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Halle für akustische Modelltechnik

Um Kosten, Verkehrsbehinderungen und zeitaufwändige Untersuchungen zu vermeiden, werden in dieser Halle akustische Untersuchungen und Messungen an Modellen der Verkehrsbauten und der sie umgebenden Wohnbebauung durchgeführt, die auf bis zu einem Zwanzigstel ihrer Größe verkleinert sind.

Das Bild zeigt einen Wissenschaftler bei einer Geräuschmessung an einem Tunnelmodell Halle für akustische Modelltechnik (Bild: Christian Kruska)

Fast die Hälfte der Bevölkerung in Deutschland fühlt sich durch Straßenverkehrslärm stark belästigt. Um die Menschen vor Lärm zu schützen, hat der Gesetzgeber das „Gesetz zum Schutz vor schädlichen Umwelteinwirkungen durch Luftverunreinigungen, Geräusche, Erschütterungen und ähnliche Vorgänge“ (Bundes-Immissionsschutz-Gesetz) erlassen. Einzelheiten zu diesem Gesetz regeln die 16. Bundes-Immissionsschutzverordnung, die sogenannte „Verkehrslärmschutzverordnung“ und die „Verkehrswege-Schallschutzmaßnahmenverordnung“.

Die Verkehrslärmschutzverordnung fordert, dass die von neu gebauten oder wesentlich veränderten öffentlichen Straßen und Schienenwegen ausgehende Lärmemission soweit abzusenken ist, dass der durch die Anlieger wahrgenommene Lärm unterhalb bestimmter Grenzwerte bleibt. Eine ausreichende Emissionsminderung kann meist durch Maßnahmen wie Geschwindigkeitsbeschränkungen, Lärmschutzwände, Lärmschutzwälle, lärmmindernde Straßendeckschichten oder eine Kombination der verschiedenen Maßnahmen erreicht werden. Bei weiter steigendem Verkehrsaufkommen und erhöhten Ansprüchen an den Lärmschutz reichen die üblichen Maßnahmen zur Minderung der Lärmbelastung jedoch nicht mehr aus, und es müssen komplexe Lärmschutzanlagen errichtet werden:

  • Bekleidung der Lärmschutzwände mit hochabsorbierendem Material.
  • Mehrere hintereinander angeordnete Lärmschutzwände zur Erzielung zusätzlicher Beugungskanten für den Schall.
  • Breite Erdwälle mit aufgesetzten Lärmschutzwänden.
  • Führung der Straße in Troglage, mit oder ohne teilweise Abdeckung.
  • Anlage von Galerien, das sind tunnelartige Bauwerke, die an der nicht lärmempfindlichen Seite offen sind.
  • Eine vollständige Einhausung.

Diese Maßnahmen sind zum einen mit erheblichen Kosten verbunden, zum anderen muss der Straßenbaulastträger wissen, welche Lärmminderung mit ihnen erzielt werden kann. Die Berechnung der lärmmindernden Wirkung dieser Schutzeinrichtungen ist jedoch bisher nur annähernd möglich. Die genaue Erfassung ihrer Wirksamkeit müsste durch Freilandmessungen an Versuchsanlagen gemessen werden. Dazu sind Bauwerke von bis zu 200 m Länge erforderlich. Ihre Errichtung ist mit hohen Kosten und häufig erheblichen Behinderungen für den Verkehr verbunden. Auch ist die Durchführung der Messungen an diesen Anlagen zeitaufwändig, außerdem wetterabhängig und personalintensiv.

Die Wirkung derartiger besonderer Schutzeinrichtungen muss daher am Modell bestimmt werden. Dazu wurde in der Bundesanstalt für Straßenwesen die Halle für akustische Modelltechnik errichtet.

Messungen im Maßstab 1 : 20

Die Untersuchungen und Messungen in der Halle erfolgen an Modellen der Verkehrsbauten und der sie umgebenden Wohnbebauung, die auf bis zu ein Zwanzigstel ihrer Größe verkleinert sind. Bei einem Maßstab von beispielsweise 1 : 20 können so auf einem 10 x 10 m großen Modelltisch Flächen von 200 x 200 m simuliert werden.

Das Bild zeigt die Prüfung von Lamellen- und Rasterabdeckungen Prüfung von Lamellen- und Rasterabdeckungen

Entsprechend dem Modellmaßstab werden auch die Wellenlängen des Schalls verkürzt, der von den Fahrzeugen auf der Straße emittiert wird. Die Modellschallquellen müssen den Schall breitbandig und gleichmäßig in alle Richtungen abstrahlen. Damit ergeben sich aus den im Verkehr vorkommenden realen Wellenlängen Frequenzen im Bereich von 2.000 bis 100.000 Hertz beim maximalen Verkleinerungsmaßstab von 1 : 20. Damit insbesondere die hohen Schallfrequenzen nicht durch die Luft absorbiert werden, muss die Hallenluft während der Messungen bis auf 5 Prozent relativer Feuchte bei 20° C Raumtemperatur getrocknet werden.

Die Hallenwände und die Hallendecke sind mit schallabsorbierendem Material ausgekleidet. Damit wird vermieden, dass die Messungen durch Schall von außen beeinflusst werden. Beide sind zweischalig ausgeführt und mit einer Dampfsperre versehen.

Schallquellen

Die in der Halle verwendeten Modellschallquellen arbeiten in Abhängigkeit vom benötigten Frequenzbereich nach drei verschiedenen Prinzipien:

  • Modulation einer Flamme aus ionisierter Luft (Plasma).
  • Entspannen von Druckluft über eine Blende mit einem Durchmesser von 1 mm durch komprimierte Luft.
  • Bändchenhochtöner, die durch Anlegen eines elektrischen Signals zum Schwingen angeregt werden.

Das Bild zeigt einen Druckluftschallerzeuger (links) und eine Flamme aus ionisierter Luft (rechts) Druckluftschallerzeuger (links) und Flamme aus ionisierter Luft (rechts)

Für bestimmte Messaufgaben ist die flächenhafte Erfassung von Schallfeldern erforderlich. Die Halle ist deshalb mit einer Einrichtung ausgestattet, die eine Fläche vorgegebener Größe und einstellbarem Raster automatisch abtastet. So ist eine einfache Messung, Speicherung und Weiterverarbeitung der Messwerte möglich.

In der Halle für akustische Modelltechnik wurden bisher unter anderem folgende Untersuchungen durchgeführt:

  • Straßentröge als Mittel des Lärmschutzes.
  • Geräuschmindernde Wirkung von Galerien.
  • Lärmschirme mit mehreren Beugungskanten.
  • Wirksamkeit offener Lärmschutzwände.
  • Schallausbreitung an Tunnelmündern und Maßnahmen zu ihrer Verringerung, beispielsweise durch die Auskleidung der Tunnelwände mit absorbierendem Material.

Mit den Untersuchungen in der Halle für akustische Modelltechnik ermittelt die Bundesanstalt für Straßenwesen kostengünstige und zugleich wirkungsvolle Lärmschutz-Alternativen.

Technische Daten

  • Grundfläche: etwa 11 x 12 m
  • Höhe: 4,30 m
  • Schallquellen: Flamme aus ionisierter Luft, Druckluftschallerzeuger oder Bändchenhochtöner
  • Ausstattung: schallabsorbierende Wand- und Deckenverkleidung
  • Klimatisierung: Regelung der relativen Luftfeuchte bis 5 Prozent bei 20° C
Fachbetreuung: Dr. Wolfram Bartolomaeus