Strassenverkehr
Das Wichtigste in Kürze...
Der Lärm von Motorfahrzeugen lässt sich in drei Bereiche unterteilen: Antriebsgeräusche, Rollgeräusche und Windgeräusche.
Die charakteristische Frequenz von Strassenverkehrslärm liegt zwischen 500 und 1'000 Hertz.
Schallquellen im Strassenverkehr
Die Antriebsgeräusche eines Fahrzeugs hängen von der Motordrehzahl, dem Fahrverhalten sowie der Art und dem Zustand des Motors ab. Steigungsstrecken bewirken eine Erhöhung des Antriebsgeräusches um 0.8 dB pro Steigungsprozent.
Antriebsgeräusche
Die Rollgeräusche eines Fahrzeugs hängen von der Fahrgeschwindigkeit, der Bereifung, dem Strassenbelag und den Witterungsverhältnissen ab.
Rollgeräusche
Die Windgeräusche eines Fahrzeugs hängen von der Fahrgeschwindigkeit, den Windverhältnissen und der Aerodynamik des Fahrzeuges ab.
Windgeräusche
Ein Lastwagen produziert ca. 10-mal so viel Lärm wie ein Personenwagen. Auf Schweizer Strassen beträgt der Anteil des von Lastwagen produzierten Strassenlärms ca. 70%.
Lastwagen versus Personenwagen
Für die Bestimmung des Strassenlärms werden Angaben über die Verkehrsmengen am Tag und in der Nacht, den Lastwagenanteil, die gefahrene Geschwindigkeit, die Steigung sowie den Strassenbelag benötigt.
Bestimmung des Strassenlärms
Die Lärmdaten werden im Lärmemissions-, im Lärmimmissions- und im Lärmübersichtskataster gespeichert. Dabei liefert der Lärmemissionskataster die Grunddaten, welche für die zwei anderen Kataster als Berechnungsgrundlage dienen.
Lärmbelastungskataster
Das Modell Strassenverkehr berechnen den Emissionswert auf der Strassen- bzw. Autbahnachse und den Immissionswert am Empfangspunkt, z.B. einem Fenster.
Lärmberechnungsmodell Strassenverkehr
Das grösste Lärmproblem in der Schweiz sind Personenwagen, Lastwagen und Motorräder. Die ständige Zunahme der gefahrenen Kilometer wiegt die leiser gewordenen Fahrzeuge bei weitem auf. Rund ein Viertel der Bevölkerung fühlt sich von Strassenlärm belästigt
Die verschiedenen Schallquellen im Strassenverkehr
Der Lärmpegel, welcher durch Motorfahrzeuge verursacht wird, hängt von verschiedenen Faktoren ab. Er lässt sich in drei Bereiche unterteilen: Antriebsgeräusche, Rollgeräusche und Windgeräusche.
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Die charakteristische Frequenz von Strassenverkehrslärm liegt zwischen 500 und 1'000 Herz. Ein Fahrzeug stellt bezüglich seiner Geräuschentwicklung ein sehr komplexes System dar. Nebst den mess- und beschreibbaren Einflussfaktoren kommt dem Verhalten des Fahrzeuglenkers eine sehr grosse Bedeutung zu. Der Fahrer kann die Geräuschentwicklung im Bereich von 5 bis 10 dB(A) durch sein Fahrverhalten beeinflussen. Die Beschreibung von Verkehrslärm kann deshalb nur statistisch, als Mittelwert von sehr vielen Einzelfahrzeugen, erfolgen.
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Abhängigkeiten verschiedener Faktoren, welche bei der Entstehung von Motorfahrzeuglärm relevant sind. Die dem einzelnen Faktor hinterlegte Farbe zeigt an, welcher Bereich (Antriebs-, Roll- oder Windgeräusch) durch diesen Faktor am meisten beeinflusst wird. |
Antriebsgeräusche
Das Antriebsgeräusch entsteht beim beschleunigen. Es hängt vom Motor, der Drehzahl, dem Fahrverhalten und der Steigung der Strasse ab.
Der Motor - Lärm oder Musik
Antriebsgeräusche werden hauptsächlich vom Motor einschliesslich seiner Nebenaggregate wie z.B. die Auspuffanlage verursacht. Sie sind in erster Linie eine Folge der Zündung des Luft-Benzingemisches im Zylinderraum, die zu Schwingungen in Form von Luft- und Körperschall führen. Dabei spielt der Motorentyp und dessen Betriebszustand eine wichtige Rolle. Der Dieselmotor mit seinem bedeutend höheren Zylinderdrücken ist lauter als ein Benzinmotor gleicher Leistung.
Fahrverhalten - Je höher die Drehzahl ...
Bei gegebenem Motor sind die Antriebsgeräusche in erster Linie von der Drehzahl und etwas weniger von der Motorbelastung abhängig. Das Fahrverhalten hat deshalb einen wesentlichen Einfluss auf das Antriebsgeräusch. Dagegen beeinflusst die Fahrzeuggeschwindigkeit das Antriebsgeräusch nur indirekt.
Bergauf wirds lauter
Die Steigung einer Strasse hat Auswirkungen auf die Drehzahl und die Motorbelastung. Während Gefällstrecken praktisch keine Veränderungen des Geräuschpegels mit sich bringen, bewirken Steigungen typischerweise eine Erhöhung des Antriebsgeräusches um 0.8 dB(A) pro Steigungsprozent; dies gilt sowohl für PWs, als auch für LWs. Auf einer Strecke mit 7 % Steigung beträgt der Lärmpegel somit fast das Vierfache desjenigen auf einer ebenen Strecke.
Das Antriebsgeräusch ist nur bei Anfahr- und Beschleunigungsvorgängen pegelbestimmend.
Zusammenhang Lärmpegel - Drehzahl
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| Quelle: EMPA, F+E-Projekt "Neues EMPA-Modell für Strassenlärm", Januar 1997 |
Vergleich der maximalen Lärmpegel (Lmax) in Abhängigkeit der Motordrehzahl zwischen dem Leerlauf und einer Volllast-Vorbeifahrt (im ersten Gang) eines Personenwagens. |
Die obige Figur zeigt, dass sich die Motorbelastung in einer Änderung der Geraden für den Pegel-Drehzahl-Zusammenhang manifestiert. Das heisst: wer seinen Motor auf dem Parkfeld mit 5000 U/Min aufheulen lässt, ist gleich laut wie einer, der mit Volllast und etwa halb so viel Motordrehzahlen an ihm vorbeifährt.
Im Alltag wird die Motorbelastung im Bereich zwischen der grünen und der roten Kurve liegen. Wer niedertourig fährt und jeweils bei rund 2500 Umdrehungen/Minute schaltet, wird nie mehr als 80 Dezibel Lärm produzieren.
Rollgeräusche
Rollgeräusche entstehen beim Abrollen der Reifen auf der Fahrbahn. Das Abrollgeräusch hängt vom Fahrzeug, der Fahrbahn, der Witterung und der Geschwindigkeit ab.
Reifen pumpen Lärm
Die wichtigsten fahrzeugbezogenen Parameter sind das Reifenmaterial, das Reifenprofil, die Reifenbreite, die Anzahl Reifen und das Fahrzeuggewicht. Die Emission entsteht durch verschiedene Mechanismen. Einerseits schwingen die Profilblöcke in der Auslaufzone, andererseits gerät die Luft in den Profilkammern direkt in Schwingung. Beim Kontakt des abrollenden Reifens mit dem Boden wird die in den Profilkammern eingeschlossene Luft zusammengepresst. Beim Öffnen der Kontaktfläche wird die Luft zum Druckausgleich wieder herausgepresst und erzeugt dabei Schall. Reifen mit Taschen-Profil sind daher sehr laut. Eine gute Durchlüftung aller Profilhöhlungen vermindert deutlich diesen so genannten Luft-Pumpen-Mechanismus.
Diese an sich kleinen Effekte bekommen dadurch grösseres Gewicht, da in der keilförmigen Auslaufzone (Horn) zwischen Reifen und Strasse sehr günstige Abstrahlbedingungen herrschen. Dies ist vor allem bei undurchlässigem Strassenbelag und breiten Reifen der Fall. Ein Reifen mit runden Kanten vermindert die Hornverstärkung um rund 5 dB(A). Zudem kommen durch die Deformation beim Abrollen auch die Seitenwände des Reifens zum Schwingen und strahlen Schall ab.
Die Fahrbahn lärmt!
Die folgende Grafik zeigt die Lärmabstrahlung von einem herkömmlichen und einem lärmarmen Asphalt.
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Durch seinen hohen Anteil an Hohlräumen kann der lärmarme Asphalt den Schall der Rollgeräusche absorbieren. Ergebnis: Reduktion des Rollgeräusches um über 5 dB(A). |
Die wichtigsten Eigenschaften des Fahrbahnbelags sind dessen Porosität Rauhigkeit und Hohlraumgehalt. Am lautesten ist Kopfsteinpflaster. Offenporiger Asphalt und Beton dagegen reduzieren den Lärm. Sie sind hohlraumreich und mindern bei hohen Geschwindigkeiten das Rollgeräusch gegenüber üblichen Strassenbelägen um bis zu 5 dB(A). Ausserdem vermeiden sie Sprühfahnen und Lichtreflexionen bei Regen, da das Wasser durch die Hohlräume nach unten abgeleitet wird. Deshalb wird der lärmarme Asphalt auch Drainasphalt genannt (drain: Englisch für Ablass / Ablauf / Abfluss).
Herkömmlicher Belag |
Offenporiger Belag |
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Die Abflusswirkung offenporiger Beläge vermeidet |
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Wasser auf der Fahrbahn produziert Lärm
Es ist allgemein bekannt, dass nasse Strassen eine Erhöhung der Verkehrsgeräusche mit sich bringen: bis zu 15 dB(A)!
Das vorhandene Wasser führt zu einer sehr starken Erhöhung des Rollgeräusches im Frequenzbereich oberhalb 1000 Hz. Der Aufprall des Reifens auf die nasse Fahrbahn am Einlauf spielt für die Geräuschentwicklung eine grosse Rolle. Dabei prallt das Reifenprofil am Einlauf auf das sich in Ruhe befindliche Wasser auf der Strasse und schleudert Wasserpartikel fort. Die hohe Beschleunigung der Wasserpartikel bewirkt vor ihm eine Luftverdichtung, das heisst es bildet sich ein Überdruck, da die Luft nicht schnell genug ausweichen kann. Hinter dem Wasserpartikel entsteht ein Unterdruck. Ist nun die Stosszeit so klein, dass eine Auslöschung des Überdrucks mit dem Unterdruck nicht möglich ist, breitet sich ein Wechselimpuls aus und verursacht den Beschleunigungslärm. Zu diesem Beschleunigungslärm kommt der Lärm dazu, welcher beim Aufprall der Wasserpartikel gegen den Fahrzeugkörper oder auf die nasse Fahrbahn produziert wird.
Lärm durch Geschwindigkeit
Das Rollgeräusch nimmt im allgemeinen mit der 3. bis 4. Potenz zur Geschwindigkeit zu. Somit ist die gefahrene Geschwindigkeit für die Höhe des Rollgeräusches ein essentieller Faktor. Ab ca. 40 km/h wird das Rollgeräusch bei PWs zum pegelbestimmenden Geräusch und übertönt das Antriebsgeräusch.
Windgeräusche
Windgeräusche bezeichnen Strömungsgeräusche (Karosserie) und allfällige Klappergeräusche (Aufbauten). Diese Geräusche sind vor allem von der Geschwindigkeit, den Windverhältnissen und der Aerodynamik des Fahrzeuges abhängig.
Windgeräusche sind relevant bei hohen Geschwindigkeiten
Umströmungsgeräusche werden bei der Vorbeifahrt eines PWs ab 130 bis 140 km/h und bei Kleintransportern ab 80 bis 100 km/h zur dominierenden Geräuschquelle. Sie entstehen hauptsächlich an der Fahrzeugkarosserie infolge von Strömungsablösungen. Die Schallleistung steigt bei Strömungsgeräuschen mit ca. der 6. Potenz der Geschwindigkeit.
Gegenwind - Ein Lärmfaktor!
Die beim Autofahren herrschenden Windverhältnisse tragen direkt zur Windgeräuschbildung bei. Treten Gegenwinde auf, wird automatisch eine höhere Geschwindigkeit simuliert und somit auch ein höheres Windgeräusch. Bei Rückenwinde tritt das Gegenteil auf.
Aerodynamik spart Benzin und reduziert den Lärm
Windgeräusche bzw. Strömungsablösungen an der Fahrzeugkarosserie können durch eine gute Aerodynamik des Fahrzeugs verringert werden. Die Aerodynamik versucht Windturbulenzen aufgrund unnötiger Kanten oder Reibungsflächen zu minimieren.
Lastwagen versus Personenwagen
Bei einer Aufteilung der Fahrzeuge in die Kategorien Personenwagen und Lastwagen lassen sich deutliche Unterschiede im durchschnittlichen Lärmpegel messen.
Geräusche in Funktion der Geschwindigkeit
Der wichtigste äussere Einflussparameter auf die akustisch abgestrahlte Leistung eines Motorfahrzeuges ist die Geschwindigkeit. Bei einer Unterteilung der Lärmquellen in Antriebs- und Rollgeräusche zeigt sich, dass für tiefe Geschwindigkeiten das Antriebsgeräusch und für hohe das Rollgeräusch dominiert. Diese kritische Geschwindigkeit liegt beim Lastwagen mit ca. 60 km/h höher als beim Personenwagen mit ca. 40 km/h.
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| Quelle: Dr. K. Heutschi, EMPA/Akustik ISI (ETH),2004 |
Lastwagen vs. Personenwagen: maximale A-bewertete Vorbeifahrtpegel in Funktion der Geschwindigkeit für konstante Fahrweise in der Ebene mit der Unterteilung in Antriebs- und Rollgeräusche. |
Strassenlärmanteile von Lastwagen und Personenwagen
Der von den Lastwagen am Tag produzierte Lärmanteil am gesamten Strassenlärm beträgt ca. 70 Prozent. Wie die Entwicklung zeigt, ist die Tendenz steigend.
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Entwicklung der Strassenlärmanteile |
Lastwagen machen 10 mal mehr Lärm
Ein Lastwagen ist etwa gleich laut wie 10 bis 15 Personenwagen und demzufolge etwa 10 bis 12 dB lauter als ein einzelner Personenwagen. |
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Lärmvergleich: PW - LW |
Ursache ist u.a. ein oft knapp dimensionierter und schlecht schallisolierter Motor, der bei voller Ladung an der Leistungsgrenze (hohe Drehzahl) gefahren werden muss. Ausserdem weist ein Lastwagen neben Motor und Getriebe oft auch viele zusätzliche Lärmquellen wie Hilfsaggregate, Kühlsysteme und hochgezogene Auspuffanlagen auf. Dies führt zu einer vertikalen Verteilung der Lärmquellen.
Das Rollgeräusch ist u.a. von der Anzahl Räder abhängig. Da mit der Erhöhung des zulässigen Gesamtgewichtes eines LWs die Achsenzahl zunimmt, muss auch mit höheren Rollgeräuschen gerechnet werden. Messungen haben jedoch ergeben, dass der Lärmanstieg bei einer Gewichtsverdopplung nur rund 1.2 dB beträgt.
Bestimmung des Strassenlärms
Strassenlärm kann gemessen werden. Allerdings werden heute zur Bestimmung von Strassenlärm kaum noch Lärmmessungen durchgeführt. Lärmberechnungen über mathematische Modelle haben diese abgelöst, da sie genauer, transparenter und auch wirtschaftlicher sind.
Lärm lässt sich rechnen
Zu Beginn jeder Lärmberechnung steht die fundierte Kenntnis der Lärmquelle. Dazu wird ein Verkehrspark festgelegt, welcher die Zusammensetzung der verschiedenen Verkehrsteilnehmer angibt. Zusätzlich müssen für jeden Strassenabschnitt die Verkehrsmenge, die durchschnittlich gefahrene Geschwindigkeit sowie die Steigung und der Strassenbelag bekannt sein. All diese Parameter fliessen in Formeln des mathematischen Modells ein. So kann für jeden Strassenabschnitt der durchschnittliche tägliche Verkehr (DTV) und die stündlich gemittelte Verkehrsmenge berechnet werden. Dabei werden Tag- (6 bis 22 Uhr) und Nachtzeitraum (22 bis 6 Uhr) getrennt voneinander betrachtet und berechnet.
Vom Auto zählen zum Lärmkataster
Permanente und periodische Zählstellen liefern Verkehrsdaten, welche für die Berechnungen des Strassenlärms benötigt werden. Automatische Zählstellen messen Anzahl, Geschwindigkeit und Länge der Fahrzeuge. Aufgrund der Fahrzeuglänge wird der Verkehr in Personenwagen, Lastwagen und Lastenzüge unterteilt.
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Ermittlung von Verkehrsdaten über Zählstellen |
Die Zählung wird in der Regel mit zwei hintereinander liegenden Drahtschlaufen gemacht. Diese werden in den Strassenbelag eingelassen. Autos, welche über das Metall fahren, bewirken eine Änderung des Magnetfeldes. Die so erhobenen Daten werden über eine Modemverbindung von den Zählstellen abgerufen und in eine Datenbank eingelesen.
Lärmbelastungskataster
In der Schweiz existieren der Lärmemissions- und der Lärmimmissionskataster. Zusätzlich gibt es im Kanton Zürich den Lärmbelastungskataster. Alle diese Datensammlungen geben Auskunft über die Lärmpegel einer Lärmquelle an verschiedenen Orten.
Lärmsituation an der Quelle
Der Emissionskataster enthält strassenbezogene Daten. Das Strassennetz wurde in verschiedene Strassenabschnitte aufgeteilt und für jeden die Emissionswerte (Lärm an der Quelle) berechnet. Jeder dieser Strassenabschnitte mit seinen lärmspezifischen Daten kann im Strassenlärminformationssystem abgerufen werden.
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Beispiel aus dem Lärmemissionskataster |
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Lärmsituation am Gebäude
Der Immissionskataster stützt sich auf den Emissionskataster. Er enthält gebäudebezogenen Daten sowie die zur Berechnung der Pegelabnahme von der Quelle zum Gebäude notwendigen Dämpfungsangaben (Distanz-, Aspektwinkel- und Hindernisdämpfung). Aus dem Emissions- und dem Immissionskataster lassen sich die gebäudespezifischen Lärmbelastungen berechnen.
Lärmübersichtskataster
Der Lärmübersichtskataster (LUK) erlaubt ein gesamtheitliches Abbild der Lärmbelastung. Er ist ein Instrument, um die Gesamtbelastung durch den Strassenverkehrslärm (Linienlärm) und den allgemeinen Grund- und Quartierlärm (Flächenlärm) in den Zürcher Gemeinden darzustellen.
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LUK-Grafik: Lärmbelastung in der Gemeinde Regensdorf |
Die LUK-Grafik zeigt, dass die häufigste Grundlärmbelastung in Regensdorf 51 dB(A) beträgt. Dies trifft auf fast 6% aller Gebäude mit lärmempfindlicher Nutzung zu. Die häufigste Lärmbelastung, die von stark befahrenen Strassen herrührt (Linienlärm) beträgt ca. 63.5 dB(A). Für fast 4% aller Gebäude gilt dieser Lärmpegel.
Auf der Website der Fachstelle Lärmschutz des Kantons Zürich können die LUK-Grafiken für jede Gemeinde im Kanton Zürich mit Ausnahme der Städte Zürich und Winterthur abgerufen werden.
Lärmberechnungsmodell Strassenverkehr
Das Lärmberechnungsmodell kann für einfache Situationen an vielbefahrenen Strasse verwendet werden. Hindernisdämpfung wird nicht miteinberechnet.
Achtung: Die erhaltenen Resultate sind für Gutachten nicht zulässig!