Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe V: Verkehrstechnik
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Bestimmung der vertikalen Richtcharakteristik der Schallabstrahlung vom Pkw, Transportern und Lkw
(2009)
Ziel der vorliegenden Untersuchungen war die messtechnische Bestimmung der spektralen horizontalen und vertikalen Richtcharakteristik sowie der Schallleistung von Fahrzeugen verschiedenen Typs während der Vorbeifahrt mit Hilfe eines Mikrofonarray-Messsystems. Diese Informationen sind wesentlich für die Schallausbreitung sowie die Wirksamkeit von Schallschutzmaßnahmen. Neben der gesamten Schallabstrahlung sollte der spektrale Gehalt des emittierten Schalls ermittelt werden. Grundlage des angewendeten Messverfahrens ist die Ausnutzung der steuerbaren Richtwirkungseigenschaft eines Mikrofonarrays. Durch Fokussierung des Mikrofonarrays auf das zu untersuchende Fahrzeug während der Vorbeifahrt können Störquellen ausgeblendet werden. Die ermittelten Schalldruckkartierungen ermöglichen die Berechnung der Richtcharakteristik und eine Abschätzung der Schallleistung des Fahrzeugs. Die Richtcharakteristik des eingesetzten Mikrofonarrays wurde im Hinblick auf die Lokalisation des vorbeifahrenden Fahrzeugs optimiert. Da für die Untersuchungen ausschließlich die Quelllokalisation in horizontaler beziehungsweise vertikaler Richtung notwendig ist, wurde ein Linienarray gewählt. Gegenüber einem zweidimensionalen Mikrofonarray erhöhen sich bei gleicher Mikrofonanzahl die örtliche Auflösung und die Nebenkeulenunterdrückung. Unter Einsatz des optimierten Linienarrays erfolgten Messungen im fließenden Verkehr bei kontrollierter Vorbeifahrt eines Pkw, eines Kleintransporters und eines Lkw mit ausgewählten Geschwindigkeiten. Die horizontale Richtcharakteristik wurde durch Lokalisation des vorbeifahrenden Fahrzeugs zu verschiedenen Zeitpunkten bestimmt. Durch wiederholte Vorbeifahrt bei gleicher Geschwindigkeit mit variierter Höhe des vertikal positionierten Mikrofonarrays konnte die mittlere vertikale Richtcharakteristik ermittelt werden. Für die Abschätzung der Schallleistung wurde das Hüllflächen-Verfahren an die näherungsweise Schallleistungsbestimmung bewegter Quellen mit Mikrofonarray angepasst.
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Im aktuellen Kontext der Verkehrssicherheitsarbeit besteht in Deutschland insbesondere auf Landstraßen der Bedarf an sicherheitsfördernden Konzepten. Als mögliche Maßnahme werden im Ausland bereits vielfach Rüttelstreifen verwendet um die Geschwindigkeit im Annäherungsbereich von Gefahrenstellen zu reduzieren beziehungsweise die Verkehrsteilnehmer zu warnen und somit die Verkehrssicherheit zu erhöhen. Im Rahmen einer Literaturstudie und Befragung von Straßenbauverwaltungen wurde der nationale und internationale Status Quo zum Einsatz von Rüttelstreifen erhoben. Auf Basis dieser Erkenntnisse und theoretischer Grundlagen aus dem Bereich der Akustik, Haptik und Psychologie wurden mögliche Ausführungsvarianten entworfen. Neben psychologischen, physikalischen und verkehrlichen Grundlagen wurden dabei ebenso betriebliche, straßenbautechnische und finanzielle Aspekte berücksichtigt. Die unterschiedlichen Konzepte wurden auf Versuchsfeldern baulich umgesetzt und mit unterschiedlichen messtechnisch ausgerüsteten Fahrzeugen in allen relevanten Geschwindigkeitsbereichen überfahren. Die Messdaten zur Fahrzeuginnenraumakustik und -schwingung wurden im Hinblick auf ihre psychologische Wirkung auf den Fahrer analysiert und so eine optimierte Bauform und ein optimaler Abstand für Rüttelstreifen ermittelt. Zur Untersuchung der verkehrlichen Wirkung wurden vier unfallträchtige Landstraßenabschnitte ausgewählt. Auf diesen wurden die zuvor erarbeiteten Varianten umgesetzt und sowohl Geschwindigkeitsmessungen, als auch Beobachtungen des allgemeinen Fahrerverhaltens durchgeführt. Im Rahmen dieser Untersuchungen konnten keine sicherheitskritischen Fahrmanöver beobachtet werden. Im Vorher-Nachher-Vergleich sank die Geschwindigkeit durch den Einsatz von Rüttelstreifen signifikant um mehrere km/h. Im Rahmen von Befragungen der Fahrer und Anwohner ergab sich eine hohe Akzeptanz hinsichtlich der Maßnahme durch die " meist ortskundigen " Fahrer. Bei den Anwohnern fiel die Akzeptanz insbesondere auf Grund der " teilweise messtechnisch nachweisbaren " erhöhten Lärmemission niedriger aus. Durch die Geschwindigkeitsdämpfung und eine einhergehende Erhöhung der Aufmerksamkeit wird eine Verbesserung der Verkehrssicherheit auf den untersuchten Landstraßen erwartet.
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Im Laufe des Lebenszyklus von Lärmschutzwänden (Lsw) können diverse Schadensbilder auftreten. Diese reichen von Löchern und Schlitzen zwischen abschirmenden Wandelementen durch Unfallschäden oder Montagemängel bis hin zu Witterungs- und Verschmutzungserscheinungen von Absorptionsmaterialien. Die Auswirkung dieser Schäden auf die akustischen Eigenschaften des Schallschirms ist bisher nicht detailliert untersucht. Das Vorhaben soll diese Lücke schließen und stellt einen Katalog bereit, auf dessen Basis konkrete Angaben zum Einfluss spezifischer Schäden insbesondere auf die Reduzierung der Schalldämmung und damit die Abschirmwirkung des Schallschirms gemacht werden können. Auf Basis dieser Angaben lassen sich ggf. gezielte und kosteneffiziente Maßnahmen ergreifen, um den Schallschutz von Immissionsorten dauerhaft zu gewährleisten. Zur Erstellung des Schadenskatalogs wird das bestehende nationale Schallausbreitungsmodell der RLS 90 um eine Beschreibung der Schalltransmission durch die Lsw sowie die geometrische Berücksichtigung von runden und schlitzförmigen Leckagen erweitert. Simulationen zeigen, dass hinter der Leckage in der Lsw ein akustisch kritischer Bereich entsteht. Die Grenze dieses Bereichs kann innerhalb des Schadenskatalogs für eine Vielzahl geometrisch abstrahierter Schäden abgelesen und mit einem Bebauungsplan abgeglichen werden. Katalogparameter sind insbesondere die Wirkfläche (Produkt aus Transmissionsgrad und Fläche runder Leckagen) und die Wirkbreite (Produkt aus Transmissionsgrad und Breite schlitzförmiger Leckagen). Es wird gezeigt, dass der Transmissionsgrad von Leckagen zuverlässig durch Berechnung nach MECHEL sowie durch Messung an Lsw in situ bestimmt werden kann. Letztere dienen zudem der erfolgreichen Validierung der verwendeten Modelle zur Beschreibung des Transmissionsgrads von Leckagen sowie der Schallausbreitung an Lsw mit Berücksichtigung der Transmission.