Empa will per Auralisierung zukünftigen Straßenlärm simulieren

(21.9.2016) Unter Auralisierung versteht man das Hörbarmachen von Schallereig­nissen, die erst in der Zukunft stattfinden könnten. Lange Zeit wurde diese Technik vor allem zur raumakustischen Optimierung von Innenräumen eingesetzt. In dem vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF) geförderten Empa-Projekt „TAURA“ arbeitet nun eine Forschungsgruppe an einem Auralisierungsmodell, das die Geräusche von sich beschleu­nigenden, an einem Beobachter vorbeifahrenden Personenwagen simuliert. Das Modell soll erlauben, Lärm vermindernde Vorkehrungen bereits in der Planung von Straßenbauprojekten zu berücksichtigen.

Foto © Empa

Lärm, den ein vorbeifahrendes Auto verursacht, hat unterschiedliche Quellen, die im „Emissionsmodul“ in das Computermodell eingegangen sind:

1. Zum einen ist da der Motor, der vor allem beim Beschleunigen auffällt. Zudem beeinflussen Wagentyp, Fahrgeschwindigkeit und Fahrstil das Motor- respektive Antriebsgeräusch.
2. Zum anderen verursachen die Reifen durch das Abrollen auf der Straße Geräu­sche. Diese hängen in erster Linie von der Art des Straßenbelags und vom Rei­fentyp ab.

Künftig wollen die Forscher rund um Reto Pieren gar noch weitere Schallquellen in ih­rem Auralisierungsmodell abbilden, etwa Windgeräusche.

Die „Aura“ von sich beschleunigenden Autos

All diese Einflussgrößen mussten die Forscher zuerst einmal identifizieren. Zu diesem Zweck nahmen sie die Fahrgeräusche diverser Wagentypen auf. Diese Messungen er­folgten aus mehreren Mikrofonpositionen und bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Variiert wurden außerdem Reifentyp, Motorlast und Drehzahl. Aus den Aufnahmen ex­trahierten sie die zentralen Geräuschmerkmale und übertrugen diese als Parameter in ihr Auralisierungsmodell. Dabei kamen insgesamt mehrere tausend Parameter zusam­men, die je nach Zusammenspiel ein vollkommen unterschiedliches Fahrgeräusch ver­ursachen.

Als Nächstes galt es, Ausbreitungsphänomene zu erkunden und in das Modell ein­fließen zu lassen - dazu zählen ...

• der Doppler-Effekt,
• die Schallabsorption durch die Luft und
• die Abschwächung des Schalls aufgrund der Distanz zwischen Geräuschquelle und Beobachter.

Denn je nachdem, wo sich ein Beobachter im Verhältnis zur Lärmquelle befindet und wie sich die beiden relativ zueinander bewegen, wird der Beobachter den Lärm unter­schiedlich wahrnehmen. Der Doppler-Effekt etwa ist aus dem Alltag wohl bekannt: Die Sirene eines Notfallwagens klingt hoch, wenn sich der Wagen auf den Betrachter zu bewegt, und vergleichsweise tief, sobald er sich wieder entfernt.

Wie lästig werden Geräusche empfunden?

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

Lärm wirkt sich außerdem abgängig von Tageszeit, Gesundheitszustand und Alter un­terschiedlich auf Menschen aus. So reichen die gesundheitlichen Folgen von zeitweili­gen Schlafstörungen bis hin zu einem erhöhten Risiko einer Herz-Kreislauf-Erkrankung. Um solchen Beeinträchtigungen vorzubeugen, sollten bei der Planung von Wohn- und Industriezonen sowie von Verkehrswegen Lärm mindernde Maßnahmen berücksichtigt werden. Dazu benötigen Stadtplaner, politische Entscheidungsträger sowie die Öffent­lichkeit Anhaltspunkte über die zu erwartenden Lärmimmissionen. Standardmaßnahmen sind schon seit geraumer Zeit berechenbar – die Auralisierung kann aber dabei helfen, neue Ideen der Lärmoptimierung zu evaluieren.

Neben den praktischen Nutzen dieser Forschung tritt ein wissenschaftlicher: Denn be­vor Reto Pieren und seine Kollegen ihre Forschung aufgenommen hatten, gab es kein derart detailliertes Auralisierungsmodell, um Straßenlärm zu simulieren. Neu ist insbe­sondere die Simulation von beschleunigenden Fahrzeugen.

Weitere Informationen zur Auralisierung von beschleunigenden Autos können per E-Mail an Reto Pieren angefordert werden.