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Fachartikel Schallwand & Waveguide
Forschung an Schallschutzwänden „Lärmschutzwände machen Fahrten auf der A2 gefährlich“
Adaptive Warntöne
Zusammenfassung
Durch akustische Warnsignale werden Verkehrsteilnehmer auf Gefahren hingewiesen. Neben der Autohupe ist das bekannteste Signal das Martinshorn der Rettungs- und Polizeifahrzeuge. In Zukunft werden die Elektrofahrzeuge künstlich erzeugte Töne aussenden.
Alle diese Töne erhöhen auch die akustische Umweltbelastung und belasten den Menschen.
Demnächst werden im Straßenverkehr noch die künstlichen Geräusche der Elektrofahrzeuge die Umweltbelastung weiter steigern. Das Geräusch der Fahrzeuge muss so laut sein, dass sie im lauten Stadtverkehr gehört werden. Diese Lautstärke führt aber in ruhigen Wohngebieten zur Lärmbelästigung für Mitmenschen und Fahrer. Beim Hören passt sich die Empfindlichkeit
der Umgebungslautstärke an. Geräusche, die in einer lauten Umgebung kaum gehört werden, werden in leiser Umgebung als Lärm gehört.
Um die Lärmbelastung durch Fahrzeuge zu vermeiden ist der adaptive Warnton erfunden worden. Durch die Messung der Umgebungslautstärke ist der adaptive Warnton angepasst und erhöht nur gering die Gesamtlautstärke und damit nicht die Lärmbelästigung.
Beschreibung
Durch akustische Warnsignale werden Verkehrsteilnehmer auf Gefahren hingewiesen. Neben der Autohupe ist das bekannteste Signal das Martinshorn der Rettungs- und Polizeifahrzeuge. In Zukunft werden die Elektrofahrzeuge künstlich erzeugte Töne aussenden.
Alle diese Töne werden vom Menschen mit den Ohren gehört. Deshalb ist es wichtig, die Funktion des Hörens zu betrachten. Das Hörvermögen ist keine lineare Funktion. Es kann nicht mit den Hilfsmitteln der Physik einfach beschrieben werden. Im Laufe der Evolution hat sich das Hören den Umweltbedingungen angepasst.
Den Zusammenhang von Frequenzgang und Lautstärke beschreibt die Audiometrie. Frequenzen im Tieftonbereich werden erst bei sehr viele höheren Schalldrücken gehört als der Ton Mitteltonbereich.
Eine weitere Funktion des Ohres ist die Adaption an die Umgebungslautstärke. Diese Funktion ist sehr komplex und schlecht in Kurven darzustellen. Deshalb ist diese Funktion auch wenig erforscht worden.
Ein Extremfall ist ein Konzert oder die Diskothek. Hier wird durch die Adaption des Lautstärkeempfindens die Empfindlichkeit der Ohren reduziert um Schmerzen zu vermeiden. Nach dem Besuch ist dies an der Taubheit zu erkennen. Diese Taubheit geht in ruhiger Umgebung nach einiger Zeit zurück.
Ein weiterer Extremfall ist eine sehr ruhige Umgebung. Nachts im Wald ist das geringste Geräusch zu hören. Über große Entfernungen ist noch das Knacken eines Zweiges zu orten. Diese hohe Empfindlichkeit war für das Leben der Menschen in der Urzeit notwendig, um vor wilden Tieren gewarnt zu sein.
Ein Beispiel für die Adaption des Hörens ist das Martinshorn. Auf der Autobahn bei höheren Geschwindigkeiten ist es kaum zu hören. Im Stadtverkehr ist es gut hörbar und nachts im Wohngebiet werden die Menschen um den Schlaf gebracht.
Die Änderung des Hörvermögens zeigt sich im Straßenverkehr ganz gut. In der Stadt ist im Verkehrsfluss kaum ein einzelnes Auto zu hören. Im ruhigen Wohngebiet macht sich ein Auto schon in hundert Metern durch sein Geräusch bemerkbar.
Bei den Warngeräuschen besteht das Problem, dass ihre Lautstärke an die höchste Umgebungslautstärke angepasst werden muss. Diese Lautstärke ist für eine leise Umgebung zu hoch, führt zur akustischen Umweltverschmutzung und belastet die Gesundheit des Menschen.
Eine andere Lärmbelästigung ist das Warnsignal der Elektroautos. Dieses muss eine Lautstärke besitzen, die so laut oder lauter als der Verkehrslärm des Stadtverkehrs ist. Diese Lautstärke erzeugt im leisen Wohngebiet eine Lärmbelästigung für Fahrer und Umwelt.
Der Stand der Technik sind Sprachalarmanlagen für Kaufhäuser, Einkaufszentren, Stadien und Veranstaltungshallen, die ihre Lautstärke der Umgebungslautstärke anpassen.. Bei diesen Anlagen wird die Umgebungslautstärke mit einem Mikrofon gemessen und die Lautstärke für die Durchsagen angepasst..
Gegenüber der Lautstärkeregelung der Sprachalarmanlagen ist der adaptive Warnton für Fahrzeuge ein großer Fortschritt. Die Technik für stationäre Anlagen ist bei Fahrzeugen nicht geeignet.
Bei den Fahrzeugen wird der adaptive Warnton durch die Messung der Umgebungslautstärke erzeugt. Mit einer Regelschaltung wird der adaptive Warnton in der Lautstärke angepasst.
Damit diese Regelung nicht instabil wird, der Warnton unkontrolliert immer lauter wird, sind folgende Eigenschaften der Regelung teilweise oder zusammen notwendig: Die Einstellung der Lautstärke erfolgt nicht linear, sondern in Stufen. Bei der Berechnung der Umgebungslautstärke wird das vom Fahrzeug erzeugte Signal von dem Signal der Umgebungsgeräusche abgezogen. Diese kann je nach Schaltung im Zeit oder Frequenzbereich erfolgen. Durch eine Schaltung kann die Lautstärke des Warntons auch entsprechend der Hörkurve angepasst werden. Ein sehr aufwendiger Warnton ist nicht konstant, sondern verändert sich entsprechend des Fahrzustandes. Es werden Signale beim Beschleunigen, Bremsen und der gleichmäßigen Fahrt erzeugt. Dieses Signal wird mit dem charakteristischen Signal für das Fahrzeug gespiegelt. Hierbei entsteht ein Warnton der den Fahrzustand, Beschleunigung, Bremsen oder konstante Geschwindigkeit, entspricht. Dieser Warnton ist für den Fahrer am angenehmsten. Bei höheren Geschwindigkeiten wird das Fahr- und Motorengeräusch des Fahrzeugs, die Eigenlautstärke, lauter als die Umgebungslautstärke. In diesem Fall wird der Warnton überflüssig und kann langsam in der Lautstärke verringert werden. Zur Ermittelung der Eigenlautstärke können sich ein oder mehrere Mikrofone im Fahrzeug befinden. Da die Eigenlautstärke ungefähr proportional zur Geschwindigkeit des Fahrzeuges ist, kann diese auch aus einem Kennfeld der Lautstärke über die Geschwindigkeit ermittelt werden. Das Kennfeld kann auch Geschwindigkeit und Beschleunigung enthalten. Erreicht die Eigenlautstärke den Wert der Umgebungslautstärke wird der Warnton langsam abgeschaltet.
Der adaptive Warnton für Kraftfahrzeuge ist der Umgebungslautstärke angepasst und erzeugt eine Warnung der Verkehrsteilnehmer mit geringer Lärmbelastung.