Gegenschall als Lärmschutz

Spezialraum für Akustiktests | Bild: NDR

Lärm nervt. Doppelglasfenster und Schalldämpfer sind bewährte Möglichkeiten, um ihn in erträglichen Grenzen zu halten. Ein effektives Mittel gegen Lärm ist, so unglaublich das klingt: Lärm.

Wie Wellen im Ozean

Schematische Darstellung des Prinzips | Bild: NDR

Die ersten, die diese wild klingende Theorie in der Praxis erproben durften, waren Piloten. Wer einen Antischall-Kopfhörer im Flugzeug einschaltet, hat ein Aha-Erlebnis: Das laute Dröhnen der Triebwerke verwandelt sich schlagartig in ein kaum wahrnehmbares Rauschen.

Das zugrunde liegende physikalische Prinzip ist so altbekannt wie simpel: Trifft das Wellental einer Schallwelle auf den Wellenberg einer anderen, löschen sich die beiden gegenseitig aus. Vergleichbar mit dem Effekt von Meereswellen, die von einer Steilküste zurückschwappen und auf entgegenkommende Wellen treffen, was dazu führen kann, dass sich die Wasseroberfläche an der Schnittfläche beruhigt. Dieses Prinzip hat man sich auch an der Luft zu Nutzen gemacht. Schon 1933 erkannte der deutsche Forscher Paul Lueg, dass sich so Lärm mit Gegenlärm bekämpfen lässt. Doch erst vor wenigen Jahren wurden Computerchips so leistungsfähig, dass sie den Gegenschall schnell genug berechnen können, um die beschriebene Wirkung zu erzielen.

Von der Theorie zur Praxis

Ein mit Mikrofon und Lautsprecher ausgestattetes Schallschutzfenster | Bild: NDR

Total still wird es aber nur in der Theorie. In der Praxis bewährt sich die Technik vor allem bei monotonen Geräuschen. Nur dann erzeugt der Computer den Gegenlärm schnell genug. Etwa bei Flugzeug- und Straßenlärm oder allgemein bei Geräuschen im sehr tiefen Frequenzbereich.

Genau da haben herkömmliche Schallschutzfenster bislang Schwächen. Andre Jakob, Akustikingenieur an der TU Berlin, hat daher ein neuartiges Antischall-Fenster entwickelt. Zwischen den Scheiben des Fensters stecken spezielle Mikrofone und Lautsprecher. "Mit den Mikrofonen messen wir den Schall, leiten diese Signale an einen Computer, der den Gegenschall errechnet und strahlen diesen über die Lautsprecher wieder ab", erläutert Jakob.

Am Beispiel eines startenden Hubschraubers demonstriert Jakob den Effekt. Ohne Antischall dringt ein Großteil des Lärms durch das Fenster. Sobald Jakob die Lautsprecher im Fenster einschaltet, sinkt die empfundene Lautstärke um die Hälfte, und das obwohl das Fenster auch ohne Gegenschall über ein hohes Schalldämmmaß verfügt. "Übliche Doppelglasfenster besitzen im Frequenzbereich von circa 100 Hertz eine relativ schlechte Schalldämmung", sagt Jakob, "das ist der Bereich, bei dem gute Erfolge mit Antischall erzielt werden". Trotzdem hat sich bislang kein Fensterhersteller der Technik angenommen.

Der flüsternde Auspuff

Prinzip der neuen Schalldämpfung eines Auspuffs | Bild: NDR

Anders in der Autoindustrie: Hier steht Gegenlärm kurz vor der Serienreife. Ein großer Hersteller von Abgasanlagen setzt die Technik bereits ein – und zwar direkt an der Haupt-Lärmquelle: im Auspuff. Ingenieure forschen intensiv für einen besseren Lärmschutz. Das Problem bei herkömmlicher Schalldämpfung: Immer stärkere Motoren erfordern immer größere Schalldämpfer. Das heißt mehr teurer Edelstahl, höheres Gewicht und damit auch mehr Spritverbrauch. Große Fortschritte sind mit herkömmlicher Dämmung nicht mehr zu erzielen. Daher entschlossen sich die Ingenieure für neue Wege in der Lärmbekämpfung: Statt den Schall - wie bisher - mechanisch zu dämpfen, entwickelten sie einen Gegenschall-Auspuff.

Der alte Schalldämpfer wird durch eine Kugel ersetzt, die an das Abgasrohr angedockt ist. Ein Mikrofon in der Kugel zeichnet die Schallwellen auf, ein Chip analysiert diese und gibt die entsprechende Antischallwelle an den Lautsprecher in der Kugel. Dieser strahlt den Gegenlärm ab und dämpft den Lärm um bis zu 20 Dezibel, was unser Ohr nur noch als ein viertel so laut empfindet.

Die größte Herausforderung für die Ingenieure stellte anfangs die hohe Temperatur im Auspuff dar. Denn ein normaler Lautsprecher würde bei etwa 600 Grad Celsius und hoher Feuchtigkeit sofort kaputt gehen. Doch es stellte sich als lösbar heraus, die Antischall-Technik hält es aus.
Ein weiterer Vorteil des neuen Systems: es ist kleiner, leichter und baut weniger Gegendruck auf, weil das Abgas auf dem kürzesten Weg nach draußen strömt. Das macht sich durch reduzierten Kraftstoffverbrauch und einen geringeren CO2-Ausstoß positiv bemerkbar.

Neben den akustischen und finanziellen Vorteilen bietet der neue Auspuff übrigens auch noch eine kleine technische Spielerei: Da sich einzelne Frequenzen auch gezielt ausschalten lassen, lässt sich der Motorsound des Fahrzeugs manipulieren. So wird aus einem Diesel - zumindest akustisch - ein Benziner. Der Fahrer kann auf Knopfdruck zwischen sehr leisem, betont sportlichem oder elegantem Sound wechseln. Die ersten Serienfahrzeuge mit Antischall-Auspuff sind schon in Planung.

Autor: Güven Purtul (NDR)

Stand: 04.11.2015 14:30 Uhr