Image: Akustik-ForschungSchall vermeiden und Schall erzeugen ist die Divise der aktuellen Akustik-Forschung in der Transportbranche | matejmo
TechnikLärmarm und wohlklingend

Akustik-Forschung

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Hans-Jörg Munke

Hans-Jörg Munke

freier Journalist

Schall dämpfen, Schall vermeiden, Schall erzeugen – aktuelle Akustik-Forschung in der Transport­branche löst Probleme mit cleveren Innovationen.

18. Februar 2020

Im Fokus der Akustiker steht unter anderem die Luftfahrt­branche, denn der Reisekom­fort in modernen Passagier­ma­schinen hängt nicht zuletzt auch von der Lautstärke der Turbinen­ge­räu­sche in der Kabine ab. Bei der Suche nach effizien­teren Antrieben rücken derzeit neben Düsentrieb­werken mit sehr großen Nebenstrom­ver­hält­nissen (Durchmes­sern) auch gegenläu­fige Propeller ins Blickfeld. Bis zu 20 Prozent Treibstof­fer­sparnis gegenüber Düsentrieb­werken wären damit möglich. Das hat allerdings seinen Preis: ein völlig anderes und sehr lautes Geräusch­spek­trum, das vor allem im tieferen Frequenz­be­reich zwischen 100 und 700 Hz viele Einzeltöne aufweist, die als besonders unangenehm empfunden werden.

Effizien­tere Flugzeug­an­triebe produzieren mehr Schall  

Aber auch Flugzeuge mit Einzelpro­peller-Antrieben erzeugen tieffrequenten Schall, der von einzelnen Tönen dominiert wird. „Im niedrigen Frequenz­be­reich ist die Schalldäm­mung von Kabinenwänden nicht besonders hoch“, sagt Wolfgang Gleine, Leiter des neuen Forschungs- und Transfer­zen­trums (FTZ) für Technische Akustik der HAW Hamburg. Er und seine Kollegen haben passive Maßnahmen zur Schallre­duk­tion entwickelt. Dazu gehören sehr leichte, gespannte Membranen mit darauf angebrachten kleinen Masse-Elementen oder leichte, ungespannte Folien mit regelmäßig angeordneten Massen kleiner Abmessungen, die in die Kabinendop­pel­wand eingebaut werden. Bei bestimmten Frequenzen ergeben sich damit hohe Schalldäm­mungs­ei­gen­schaften. Im Labormaß­stab ist unter Idealbedin­gungen eine Erhöhung der Schalldäm­mung um bis zu 30 Dezibel möglich. In der Praxis, unter Berücksich­ti­gung vieler zusätzli­cher Randbedin­gungen und Einbaumög­lich­keiten, können diese Werte nicht erreicht werden, dennoch ergeben sich je nach Anwendung beachtliche akustische Verbesse­rungen.

Maßnahmen zum Schallschutz sollten möglichst breitbandig sein, formuliert Gleine eine wesentliche Anforderung. Kommt man nämlich aus dem gedämmten Frequenz­be­reich heraus, werde es wieder lauter. Für seine Forschungen in Kooperation mit Airbus hat der Hamburger Akustik-Experte ein Rumpfseg­ment als Technologie-Demonstrator für Flugzeug­ka­bi­nen­akustik im Zentrum für Angewandte Luftfahrt­for­schung (ZAL) aufgebaut. Das Ziel, eine komfortable Kabinenlaut­stärke zu erreichen, benötigt allerdings weitere Entwicklungen. Die neuen Schallmin­de­rungs­maß­nahmen sollen passiv, also ohne elektrische Verbindungen zu Systemen funktionieren und müssen für eine Praxistaug­lich­keit vielen Anforderungen wie beispiels­weise sehr geringes Gewicht, geringer zusätzli­cher Platzbedarf, einfache Montage und Feuerfes­tig­keit genügen.

Elektrisches Fahren: Leise innen, kraftvoll außen

Auch der Bereich Automotive hält für Akustik-Spezialisten Herausfor­de­rungen bereit. Beim elektrischen Fahren treten Geräusch­quellen auf, die bislang nicht zu hören waren. „Benzin- oder Dieselmo­toren haben einen gewissen Maskierungs­ef­fekt, der nun entfällt“, erklärt Gleine. So ist bei Hybrid-Autos während des elektrischen Fahrens ohne akustische Maßnahmen gegebenen­falls das Schwappen des Treibstoffs im Tank zu hören. Auch Rollgeräu­sche werden nicht mehr so gut überdeckt. An Türdichtungen und Spalten kann es pfeifen, heulen und zischen. „Um solche Geräusche zu reduzieren, braucht es eine sehr gute Schalliso­la­tion der Kabine“, so der Akustiker. Schalldurch­gänge ließen sich z.B. mit sogenannten akustischen Kameras zuverlässig identifi­zieren und dann präzise mindern.

Doch auch gezielte Geräusch-Emissionen sind beim elektrischen Fahren gefragt. Laut EU-Verordnung müssen seit 2019 Hybridautos, reine Elektrofahr­zeuge und Brennstoff­zel­len­autos für Geschwin­dig­keiten unter 30 Stundenki­lo­me­tern eine Schallquelle an Bord haben. Aus Sicht der Hersteller sollte das Sounddesign neben dem Sicherheits­as­pekt auch dem Markenimage des Autobauers entsprechen – von gediegen über sportlich bis cool, und dem Fahrer zudem das Gefühl vermitteln, dass sich beim Gas geben auch etwas tut. Solche psychoakus­ti­schen Anforderungen gewinnen zunehmend an Bedeutung. Schon lange gilt: wird etwa eine Autotür zugeschlagen, sollte das satt und werthaltig klingen. „Das wird speziell betrachtet und ausgelegt, ebenso wie das Klickgeräusch, das beim Einstecken des Gurtes entsteht“, so Gleine.

Technisch bedingte Umweltlärm­be­las­tungen werden ebenfalls immer besser untersucht, so können Gegenmaß­nahmen zunehmend wirksamer werden. Im Fall von Flugzeugen macht bei Landeanflügen neben Triebwerks­schall der Umströmungs­schall an der Flugzeug­struktur Probleme, der vor allem an ausgefah­renen Fahrwerken, Landeklappen und Vorflügeln entsteht. Dieser Effekt ließe sich etwa durch gezackte Hinterkanten an den Flügeln oder den Einsatz lärmabsor­bie­render Materialien verringern. Gute Ideen liefert den Akustikern dabei häufig die Natur. So können Eulen extrem leise fliegen, denn das daunenar­tige Federkleid ihrer Flügel sorgt für eine ausgezeich­nete Absorption von Schallwellen, die bei der Umströmung der Flügel entstehen.

Akustik-Forschung als begleitende Disziplin

Neben der aktiven Entwicklung neuer Materialien und Technolo­gien gehört die Akustik-Forschung mittlerweile auch begleitend zu jeder baulichen Veränderung – im Automobil- wie im Flugzeugbau. „Es braucht immer einen ganzheit­li­chen Ansatz. Kleine bauliche Änderungen haben für die Akustik oft erhebliche Folgen“, sagt der Hamburger Akustik-Forscher.