Umwelt 12.04.2002, 17:33 Uhr

Oasen der Ruhe inmitten lärmender Großstädte

Lärm macht krank. Im Flug- oder Straßenverkehr lässt sich Krach nur in den seltensten Fällen eliminieren, per Gegenschall aber könnte er effektiv neutralisiert werden. Entwicklungsfortschritte in der Mikroelektronik und auf dem Gebiet der digitalen Signalver­arbeitung ermöglichen dies jetzt sogar für den Außenbereich.

Die Sonne lockt auf Balkons und Terrassen. Dennoch verlegt so mancher sein geplantes Nickerchen wieder nach drinnen, weil genau jetzt der Nachbar die ersten zarten Halme niedermäht oder der Straßenlärm besonders dröhnt. Bereits im klassischen Altertum beklagte man die Störung des städtischen Lebens durch Lärm. So schreibt Juvenal (ca. 60 – 140 n. Chr.): „Welch ein Mietshaus erlaubt denn Schlaf?“ Von Johann Wolfgang von Goethe weiß man, dass er ein Nachbargebäude seines Wohnhauses kaufte, um dessen mit Lärm verbundene Renovierung zu verhindern.

Das Ärgernis Lärm ist also keineswegs neu, wohl aber die Möglichkeit, es im wahrsten Sinne des Wortes auszuschalten. Prof. Detlef Krahé von der Universität Wuppertal entwickelte mit seinem Kollegen Dipl.-Ing. Mattias Trimpop vom Düsseldorfer Institut für Lärmschutz eine Gegenschall-Technik, die verschiedene Schallfrequenzen und Schallquellen zu tilgen vermag und somit Inseln der Ruhe erzeugen kann.

Beim aktiven Lärmschutz wird das vorhandene Schallfeld (Primärfeld) mit einem künstlich erzeugten Schallfeld (Sekundärfeld) so überlagert, dass sich beide durch Interferenz im Idealfall gegenseitig auslöschen. Hierzu muss das Sekundärfeld invers zum Primärfeld sein, ihm aber ansonsten genau entsprechen. Analoges findet bei Vibrationen Anwendung. Damit ist das Prinzip erklärt – und so einfach stellt es sich auch in der Patentanmeldung des deutschen Physikers Paul Lueg aus dem Jahre 1932 dar. Dass diese Technik 70 Jahre später immer noch nicht auf breiter Basis Anwendung findet, lässt ahnen: Mit der Umsetzung dieser Idee ist es nicht so einfach.

„Gerade weil das Sekundärfeld – abgesehen von dem Vorzeichenwechsel – ziemlich genau dem Primärfeld entsprechen muss, ist das Problem um so einfacher zu lösen, je enger die Frequenz und der örtliche Bereich sind“, erklärt Krahé. Anwendungsbeispiele dafür sind u.a. Windkanäle oder das Gegenwirken von Maschinengeräuschen wie das Brummen eines Trafohäuschens.

Die bisher eingesetzten Systeme arbeiten in der Regel nach dem Feed-Backward-Prinzip: Ein oder mehrere Fehlermikrofone regeln im Schutzbereich das System so lange nach, bis der Fehler, sprich der Lärm, minimal geworden ist. Ein solches System ist jedoch nur für zumindest annähernd stationären Lärm – zum Beispiel für brummende Ventilatoren – geeignet, denn eine Änderung der Lärmquelle muss erst bis zu dem Fehlermikrofon gelangen, damit dieses System reagieren kann. Dann allerdings wäre – auf die Situation des Straßenlärms übertragen – der Bus im wahrsten Sinne des Wortes schon weg.

Lärmschutz wird um so schwieriger, je größer die Lärmquelle und der zu schützenden Bereich sind und je kleiner die kürzeste Wellenlänge, d.h. hohe Frequenzen, bei den relevanten Schallkomponenten ist. Weitere Schwierigkeiten ergeben sich durch zeitlich und/oder örtlich variierende Bedingungen der Schallausbreitung. Und genau diese kennzeichnen die alltägliche Lärmsituation.

Um dieses Problem in den Griff zu bekommen, arbeitet Krahé mit dem sogenannten Feed-Forward-Prinzip: Dabei wird der Schall zuerst von mehreren Mikrofonen aufgenommen, dann verarbeitet und auf die Lautsprecher gegeben. Parallel dazu läuft die Schallwelle bis zu den Lautsprechern und überlagert sich dort mit dem erzeugten Gegenfeld. So werden Änderungen des Lärms sofort erfasst und in ein Gegenfeld umgerechnet, bevor diese den Schutzbereich erreichen.

Da sich Lärm mit einer Schallgeschwindigkeit von 344 m/s in Richtung Ruhezone bewegt, erfordern die Computeranalyse des Schalls und das Bereitstellen der passenden Anti-Schall-Frequenz eine enorme Rechnerleistung, die erst die jüngste Prozessortechnik ermöglichte. „Von der Schnelligkeit der Prozessoren wird es letztlich abhängen, wie groß die Ruheinseln sein können“, sagt Krahé, „aktuell können wir im Freien einen Bereich in Terrassengröße abschirmen. Für Anwohner von stark befahrenen Straßen würde dies schon eine immense Steigerung der Wohnqualität bedeuten. Denn weder eine hohe Mauer um die Terrasse, noch Ohrstöpsel oder Kopfhörer sind eine echte Alternative.“ Ihn stimmt die explosionsartige Entwicklung der Prozessortechnik zuversichtlich, schon bald größere Flächen „ruhig stellen“ zu können. Da sich mit diesem Prinzip Lärm nicht nur aussperren, sondern auch einsperren lässt, wäre auch Anwohnern von Freibädern oder Biergärten mit dieser Technik zu helfen.

„Natürlich gibt es noch technische Probleme“, räumt Krahé ein. Noch sei die Frage der Schallgeber-Aktuatoren, der Lautsprecher, nicht zufrieden stellend geklärt, da die notwendige Witterungsresistenz die Wahl eingrenze. Krahé arbeitet mit Lautsprechern, die kaum größer als Bierdeckel sind. Ferner trifft das Aufwandsargument insbesondere bei den Schallgebern, wenn diese großflächig und somit in erheblicher Anzahl eingesetzt werden müssen. Alternative Konzepte etwa für flächige Strahler könnten den Aufwand deutlich mindern, hofft er: „Aufwand heißt Kosten, und die reduzieren sich bekanntlich drastisch, wenn sich ein breiteres Interesse für den Einsatz abzeichnet.“ Daran dürfte es den „Inseln der Ruhe“ wohl kaum fehlen.

CHRISTIANE RADWAN

www.dasp.uni-wuppertal.de

BMBF-Netzwerk „Leiser Verkehr“

Forschung gegen Lärm

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert im Forschungsnetzwerk „Leiser Verkehr“ Techniken, die den Verkehrslärm unterdrücken. Für das Projektnetzwerk stehen in den nächsten vier Jahren rund 15 Mio. ! zur Verfügung.

Experten halten eine deutlich hörbare Minderung des Lärms aus dem Straßen- und Schienenverkehr um bis zu 15 Dezibel dB(A) für möglich. Dies könnte etwa durch eine Optimierung der geräuscherzeugenden Kontakte zwischen Rad und Fahrweg erreicht werden. Auch im Luftverkehr ließe sich der Lärm durch eine Veränderung der An- und Abflugwinkel der Flugzeuge sowie eine verbesserte Routenführung noch erheblich reduzieren.

Das BMBF will das Wissen um die Wirkung von Lärm künftig auch mit der Lärmwirkungsforschung verbessern. Damit sollen die am meisten belastenden

Geräuscharten und Frequenzen ermittelt und dieser Lärm gezielt gedämpft und gefiltert werden. ber

www.fv-leiserverkehr.de

 

  • Bettina Reckter

    Bettina-Reckter

    Redakteur VDI nachrichten
    Fachthemen: Forschung, Biotechnologie, Chemie/Verfahrenstechnik, Lebensmitteltechnologie, Medizintechnik, Umwelt, Reportagen

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