzeugklassenAufbauarten/2012__b__fzkl__eckdaten__prozent.html, zuletzt aktualisiert am 15.02.2012, zuletzt geprüft am 26.11.2012.

[28] Kuypers, Friedhelm (2012): Physik für Ingenieure und Naturwissenschaftler. 3. Aufl. Weinheim: Wiley‐VCH.

[29] Landesamt für Umweltschutz Sachsen‐Anhalt (Hg.) (2011): Messung des Einflusses von Fahrbahnoberflächen auf die Verkehrsgeräusche nach DIN EN ISO 11 819/1. Online verfügbar unter http://www.sachsen‐anhalt.de/fileadmin/Elementbibliothek/Bibliothek_Politik_und_Verwaltung/Bibliothek_LAU/Wir_ueber_uns/Publikationen/Sonderhefte_der_Berichte_des_LAU/Dateien/SH_4_2009_Mai_2011.pdf, zuletzt aktualisiert am 19.05.2011, zuletzt geprüft am 23.10.2012.

[30] Landesanstalt für Umweltschutz Baden‐Württemberg (Hg.) (2004): Lärmarme Reifen und geräuschmindernde Fahrbahnbeläge. Erkenntnisse ‐ Maßnahmen ‐ Konzepte. Online verfügbar unter http://www.lubw.baden‐wuerttemberg.de/servlet/is/357/reifen‐fahrbahnstudie_2005.pdf?command=downloadContent&filename=reifen‐fahrbahnstudie_2005.pdf, zuletzt aktualisiert am 27.05.2005, zuletzt geprüft am 31.08.2012.

[31] Lärmorama (2012): Krachmacher. Strassenverkehr ‐ Wissen. Online verfügbar unter http://www.laermorama.ch/m5_krachmacher/strassenlaerm_w.html#schallquellen, zuletzt aktualisiert am 30.04.2012, zuletzt geprüft am 15.10.2012.

[32] Maute, Dieter (2006): Technische Akustik und Lärmschutz. München [u.a.]: Fachbuchverl. Leipzig im Carl‐Hanser‐Verl.

[33] Mehra, Schew‐Ram (2009): Lärmschutzwände. Akustische Wirksamkeit und stadtbauphysikalische Aspekte. In: Bauphysik‐Kalender. Schwerpunkt: Schallschutz Und Akustik: John Wiley & Son Ltd, S. 607–625.

[34] Ministerium für Klimaschutz, Umwelt Landwirtschaft Natur‐ und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein‐Westfalen (2012): Umgebungslärm in NRW. Online verfügbar unter http://www.umgebungslaerm‐kartierung.nrw.de/, zuletzt aktualisiert am 25.10.2012, zuletzt geprüft am 16.11.2012.

[35] Möser, Michael (2007): Technische Akustik. 7. Aufl. Berlin ;, Heidelberg, New York: Springer.

[36] Neher, Jochen (2012): Rechnerische und experimentelle Untersuchungen der Schallabstrahlung bei Fahrzeuggetrieben. Dissertation. Technische Universität Ilmenau. Online verfügbar unter http://www.db‐thueringen.de/servlets/DerivateServlet/Derivate‐24781, zuletzt geprüft am 12.11.2012.


[37] Oponeo.de: Wie wird Sägezahnbildung an Reifen beseitigt? Online verfügbar unter http://www.oponeo.de/reifen‐abc/wie‐wird‐sagezahnbildung‐an‐reifen‐beseitigt, zuletzt geprüft am 19.10.2012.

[38] Reichart, Urs (2009): Lärmmindernde Fahrbahnbeläge. Ein Überblick über den Stand der Technik. Hg. v. Umweltbundesamt, zuletzt aktualisiert am 28.08.2009, zuletzt geprüft am 23.10.2012.

[39] Roga Messtechnik: Messmikrofon MI‐17. Online verfügbar unter http://roga‐messtechnik.de/sensorik/messmikrofone/spezifikation.html, zuletzt geprüft am 28.11.2012.

[40] RWTH Aachen Sonderforschungsbereich 224 ‐ Motorische Verbrennung (Hg.) (2009): Dieselmotoren ‐ Verbrennung, Schadstoffbildung und Akustik. Online verfügbar unter http://www.sfb224.rwth‐aachen.de/Kapitel/kap4_4.htm, zuletzt aktualisiert am 07.07.2009, zuletzt geprüft am 17.10.2012.

[41] Sächsisches Staatsministerium für Umwelt und Landwirtschaft (2012): Wirkung von Lärm auf den Menschen. Online verfügbar unter http://www.umwelt.sachsen.de/umwelt/3514.htm, zuletzt aktualisiert am 01.08.2012, zuletzt geprüft am 04.09.2012.

[42] Schönewolf, Jan (2006): Geräuschqualität von Straßenverkehrslärm. Möglichkeiten der psychophysiologischen Bewertung anhand von Herzfrequenz und Hautleitfähigkeit sowie subjektiver Einschätzung. Dissertation. Heinrich‐Heine‐ Universität Düsseldorf. Medizinische Fakultät, zuletzt geprüft am 04.09.2012.

[43] Schulte, Wolfgang (2004): Offenporiger Asphalt. Lärmschutzwirkung, ‐bedingungen und ‐dauer. In: asphalt (2). Online verfügbar unter http://www.asphalt.de/media/exe/134/81e27b3dbb5ff126e631dfeadaec977d/opa_dr_schulte.pdf, zuletzt geprüft am 23.10.2012.

[44] Stolz und Bau (2009): Neue Mischgut‐ und Bindemittelbezeichnungen. Online verfügbar unter http://www.stolz‐bau.com/pdf/Mischgut.pdf, zuletzt aktualisiert am 18.02.2009, zuletzt geprüft am 12.11.2012.

[45] Südwest Presse Online‐Dienste GmbH: Dem Lärm eins aufs Ohr. Online verfügbar unter http://www.swp.de/swp_import/nachrichten/ulmerleben/campus/art661706,209622, zuletzt geprüft am 26.09.2012.

[46] Umweltbundesamt (2012): Grenzwerte für Reifenlärm. Online verfügbar unter http://www.umweltbundesamt.at/umweltsituation/laerm/laermschutz/massn_strasse/reifenlaerm/reifen_grenzwerte/, zuletzt aktualisiert am 26.10.2012, zuletzt geprüft am 26.10.2012.

[47] Umweltbundesamt (Hg.) (2011): Auswertung der Online‐Lärmumfrage des Umweltbundesamtes. Online verfügbar unter http://www.umweltdaten.de/publikationen/fpdf‐l/3974.pdf, zuletzt aktualisiert am 26.04.2011, zuletzt geprüft am 12.10.2012.

[48] University of Bradford (2005): Noise Attenuation Provided by Highway Noise Barriers. Online verfügbar unter


http://www.staff.brad.ac.uk/kvhorosh/CV6505M/lecture_10presentation.pdf, zuletzt aktualisiert am 10.05.2005, zuletzt geprüft am 16.11.2012.

[49] Verein deutscher Ingenieure (1997): Schallschutz durch Abschirmung im Freien. VDI 2720, zuletzt geprüft am 05.11.2012.

[50] VLärmSchR 97: Richtlinien für den Verkehrslärmschutz an Bundesfernstraßen in der Baulast des Bundes, zuletzt geprüft am 15.10.2012.

Anhang 73

Anhang

61 Abbildung ‐ Anhang 1: Übersicht der Messorte (Grafik: Michaela Kärst, ISAVE)

Messnr. Autobahn Beschreibung Km/h Asphalt Baujahr DStrO [dB(A)] Lmin [db / dB(A)] bei na7 Lmax [db] bei na7 PKW LKW

30 A 40 Mülheim ‐ Heißen 80 (100) OPA 2011 ‐4 69,4 / 62,5 91,5 / 79,5 146 22




34 A 40 Bochum ‐ Werne_Auf dem Sporkel ‐ Brücke 100 Guss 2004 0 72,7 / 68,0 89,1 / 81,7 192 36



20 A 40 Ausfahrt Bochum ‐ Wattenscheid 100 OPA 2011 ‐5 67,0 / 53,0 87,6 / 70,9 246 17

21 A 40 Ausfahrt Bochum ‐ Wattenscheid 100 OPA 2011 ‐5 66,3 / 55,3 85,3 / 76.7 250 15



17 A 40 Ausfahrt Duisburg ‐ Rheinhausen 100 Guss 1975/2000 0 74,5 / 69,9 88,6 / 85,6 152 52



40 A 1 Rastplatz hinter Schwerte 100 OPA 2001 ‐5 77,4 / 69,6 90,9 / 84,2 139 73




44 A 1 Gevelsberg 130 SMA11s 2000 ‐2 74,9 / 71,9 96,4 / 88,0 186 76



24 A 30 Zwischen Ausfahrt Lotte ‐ Autobahnkreuz Lotte‐Spellhof ‐ PMA 2012 k.A. 68,1 / 62,0 87,3 / 83,4 61 29



27 A 30 Zwischen Ausfahrt Lotte ‐ Laggenbeck ‐ SMA11 1997 ‐2 67,5 / 62,0 89,0 / 83,1 73 22

28 A 30 Zwischen Ausfahrt Lotte ‐ Laggenbeck ‐ SMA11 1997 ‐2 68,6 / 60,5 86,2 / 83,0 72 39

29 A 30 Zwischen Ausfahrt Lotte ‐ Laggenbeck ‐ SMA11 1997 ‐2 66,2 / 60,8 87,2 / 85,6 69 20 Abbildung ‐ Anhang 2: komplette Übersicht

Anhang 74

Abbildung ‐ Anhang 3: Messprotokoll der Messnr. 30 – 33 (Paar 1 LA)

Anhang 75

Abbildung ‐ Anhang 4: Messprotokoll der Messnr. 34 – 36 (Paar 1 Ref)

Anhang 76


Anhang 77


Anhang 78


Anhang 79


Anhang 80


Anhang 81

Abbildung ‐ Anhang 10: Messprotokoll der Messnr. 27– 29 (Paar 4 Ref)

Anhang 82

Abbildung ‐ Anhang 11: Lärmkarte von Messort 1 LA (aus: [34])


Anhang 83

Abbildung ‐ Anhang 13: Lärmkarte von Messort 3 Ref (aus: [34])


Anhang 84

Abbildung ‐ Anhang 15: Lärmkarte von Messort 4 Ref (aus: [34])

0 1000 2000 3000 4000 5000 [Hz]10

20

30

40

50

60

70

80

90

dB(li

n)dB

(A)


Aquisition: 14:32:54h 27.04.2012


Format: 1Spec_x_Kurven_verkehr2/1x2D_mehrere_kurven.pak_fly dijana.hallmann/Verkehr/A 40 6 OPA Bochum-Wattenscheid West Mess 20na11


A 40 6 OPA Bochum-Wattenscheid West Mess 20na11 (Messmik1) APS Lp= 73.3dB Lp(A)= 62.2dBA 40 6 OPA Bochum-Wattenscheid West Mess 20na11 (KK L) APS Lp= 74.3dB Lp(A)= 64.3dBA 40 6 OPA Bochum-Wattenscheid West Mess 20na11 (KK R) APS Lp= 74.1dB Lp(A)= 64.4dB


Abbildung ‐ Anhang 16: Vergleich zwischen KK ‐ Mikrofon Messnr. 20; na11

Anhang 85

0 1000 2000 3000 4000 5000 [Hz]10

20

30

40

50

60

70

80

90

dB(li

n)dB

(A)


Aquisition: 11:16:49h 27.04.2012


Format: 1Spec_x_Kurven_verkehr2/1x2D_mehrere_kurven.pak_fly dijana.hallmann/Verkehr/A 40 6 Guss Duisburg-Rheinhausen Mess 17na11


A 40 6 Guss Duisburg-Rheinhausen Mess 17na11 (Messmik1) APS Lp= 83.2dB Lp(A)= 80.3dBA 40 6 Guss Duisburg-Rheinhausen Mess 17na11 (KK L) APS Lp= 79.2dB Lp(A)= 77.4dBA 40 6 Guss Duisburg-Rheinhausen Mess 17na11 (KK R) APS Lp= 77.9dB Lp(A)= 74.2dB



0 1000 2000 3000 4000 5000 [Hz]10

20

30

40

50

60

70

80

90

dB(li

n)dB

(A)


Aquisition: 12:08:44h 14.06.2012


Format: 1Spec_x_Kurven_verkehr2/1x2D_mehrere_kurven.pak_fly dijana.hallmann/Verkehr/A 1 6 OPA Schw Mess 40na11


A 1 6 OPA Schw Mess 40na11 (Messmik1) APS Lp= 79.5dB Lp(A)= 72.9dBA 1 6 OPA Schw Mess 40na11 (KK L) APS Lp= 80.3dB Lp(A)= 73.9dBA 1 6 OPA Schw Mess 40na11 (KK R) APS Lp= 84.9dB Lp(A)= 72.2dB



Anhang 86

0 1000 2000 3000 4000 5000 [Hz]10

20

30

40

50

60

70

80

90

dB(li

n)dB

(A)


Aquisition: 14:06:45h 14.06.2012


Format: 1Spec_x_Kurven_verkehr2/1x2D_mehrere_kurven.pak_fly dijana.hallmann/Verkehr/A 1 6 SMA Gev Mess 46na11


A 1 6 SMA Gev Mess 46na11 (Messmik1) APS Lp= 70.9dB Lp(A)= 69.5dBA 1 6 SMA Gev Mess 46na11 (KK L) APS Lp= 79.8dB Lp(A)= 74.9dBA 1 6 SMA Gev Mess 46na11 (KK R) APS Lp= 84.9dB Lp(A)= 78.1dB



0 1000 2000 3000 4000 5000 [Hz]10

20

30

40

50

60

70

80

90

dB(li

n)dB

(A)


Aquisition: 12:14:30h 07.05.2012




A 30 4 PMA Lotte Spellhof Mess 24na11 (Messmik1) APS Lp= 83.9dB Lp(A)= 80.8dBA 30 4 PMA Lotte Spellhof Mess 24na11 (KK L) APS Lp= 78.2dB Lp(A)= 76.7dBA 30 4 PMA Lotte Spellhof Mess 24na11 (KK R) APS Lp= 80.9dB Lp(A)= 78.6dB



Anhang 87

0 1000 2000 3000 4000 5000 [Hz]10

20

30

40

50

60

70

80

90

dB(li

n)dB

(A)


Aquisition: 14:09:28h 07.05.2012


Format: 1Spec_x_Kurven_verkehr2/1x2D_mehrere_kurven.pak_fly dijana.hallmann/Verkehr/A 30 4 SMA Lotte Laggenbeck Mess 28na11


A 30 4 SMA Lotte Laggenbeck Mess 28na11 (Messmik1) APS Lp= 78.0dB Lp(A)= 74.3dBA 30 4 SMA Lotte Laggenbeck Mess 28na11 (KK L) APS Lp= 82.9dB Lp(A)= 80.6dBA 30 4 SMA Lotte Laggenbeck Mess 28na11 (KK R) APS Lp= 83.7dB Lp(A)= 80.7dB



Abbildung ‐ Anhang 22: Bestandsvergleich der einzelnen Fahrzeugklassen in Deutschland am 01.01.12 gegenüber dem 01.01.11 (aus: [27])

Anhang 88

Abbildung ‐ Anhang 23: Sägezahnbildung an einem Pkw Reifen (aus: [37])

146

185 184

150

192183

143

2212 10

2236

18 1713,16,1 5,2

12,8 15,89,0 10,6

0

50

100

150

200

250

300

OPA_30 OPA_31 OPA_32 OPA_33 Guss_34 Guss_35 Guss_36

Verkehrsaufkommen ‐ Paar 1

Pkw[absolut]

Lkw[absolut]

Lkw [%]

Abbildung ‐ Anhang 24: Verkehrsaufkommen aller Messungen von Paar 1

Anhang 89

246 250

278

251

152 157 156

17 15 17 18

5264

46

6,5 5,7 5,8 6,7

25,5 29,022,8

0

50

100

150

200

250

300

OPA_20 OPA_21 OPA_22 OPA_23 Guss_17 Guss_18 Guss_19


Pkw[absolut]

Lkw[absolut]

Lkw [%]


139

123 119 119

186

125

154

7361 65 65

76

34

50

0

50

100

150

200

250

300

OPA_40 OPA_41 OPA_42 OPA_43 SMA11s_44 SMA11s_45 SMA11s_46


Pkw[absolut]

Lkw[absolut]

Lkw [%]


Anhang 90

61

92

6373 72 69

29 29 25 22

39

2032,2

24,0 28,4 23,235,1

22,5

0

50

100

150

200

250

300

PMA_24 PMA_25 PMA_26 SMA11_27 SMA11_28 SMA11_29


Pkw[absolut]

Lkw[absolut]

Lkw [%]


6 8 10 12 14 16 18 20s

0

500

1000

1500

2000

2500

3000Hz

40

45

50

55

60

65

70

dBRMS

0

500

1000

1500

2000

2500

3000Hz

30 40 50 60 70 80 90

dBRMS

6 8 10 12 14 16 18 20

s-2

0

2

Pa

6 8 10 12 14 16 18 20s

7075808590


Gesamtpegel

A40 Guss Werne Mess 35


Editors: 3_D_standard_verkehr/Page 1/3D_Standard_A_kommentar.pak_flydijana.hallmann/PAK/MESSDATEN/Verkehr/A 40 4 Guss Werne Mess 35na7


APS




Messmik1


Schalldruck

Abbildung ‐ Anhang 28: Vorbeifahrgeräusch eines Lkws bei t=10 s auf Guss; na7

Anhang 91

126 128 130 132 134 136 138 140s

0

500

1000

1500

2000

2500

3000Hz

40

45

50

55

60

65

70

dBRMS

0

500

1000

1500

2000

2500

3000Hz

30 40 50 60 70 80 90

dBRMS

126 128 130 132 134 136 138 140

s-2

-1

0

1

2Pa

126 128 130 132 134 136 138 140s

7075808590


Gesamtpegel

A40 OPA MH Heißen Mess 33


Editors: 3_D_standard_verkehr/Page 1/3D_Standard_A_kommentar.pak_flydijana.hallmann/PAK/MESSDATEN/Verkehr/A 40 4 OPA Hei Mess 33na7


APS




Messmik1


Schalldruck

Abbildung ‐ Anhang 29: Vorbeifahrgeräusch eines Lkws bei t=133 s auf OPA (Paar 1); na7

220 222 224 226 228 230 232 234s

0

500

1000

1500

2000

2500

3000Hz

40

45

50

55

60

65

70

dBRMS

0

500

1000

1500

2000

2500

3000Hz

30 40 50 60 70 80 90

dBRMS

220 222 224 226 228 230 232 234

s-0.4

0.0

0.4

0.8Pa

220 222 224 226 228 230 232 234s

70

75

80


Gesamtpegel





APS




Messmik1


Schalldruck

Abbildung ‐ Anhang 30: Vorbeifahrgeräusch eines Lkws bei t=227 s auf OPA (Paar 2); na7

Anhang 92

0 1000 2000 3000 4000 5000 [Hz]10

20

30

40

50

60

70

80

90

dB(li

n)dB

(A)


Aquisition: 13:09:34h 18.05.2012




A 40 4 Guss Werne Mess 35na10 (Messmik1) APS Lp= 88.6dB Lp(A)= 80.3dBA 40 4 OPA Hei Mess 33na10 (Messmik1) APS Lp= 84.7dB Lp(A)= 78.6dBA 40 6 OPA Bo-Watten. Mess 20na10 (Messmik1) APS Lp= 78.6dB Lp(A)= 66.8dB


Abbildung ‐ Anhang 31: Vergleich Frequenzspektrum Lkw Vorbeifahrt; na10

156 158 160 162 164 166 168 170s

0

500

1000

1500

2000

2500

3000Hz

40

45

50

55

60

65

70

dBRMS

0

500

1000

1500

2000

2500

3000Hz

20 30 40 50 60 70 80 90

dBRMS

156 158 160 162 164 166 168 170

s-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0Pa

156 158 160 162 164 166 168 170s

70

75


Gesamtpegel





APS




Messmik1


Schalldruck

Abbildung ‐ Anhang 32: Vorbeifahrgeräusch eines Pkws bei t=164 s auf PMA; na7

Anhang 93

26 28 30 32 34 36 38 40s

0

500

1000

1500

2000

2500

3000Hz

40

45

50

55

60

65

70

dBRMS

0

500

1000

1500

2000

2500

3000Hz

20 30 40 50 60 70 80 90

dBRMS

26 28 30 32 34 36 38 40

s-1.0

0.0

1.0

Pa

26 28 30 32 34 36 38 40s

70

75

80


Gesamtpegel

A30 SMA Lotte Laggenbeck Mess 27


Editors: 3_D_standard_verkehr/Page 1/3D_Standard_A_kommentar.pak_flydijana.hallmann/PAK/MESSDATEN/Verkehr/A 30 4 SMA Lotte Laggenbeck Mess 27na7


APS




Messmik1


Schalldruck

Abbildung ‐ Anhang 33: Vorbeifahrgeräusch eines Pkws bei t=36 s auf SMA11; na7

36 38 40 42 44 46 48 50s

0

500

1000

1500

2000

2500

3000Hz

40

45

50

55

60

65

70

dBRMS

0

500

1000

1500

2000

2500

3000Hz

20 30 40 50 60 70 80 90

dBRMS

36 38 40 42 44 46 48 50

s-0.4

-0.2

0.0

0.2

0.4Pa

36 38 40 42 44 46 48 50s

68

70

72


Gesamtpegel





APS




Messmik1


Schalldruck

Abbildung ‐ Anhang 34: Vorbeifahrgeräusch eines Pkws bei t=41 s auf OPA (Paar 2); na7

Anhang 94

0 1000 2000 3000 4000 5000 [Hz]10

20

30

40

50

60

70

80

dB(li

n)dB

(A)


Aquisition: 12:14:30h 07.05.2012




A 30 4 PMA Lotte Spellhof Mess 24na10 (Messmik1) APS Lp= 75.7dB Lp(A)= 72.2dBA 30 4 PMA Lotte Spellhof Mess 27na10 (Messmik1) APS Lp= 76.2dB Lp(A)= 73.1dBA 40 6 OPA Bo-Watten. Mess 20na10 (Messmik1) APS Lp= 70.3dB Lp(A)= 56.7dB


Abbildung ‐ Anhang 35: Vergleich Frequenzspektrum Pkw Vorbeifahrt; na10

Abbildung ‐ Anhang 36: aktuelle EU‐Grenzwerte für das Rollgeräusch von Reifen (aus: [46])

Anhang 95

Abbildung ‐ Anhang 37: abgesenkte EU‐Grenzwerte für das Rollgeräusch von Reifen (aus: [46])

Documents

PAK, zur - stroemungsakustik.destroemungsakustik.de/old.mv.fh-duesseldorf.de/d_pers/Kameier_Frank/a... · Bachelor Thesis Straßenverkehrsgeräusche ‐ Analysen mittels PAK, Bewertung