Aktiver Lärmschutz | Freier Journalist - Berlin - Rüdiger Voßberg

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Redaktion: Wissenschaft

laut + laut = leise
Aktiver Lärmschutz: Eine mathematische Formel und deren technische Anwendung

Ernie und Bert aus der Sesamstraße sind dicke Freunde. Aber manchmal geraten sie in lauten Streit: Wenn Bert ein Buch über Tauben liest, und Ernie unbekümmert den Fernsehapparat einschaltet. Bert, in seiner Ruhe gestört, macht im Gegenzug das Radio an. Damit übertönt er die Fernsehgeräusche. Ernie steht dem nicht nach, dreht den Plattenspieler auf volle Lautstärke. Sein zorniger Kumpel Bert rollt nun seinerseits den Staubsauger ins Zimmer, schaltet ihn ein. Ein Knall beendet die Episode: Nun ist es zappenduster und leise. Die Sicherung hat den lärmenden Streit entschieden. So wird die Formel aber nicht gelöst.

Mit einem „noise buster”, zu deutsch „Geräusche-Kaputtmacher”, auf den Ohren hätte Bert das Fernsehgeräusch vielleicht nicht gestört. Der noise buster sieht aus wie ein Kopfhörer, ist aber ein aktives Schallschutzgerät. Schall sind bewegte, schwingende Luftmoleküle. Diese breiten sich - ähnlich einer Wasserwelle - mit Wellentälern und -bergen in alle Richtungen aus. Das überlagern mehrerer Wellen nennt der Physiker „Interferenz”. Dort wo zwei Wellenberge aufeinandertreffen, verstärkt sich der Schall; treffen Berg und Tal exakt zusammen, wird er ausgelöscht. Man hört nichts mehr. Im Jahre 1933 ließ sich der Amerikaner Paul Lueg als erster die Idee des aktiven Lärmschutzes patentieren.

Aktiver Lärmschutz heißt: der unerwünschte Schall wird analysiert, seine zeitliche Abfolge von Tälern und Bergen (den Frequenzen) sowie deren Höhen und Tiefen (den Amplituden) ermittelt. Mikrophone zeichnen den Schall kontinuierlich auf. Dann strahlen Lautsprecher diesen nochmals ab, nur zeitlich so versetzt (phasenverschoben), dass Berg und Tal bestmöglich aufeinandertreffen. Der ursprüngliche Schall wird mit seinem Anti-Schall zerstört. Frequenzreichen Schall so zu interferieren, dass man nichts mehr hört, ist schwierig. Laut und laut wird dann nur leiser.

„Wir betrügen die Ohren nicht”, betont Prof. Michael Möser, Leiter des Instituts für Technische Akustik an der TU-Berlin. 14 wissenschaftliche Mitarbeiter der Fakultäten Elektronik, Mathematik und Akustik beschäftigen sich seit zwei Jahren mit den Grundlagen. „Wir wollen die Phänome verstehen,” beschreibt Möser das Projektziel. Praktische Anwendungen werden daraus erst in ferner Zukunft erwachsen. Mit knapp 400.000 Mark Jahresetat können die Berliner Ingenieure auch keine großen Sprünge machen. Ihr Forschungsprojekt endet im August 1998. Amerikanische Universitäten seien da finanzkräftiger, klagt Möser.

Aktiver Lärmschutz spielt im Fahrzeug- oder Flugzeugbau dort eine Rolle, wo die Gewichtserhöhung durch mehr schallisolierende Masse unerwünscht ist. Propellermaschinenerzeugen laute, unangenehme und tiefe Töne um 100 Hertz (=Schwingungen pro Sekunde). Der Schall eines konstant laufenden Motors lässt sich relativ leicht analysieren. Computer sowie deren speziell ausgetüftelte Software berechnen in Sekundenbruchteilen komplexe mathematische Strukturen, deren Ergebnis der Anti-Schall in den Lautsprechern ist. Pegeländerungen beim Geräusch, die durch Drehzahlschwankungen des Motors verursacht werden, kompensieren digitale Filter. Das kleine elektronische Bauteil hört und spricht quasi. Auf diese Weise werden die Schalldruckpegel im Flugzeuginnenraum durchschnittlich von 95 Dezibel (A) auf 85 dB (A) gedämpft. Das Ziel ist 75 dB (A). Die menschliche Schmerzgrenze liegt oberhalb 120 dB (A). Durch die aktive Kontrolle verringert sich die Lautstärke des Motorengeräusches dann um den Faktor drei. Aber eben nur für die Passagiere.

„Die aktive Methode ist kein Allheilmittel zur Lärmbekämpfung!”, stellt Möser fest. Der hohe technische Aufwand mit sensibler Elektronik mache das Kontrollsystem fehleranfällig. Schallquellen, bei denen sich Pegel und Frequenzen ständig ändern, sind damit schwer zu handhaben. „Das Plätschern eines Wasserfalles oder die Sprache kriegen sie nicht in den Griff!”, erklärt der Forscher. Gezielt einen Punkt könne man ruhigstellen, aber keine Umgebung. Sehr hohe Schalleistungen setzten der aktiven Anwendung auch Grenzen: starke Quellen müssen mit starken Gegen-Quellen ausgelöscht werden. Lautsprecher besitzen aber nur einen kleinen Wirkungsgrad von einem Prozent, der Rest wird in Wärme umgesetzt. Das bedeutet, dass man bei kräftigen Quellen viele und riesige Lautsprecher einsetzen muss. „Dann brauchen sie für die Leistungsverstärkung schon ein eigenes Kraftwerk!”, resümiert Möser.

Kräftige Schallfelder entstehen beim Start einer Rakete und können die fragilen Satelliten im Frachtraum schädigen. Die Triebwerke werden leistungsstärker und lauter; somit gewinnt der Lärmschutz an Bedeutung. Darum verkleiden die Raumfahrtingenieure der Firma Dornier in Immenstaad am Bodensee den Frachtraum einer Ariane-5-Rakete mit passiven Elementen. „Das sind Hohlräume, die man sich als umgedrehte Topfkuchenform vorstellen kann”, erklärt Dr. Sigurd Häusler. Darin schwächt sich der Schall ab. Es sei ihnen gelungen, die Pegel im Mittel von 140 dB auf gewünschte 130 dB zu senken. „Wir konnten zwar nur 20 Sekunden messen, aber die Ergebnisse stimmen uns positiv.”, so Häusler. (Kurz nach dem Start zerstörte sich die Rakete aufgrund eines Computerfehlers selbst.)

In der Sesamstraße knattern keine Mopeds über Kopfsteinpflaster oder hupen hektische Autofahrer die Fußgänger vom Zebrastreifen. Den nervenden Verkehrslärm aus den Wohnräumen zu verbannen, ist eine Vision von Herrn Möser. „Das Schwingungsverhalten dünner Fensterscheiben müsste dann aktiv verändert werden”, sinniert der Professor aus Berlin.

Erstveröffentlichung im Sonntagsblatt am 05.07.1996

Links:
(update 22.07.2004)

"WHO-Studie: Lärm macht krank" mehr >>>
"34 Mio Euro gegen Lärm" mehr >>>


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