CPX-Messungen von Fahrbahnmarkierungen

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1 Müller-BBM GmbH Niederlassung Stuttgart Täleswiesenstr Reutlingen Telefon +49 (7121) Telefax +49 (7121) Dipl.-Ing. Stefan Alber Telefon +49 (7121) M82 0/1 alb/ntz CPX-Messungen von Fahrbahnmarkierungen Geräuschemissionen verschiedener Markierungstypen Bericht Nr. M 82 0/1_5d P:\ALB\82\820\M820_01_BER_5D.DOC : Auftraggeber: Bearbeitet von: Berichtsumfang: 3M Deutschland GmbH Carl-Schurz-Straße Neuss Dipl.-Ing. Stefan Alber Dipl.-Ing. Markus Döhmen Insgesamt 28 Seiten, davon 17 Seiten Textteil und 11 Seiten Anhang. Zertifiziertes Qualitätsmanagementsystem nach ISO 01 Müller-BBM GmbH Akkreditiertes Prüflaboratorium nach ISO/IEC Niederlassung Stuttgart, HRB München Geschäftsführer: Horst Christian Gass Bernd Grözinger, Dr. Carl-Christian Hantschk Dr. Edwin Schorer, Norbert Suritsch

2 Inhaltsverzeichnis 1 Situation und Aufgabenstellung 3 2 Beschreibung der Prüfobjekte Kombinationen Fahrbahndeckschicht/Markierungssysteme Lage der Messabschnitte 4 3 Geräuschpegelmessung im Nahfeld mit der CPX-Methode Grundsätzliches Prüfverfahren Messanhänger Messreifen Auswertemethode 8 4 Durchführung der Messungen Verwendete Prüfmittel Zeitpunkt der Messungen Witterung Besonderheiten bei der Messung von Fahrbahnmarkierungen 10 5 Messergebnisse und Analyse Schalldruckpegel L Ermittlung der CPX-Indizes Frequenzzusammensetzung (Spektren) Bewertung und Analyse der Messergebnisse Weitere Vorgehensweise 15 6 Zusammenfassung 15 7 Literatur 17 Anhang: Messergebnisse CPX-Messungen 5\M820_01_BER_5D.DOC: M82 0/1 alb/ntz Seite 2

3 1 Situation und Aufgabenstellung Fahrbahnmarkierungen haben unterschiedlichen Anforderungen zu genügen. Zunächst sollen sie Kraftfahrer leiten und den Straßenverlauf sowie die Einteilung der Fahrstreifen verdeutlichen. Hierzu ist eine gute Sichtbarkeit bei allen Fahrbahnzuständen zu gewährleisten. Moderne Markierungssysteme können die Sichtbarkeit auch bei Dunkelheit und Nässe durch integrierte reflektierende Elemente sicherstellen. Fahrbahnmarkierungen müssen darüber hinaus auch Anforderungen an die Dauerhaftigkeit (Haftung, Sichtbarkeit, Abrieb) und die Sicherheit (Griffigkeit) erfüllen. Um dem Fahrer ein Abkommen von der Fahrbahn bzw. vom Fahrstreifen zu verdeutlichen, werden seit geraumer Zeit auch akustisch wirksame Markierungssysteme auf Agglomeratbasis eingesetzt. Lautstärke und Charakteristik des Reifen-Fahrbahn-Geräuschs werden dadurch verändert und erregen die Aufmerksamkeit des Fahrers. Dem Sicherheitsgewinn durch akustisch wirksame Markierungssysteme steht jedoch eine erhöhte Lärmemission im Reifen-Fahrbahn-Kontakt als gravierender Nachteil gegenüber. Vor allem an Streckenabschnitten, an die erhöhte Lärmschutzanforderungen zu stellen sind, sind solche Markierungssysteme daher als kritisch zu bewerten. Zudem werden die Fahrbahnmarkierungen in Betrachtungen bzw. Berechnungen von maßgeblichen Schallimmissionspegeln als Emittent meist vernachlässigt (auch aus Gründen der weitgehenden Unkenntnis von typischen Schallemissionspegeln von akustisch wirksamen Fahrbahnmarkierungen). Die Höhe der zusätzlich zum entstehenden Reifen-Fahrbahn-Geräusch durch die Fahrbahnmarkierungen emittierten Geräuschpegel soll daher durch Messungen im Nahfeld des Reifens bei der Abrollung auf verschiedenen Fahrbahnmarkierungssystemen untersucht werden. Um eine bessere Vergleichbarkeit zu erzielen, werden jeweils die Geräusche auf der Markierung und dem eigentlichen Fahrbahnbelag gegenübergestellt. Damit kann auch eine Aussage über zusätzlich durch die Markierung entstehende Geräuschbelastungen auf unterschiedlichen Kombinationen aus Fahrbahndeckschicht und Markierung getroffen werden. Zusätzlich wird das Zusammenwirken von unterschiedlichen Deckschichten und Markierungssystemen untersucht. 5\M820_01_BER_5D.DOC: M82 0/1 alb/ntz Seite 3

4 2 Beschreibung der Prüfobjekte 2.1 Kombinationen Fahrbahndeckschicht/Markierungssysteme Folgende Kombinationen von Fahrbahnbelägen und Markierungssystemen wurden untersucht: Position 8 Offenporiger Asphalt (OPA) + Agglomeratmarkierung stochastisch Position 1 und 1 a Offenporiger Asphalt (OPA) + Folie profiliert (3M Stamark A3SD ) Position 2 und 2 a Splittmastixasphalt (SMA) + Agglomeratmarkierung Visidotsystem Position 5 Splittmastixasphalt (SMA) + Agglomeratmarkierung stochastisch Position 6 Splittmastixasphalt (SMA) + Folie profiliert (3M Stamark A3SD ) Position 7 Splittmastixasphalt (SMA) + Kaltspritzplastikmarkierung. Position 3 Beton + Agglomeratmarkierung stochastisch Position 4 Beton + Folie profiliert (3M Stamark A3SD ) 5\M820_01_BER_5D.DOC: Lage der Messabschnitte Die genannten Positionen liegen auf den nachfolgenden Autobahnabschnitten. Es konnten teilweise die direkt angrenzenden Abschnitte zusätzlich gemessen und somit längere Auswerteabschnitte gewonnen werden, wodurch eine höhere Qualität der Messergebnisse erreichbar ist. Position 1: BAB A3 Richtung Frankfurt, km 136,0-136,5 Messabschnitt: km 136,0-137,0. Position 1a: BAB A3 Richtung Oberhausen, km 137,2 136,5; Messabschnitt: km 137,2 136,5. Position 2: BAB A46 Richtung Krefeld/Köln, km 74,5 73,0; Messabschnitt: km 74,5 73,0. Position 2a: BAB A46 Richtung Wuppertal, km 75,5 76,0; Messabschnitt: km 75,5 76,0. M82 0/1 alb/ntz Seite 4

5 Position 3: BAB A61 Richtung Koblenz, km 45,0 45,5; Messabschnitt: km 44,5 48,0. Position 4: BAB A61 Richtung Venlo, km 48,0 47,5; Messabschnitt: km 48,5 46,0. Position 5: BAB A46 Richtung Neuss, km 57,0 57,5; Messabschnitt: km 55,0 57,5. Position 6: BAB A46 Richtung Neuss, km 59,0 59,5; Messabschnitt: km 59,0 60,0. Position 7: BAB A57 Richtung Krefeld, km 76,0 74,0; Messabschnitt: km 76,0 74,0. Position 8: BAB A8 Richtung Karlsruhe, km 215,0 221,0; Messabschnitt: km 215,0 221,0 3 Geräuschpegelmessung im Nahfeld mit der CPX-Methode 3.1 Grundsätzliches Schall entsteht durch zeitlich und örtlich veränderliche Druckunterschiede in einem Medium wie beispielsweise im vorliegenden Fall, der Luft. Diese relativ zum atmosphärischen Luftdruck auftretenden Druckunterschiede bewegen sich in der Luft weiter, man spricht von Schallwellen. Die menschliche Wahrnehmung ist proportional zum Logarithmus des Reizes [1]. Deshalb gibt man den Schalldruck nicht direkt als physikalische Größe an, sondern bezieht den Druckunterschied auf einen Bezugsdruck und bildet davon den Logarithmus. Man spricht bei der so gebildeten Größe von Schalldruckpegel mit Dezibel (Abk.: db) als Einheit. Als Bezugsdruck wird üblicherweise die untere Hörgrenze bei 1 khz angesetzt, die nach DIN auf p 0 = Pa festgelegt ist. Die Schallwechseldrücke p werden zum Bezugsdruck ins Verhältnis gesetzt, quadriert und logarithmiert. Der Schalldruckpegel ist demnach definiert zu 5\M820_01_BER_5D.DOC: p p L = 10 lg = 20 lg [db]. p p Pegel werden meist zusätzlich mit einer Frequenzbewertung versehen, die sog. A- Bewertung, die die Besonderheiten des menschliches Gehörs hinsichtlich der Wahrnehmbarkeit verschiedener Frequenzen berücksichtigt. Wird ein Pegel A-bewertet angegeben, wird dies durch einen Vermerk in der Einheit db(a) kenntlich gemacht. M82 0/1 alb/ntz Seite 5

6 Basierend auf dieser Definition des Schalldruckpegels sind folgende anschauliche Besonderheiten bei der Interpretation von Pegeln zu beachten: 0 db entspricht der Hörgrenze bei 1 khz, 140 db der Schmerzgrenze. Eine Verdopplung des Schalldrucks, die z.b. mit der Verdopplung der Anzahl der Schallquellen zusammenhängt, führt zu einer Erhöhung des Schalldruckpegels um 3 db (= 10 lg 2 db). Das bedeutet anschaulich, dass zwei Schallquellen mit 60 db gemeinsam einen Pegel von 63 db erzeugen (und nicht etwa 120 db). In Verkehrslärmbetrachtungen kann eine Pegelerhöhung um 3 db auch mit einer Verdopplung der Verkehrsmenge anschaulich gemacht werden. 10 db Pegelerhöhung werden vom menschlichen Gehör bereits als Verdopplung der Lautstärke wahrgenommen, bzw. 10 db Pegelminderung als Halbierung der Lautstärke. Als Wahrnehmungsschwelle der unterschiedlichen Lautstärke von verschiedenen Geräuschen durch den Menschen wird häufig 1 db Pegelunterschied angegeben. 3.2 Prüfverfahren Mit der Nahfeldmessmethode (Close Proximity Method CPX) nach ISO/CD [2] können die Reifen-Fahrbahn-Geräusche unbeeinflusst von speziellen Gegebenheiten der Messumgebung und unabhängig von Antriebs- und Strömungsgeräuschen an der Karosserie gemessen werden. Da die Messungen kontinuierlich für ganze Straßenabschnitte erfolgen, ist diese Messmethode besonders zur Kennzeichnung der Homogenität der akustischen Eigenschaften von Fahrbahnoberflächen geeignet. 5\M820_01_BER_5D.DOC: Messanhänger Für die Messung muss ein der Norm entsprechender, speziell konstruierter Messanhänger zur Verfügung stehen, der hinter einem Zugfahrzeug nachgezogen wird. Der Messanhänger rollt auf zwei Reifen, die gleichzeitig zur Erzeugung der Reifen-Fahrbahn-Geräusche dienen. In kurzem Abstand zur Reifenaufstandsfläche sind jeweils vor und hinter dem Reifen Messmikrofone montiert, die der Schallaufzeichnung dienen. Die Räder laufen in akustisch getrennten Radkästen, so dass die beiden Rollspuren getrennt vermessen werden können. Da die Messungen im fließenden Verkehr durchgeführt werden, muss der Messanhänger besondere Anforderungen an die Schalldämmung im Inneren des Messanhängers gegenüber den Außengeräuschen, die durch im Gegenverkehr vorbeifahrende, durch folgende, vorausfahrende oder überholende Fahrzeuge hervorgerufen werden, erfüllen. Besondere Anforderungen werden auch an die Auskleidung der Innenflächen des Messanhängers gestellt, die dafür sorgt, dass in den Messkammern im wesentlichen Frequenzbereich quasi Freifeldbedingungen herrschen, die von den Mikrofonen registrierten Reifen-Fahrbahn-Geräusche also nicht durch Schallreflexionen an den Innenflächen gestört werden. Der Müller-BBM Messanhänger erfüllt die Anforderungen nach Norm [2]. Sein Aufbau ist in den Abbildungen 1 bis 3 dargestellt. M82 0/1 alb/ntz Seite 6

7 Abbildung 1. Schema der Messanordnung zur Durchführung von Messungen mit der Nahfeldmessmethode. Abbildung 2. Müller-BBM/M+P Messanhänger 5\M820_01_BER_5D.DOC: Abbildung 3. Reifen A mit Messmikrofon M82 0/1 alb/ntz Seite 7

8 3.4 Messreifen Für reproduzierbare Messungen mit Hilfe der Nahfeldmessmethode stehen zwei verschiedene (Mess-)Reifensätze zur Verfügung. Bei den normgemäßen Reifen handelt es sich um die Typen A und D nach [2]. Die Reifen unterscheiden sich in der Profilierung sowie in der Breite, wobei Reifen A einen typischen Pkw-Reifen repräsentieren soll, während Reifen D von der Profilierung her einem typischen Lkw-Reifen nachempfunden ist. Reifen Typ A wurde in diesem Fall in den Messumfang nicht einbezogen. Die Messungen wurden auftragsgemäß lediglich mit dem Reifentyp D durchgeführt. Die Anhängermessungen wurden auf den beschriebenen Straßenabschnitten kontinuierlich mit einer Nominalgeschwindigkeit von km/h durchgeführt. Der Reifenluftdruck wurde vor jeder Messreihe überprüft und nach Anforderungen der Norm [2] auf 2,0 bar eingestellt. Abbildung 4. Bild der beiden verschiedenen Messreifenmodelle gemäß ISO/CD 3 rd [2]. 5\M820_01_BER_5D.DOC: Auswertemethode Pro Abschnitt von jeweils 20 m Länge wird der über diesen Abschnitt gemittelte Schalldruckpegel L p an jeder Mikrofonposition bestimmt. Die beiden Mikrofonpositionen auf der rechten Seite (im Abstand gemäß Norm im vorderen und hinteren Bereich des Reifens) werden gemittelt und auf diese Weise der mittlere Schalldruckpegel, der durch Befahren der Markierung entsteht, ermittelt. In gleicher Weise wird mit den beiden Mikrofonpositionen auf der linken Seite verfahren. Es ergibt sich der mittlere Schalldruckpegel, der durch Befahren der Fahrbahndeckschicht (ohne Markierung) entsteht (s. auch Kap. 4.4). M82 0/1 alb/ntz Seite 8

9 Die Messungen werden bei Geschwindigkeiten möglichst nahe einer der beiden Referenzgeschwindigkeiten v ref = 50 oder km/h durchgeführt, in diesem Fall km/h. Die Messergebnisse werden gemäß folgender Gleichung bezüglich den tatsächlich gefahrenen Geschwindigkeiten anhand der Größe c v auf die Referenzgeschwindigkeiten korrigiert: c v = - b lg mit: c v : v v ref Geschwindigkeitskorrektur in db(a) b: Geschwindigkeitskoeffizient in db(a) v: tatsächlich gefahrene Geschwindigkeit in km/h v ref : die Referenzgeschwindigkeit in km/h hier: v ref = km/h. Gemäß ISO Norm [2] beträgt der Wert für den Geschwindigkeitskoeffizienten b = 35. Es wird der mittlere A-bewertete Schalldruckpegel L D (für den Reifen D) mit Angabe der Standardabweichung über den gesamten Straßenabschnitt und für jeden Fahrstreifen bestimmt. Der Schalldruckpegel L A (für den Reifen A) kann nicht ermittelt werden, da mit diesem Reifen keine Messungen durchgeführt wurden. Hinweis: Der Index A bzw. D in der Bezeichnung des Schalldruckpegels L steht hier für den jeweiligen Reifen, auf den sich die Pegelangabe bezieht. Der Index darf daher nicht mit der Frequenzbewertung verwechselt werden. Alle Schallpegel werden A-bewertet angegeben. Auf die Ergebnisse der Nahfeldmessungen wird eine Temperaturkorrektur C temp gemäß folgender Gleichung angewendet: C temp = 0,05 (T 20 C) mit: C temp : Temperaturkorrektur in db(a) T: Lufttemperatur in C während der Messungen. 5\M820_01_BER_5D.DOC: Anschließend können daraus die Kennwerte für Pkw (Passenger cars) und Lkw (Heavy vehicles) CPX P bzw. CPX H und einen Fahrzeugmix auf der Straße als Close- Proximity Sound Index CPXI berechnet werden. CPX H (CPX P (CPXI M82 0/1 alb/ntz = L D = L A ), hier nicht ermittelt = 0,50 L A + 0,50 L D ), hier nicht ermittelt Seite 9

10 4 Durchführung der Messungen 4.1 Verwendete Prüfmittel Die verwendeten Prüfmittel unterliegen dem bei Müller-BBM eingeführten Qualitätsmanagement und werden regelmäßig mit Prüfnormalen verglichen. Die akustische Messgerätekette wurde vor Beginn der Messungen mit dem Kalibrator kalibriert. Die Kalibrierung wurde in Messpausen und am Messende überprüft. Dabei ergaben sich keine Abweichungen. Die Messgenauigkeit der Temperaturmessgeräte liegt bei ± 0,5 C. Während der Messungen wurden die Geschwindigkeiten mit einem Tempomaten im Zugfahrzeug auf dem vorher einjustierten Geschwindigkeitsniveau automatisch mit einer Schwankung von ca. ± 1 km/h gehalten. Die vier Mikrofonpositionen entsprechen den Positionen nach ISO Zeitpunkt der Messungen Die Messungen der Positionen 1 bis 7 wurden am Mittwoch, zwischen 9:30 Uhr und 13:30 Uhr durchgeführt. Die Messung der Position 8 wurde am Sonntag, zwischen 11:00 und 12:00 Uhr durchgeführt. 4.3 Witterung Zum Zeitpunkt der Messungen am war es im Bereich der zu messenden Streckenabschnitte niederschlagsfrei. Die Fahrbahnen waren trocken und es herrschten Lufttemperaturen von C. Die Fahrbahntemperaturen betrugen im Mittel zwischen 18 und 28 C. Am war es ebenfalls niederschlagsfrei, die Fahrbahnen waren trocken und es ist davon auszugehen, dass auch der offenporige Asphalt aufgrund der ebenfalls niederschlagsfreien Witterung in den Tagen vor der Messung keine Restfeuchtigkeit mehr aufwies. Die Lufttemperatur betrug 18 C, die Fahrbahntemperaturen C. 5\M820_01_BER_5D.DOC: Besonderheiten bei der Messung von Fahrbahnmarkierungen Die Messungen wurden in der Weise durchgeführt, dass die rechte Fahrbahnmarkierung (durchgezogene Fahrbahnbegrenzungsmarkierung, Breite 30 cm) mit der vollen Breite des rechten Reifens des Anhängers überrollt wird. Die Lage des Reifens wurde während der Fahrt visuell kontrolliert, beim Abkommen von der Markierung wurde dies entsprechend in den Aufzeichnungsdateien gekennzeichnet, so dass bei der Auswertung nur die Abschnitte einbezogen werden, bei denen der Reifen tatsächlich in voller Breite auf der Markierung rollt. Am linken Reifen des Anhängers sind jeweils zeitgleich die durch die Fahrbahndeckschicht ohne Markierung entstehenden Pegel gemessen worden, so dass ein Vergleich von Deckschicht und Markierung möglich wird. Aus diesem Grund ist die ausgewertete Länge des jeweiligen Abschnitts abweichend von der in Kapitel 2.2 angegebenen Länge der Messabschnitte. M82 0/1 alb/ntz Seite 10

11 Dabei wurde angestrebt, eine auswertbare Länge von mindestens 500 m zu erzielen, um ein repräsentatives und belastbares Messergebnis zu erhalten. An Abschnitten, an denen sehr kurze messbare Abschnitte vorlagen und damit nur geringe Auswertelängen erzielbar waren, sind entsprechende Alternativabschnitte in die Messungen mit einbezogen worden, um für die jeweilige Kombination Fahrbahndeckschicht / Markierung eine ausreichende auswertbare Abschnittslänge zu erhalten (Pos. 1 und 1a sowie Pos. 2 und 2a). Die Position 1 weist hinsichtlich des akustischen Verhaltens der Fahrbahndeckschicht ein sehr inhomogenes Verhalten auf, weshalb nur ein sehr kurzer Abschnitt tatsächlich zur Auswertung geeignet war. Auf diesem Teilabschnitt ist zudem der gemessene Pegel für die Fahrbahndeckschicht sehr niedrig, weshalb ein direkter Vergleich der beiden Werte ein verzerrtes Bild ergeben würde. Aus diesem Grund wird bei Position 1 nur der Wert der Fahrbahnmarkierung angegeben, der Vergleichswert der Fahrbahndeckschicht wird aus den angeführten Gründen nicht angegeben. Ein Vergleich mit den gemessenen Fahrbahndeckschichtwerten von Position 1a und 8 kann jedoch als Anhaltspunkt dienen. Die Repräsentativität der direkten Vergleiche zwischen Markierung und Fahrbahndeckschicht ist aufgrund der geringen Anzahl von Messstrecken nur eingeschränkt gegeben; die gemessenen Werte der Fahrbahndeckschichten fallen jedoch in einen für die unterschiedlichen Deckschichtarten jeweils durchaus typischen Wertebereich, weshalb Vergleiche (mit Einschränkungen hinsichtlich der Repräsentativität) generell zulässig sind. Zur Einordnung der Werte sind zusätzlich typische Wertebereiche für unterschiedliche Deckschichtarten in Kapitel 5.4 angegeben. Das Alter bzw. die Liegedauer der hier gemessenen Deckschichten und Markierungen ist nicht bekannt, hat aber aufgrund der mit zunehmender Liegedauer einhergehenden Veränderungen von Eigenschaften der Deckschicht und der Markierung einen nicht zu vernachlässigenden und nicht exakt quantifizierbaren Einfluss auf das Reifen- Fahrbahn-Geräusch. 5\M820_01_BER_5D.DOC: Messergebnisse und Analyse 5.1 Schalldruckpegel L Der örtliche Schallpegelverlauf für die jeweilige Deckschicht und die jeweilige Markierung im Vergleich ist aus den Ergebnisblättern im Anhang ersichtlich. Diese Blätter enthalten die Einzelwerte L sowie den ermittelten CPX-Index CPX H. Der Verlauf des Schalldruckpegels in Abhängigkeit von der Position auf dem Straßenabschnitt vermittelt einen ersten Eindruck von der Homogenität der Deckschichtbzw. der Markierungsoberfläche. Sie zeigt anschaulich, wie stark der Schalldruckpegel örtlich schwankt und wie groß die Differenzen im Schalldruckpegel zwischen Fahrbahndeckschicht und Markierung an verschiedenen Stellen sind. Die Standardabweichung s ist eine weitere geeignete Größe zur Beschreibung der Homogenität der Markierung bzw. der Fahrbahndeckschicht und wird daher mit angegeben. Dabei gilt, dass die Markierung bzw. die Fahrbahndeckschicht um so homogener ist, je kleiner die Standardabweichung ausfällt. M82 0/1 alb/ntz Seite 11

12 Der örtliche Verlauf ist aus anschaulichen Gründen zusammenhängend dargestellt, besteht jedoch meist aus mehreren kurzen unzusammenhängenden Messabschnitten, da ein zeitweises Abkommen von der Markierung im Streckenverlauf nicht gänzlich zu vermeiden war. Die genaue Verortung der Schalldruckpegel kann jedoch aus den ursprünglichen Messschrieben, die hier nicht mit angegeben sind, nachvollzogen werden. 5.2 Ermittlung der CPX-Indizes Nach den Beziehungen in Kapitel 3.5 wird der Index CPX H gebildet, der einen durchschnittlichen Schalldruckpegel über den Verlauf der Strecke darstellt. In der folgenden Tabelle sind die Messwerte CPX H getrennt für die unterschiedlichen Systeme aus Fahrbahndeckschicht und Markierung dargestellt. Tabelle 1. Übersicht der ermittelten CPX H -Kennwerte für verschiedene Deckschicht-/ Markierungskombinationen (Alter jeweils unbekannt), OPA = Offenporiger Asphalt, SMA = Splittmastixasphalt System aus Fahrbahndeckschicht und Markierung OPA + Agglomerat stochastisch Position Nr. Fahrbahndeckschicht CPX-Index CPX H Markierung CPX-Index CPX H db(a) Differenz Markierung Deckschicht CPX H 8,5 99,1 +3,6 1 n.a. 96,3 n.a. OPA + Folie profiliert 1 1a 94,8 96,1 +1,3 SMA + Agglomerat 2 99,8 102,5 +2,7 Visidotsystem 2a,0 102,4 +2,4 SMA + Agglomerat stochastisch 5 98,7 101,0 +2,3 SMA + Folie profiliert ,2 98,8 +0,6 SMA + Kaltspritzplastik 7 99,7,6 +0,9 Beton + Agglomerat stochastisch 3 99,2,3 +1,1 Beton + Folie profiliert 1 4,5,3-0,2 5\M820_01_BER_5D.DOC: Frequenzzusammensetzung (Spektren) Im Anhang sind zusätzlich die Terzspektren für den Messreifen D auf der Markierung bzw. der Fahrbahndeckschicht bezogen auf die Referenzgeschwindigkeit dargestellt. 1 Folie profiliert = 3M Stamark A3SD M82 0/1 alb/ntz Seite 12

13 Die Frequenzspektren zeigen folgende Auffälligkeiten: Die höchsten auftretenden Pegel liegen auch für die Markierungen (Agglomerat, Folie und Kaltspritzplastik) im für dichte Fahrbahndeckschichten und Lkw-ähnliche Reifenprofile typischen Frequenzbereich von ca. 0 bis 0 Hz. Die Agglomeratmarkierungen (stochastisch und Visidotsystem) zeigen auf dichten Deckschichten gegenüber dem jeweiligen Fahrbahnbelag, auf dem sie verlegt sind, vor allem im Bereich höherer Frequenzen erhöhte Pegel (s. z.b. Pos. 2, 2a, 5). Damit wird der Höreindruck, den man im Allgemeinen von diesen Markierungen gewinnt, bestätigt. Auf offenporigem Asphalt ist sowohl im hochfrequenten als auch im tieffrequenten Spektrumsbereich eine Pegelerhöhung festzustellen. Die Folienmarkierungen auf den gemessenen offenporigen Deckschichten zeigen eine gegenüber der Deckschicht, auf der sie verlegt sind, insgesamt höherfrequente Geräuschcharakteristik. Dieser Unterschied ist durch das typischerweise tieffrequentere Spektrum von offenporigen Asphaltdeckschichten begründet. Die Markierung verschließt die Deckschicht, wodurch Schallabsorption und Luftentweichung aus dem Reifen-Fahrbahn-Kontakt unterbunden werden. Dies führt zu einem Anstieg der höherfrequenten Geräuschanteile. Die Markierung verändert in diesem Fall demnach nicht nur den Gesamtpegel, sondern auch in deutlicher Weise die Geräuschcharakteristik. Die stochastische Agglomeratmarkierung auf offenporigem Asphalt (Position 8) ändert ebenfalls die Geräuschcharakteristik gegenüber der Fahrbahndeckschicht im höherfrequenten Bereich, im vorliegenden Fall ist allerdings auch eine deutliche Pegelerhöhung im tieffrequenten Bereich festzustellen. Möglicherweise liegt dies an einer unterschiedlichen Charakteristik der hier verwendeten Agglomeratmarkierung. 5\M820_01_BER_5D.DOC: Die Betondeckschicht zeigt ein zweites relatives Maximum im Frequenzspektrum, das mutmaßlich durch die Art der Texturierung der Betondecke zustande kommt. Da diese Auffälligkeit bei den auf Beton verlegten Markierungen nicht mehr auftritt, ist zu vermuten, dass durch beide Markierungsarten (Folie und Agglomerat) diese akustisch relevanten Texturmerkmale des Betons überdeckt und damit unwirksam werden. Im Fall von Position 3, der stochastischen Agglomerat-Markierung auf Beton auf der BAB A61 Richtung Koblenz ergibt sich durch die Markierung allerdings bei tiefen Frequenzen ein zweites Maximum. Dies deutet darauf hin, dass durch die Markierung zwar sehr kurzwellige Texturmerkmale überdeckt und dadurch unwirksam wurden, da das zweite Maximum bei Hz entfällt, andererseits jedoch durch die Markierung ein langwelligerer Texturanteil entstanden ist, der zu einem deutlich hörbaren tieffrequenten Geräuschanteil bei 400 Hz führt. M82 0/1 alb/ntz Seite 13

14 5\M820_01_BER_5D.DOC: Bewertung und Analyse der Messergebnisse Bei der Analyse der Messergebnisse sind folgende Auffälligkeiten festzuhalten: Die Agglomeratmarkierungen zeigen sowohl auf Beton als auch auf Splittmastixasphalten gegenüber den jeweiligen Deckschichten ohne Markierung signifikante Pegelerhöhungen von 1,1 bis 2,7 db(a). Insgesamt weisen die Agglomeratmarkierungen mit mittleren Schalldruckpegeln von,3 bis 102,5 db(a) signifikant höhere Pegel auf als herkömmliche dichte Deckschichten, die in diesem Fall Pegel zwischen 98,2 und,5 db(a) aufweisen. Ein Unterschied zwischen den stochastischen Agglomeratmarkierungen und der Agglomeratmarkierung nach dem Visidotsystem ist nicht festzustellen. Die stochastischen Agglomeratmarkierungen auf offenporigem Asphalt weisen eine deutliche Pegelzunahme von 3,6 db(a) auf. Diese große Pegeldifferenz ist auch auf die typischerweise gegenüber dichten Deckschichten (z.b. SMA, Beton) deutlich niedrigeren Pegel von offenporigen Asphalten zurückzuführen. Der gemessene CPX H -Pegel der Agglomeratmarkierung auf OPA (99,1 db(a)) ist hierbei vergleichbar mit dem einer herkömmlichen dichten Deckschicht. Die profilierten Folienmarkierungen zeigen hingegen auf Beton keine (-0,2 db(a)) bzw. auf Splittmastixasphalten nur sehr geringe Pegelerhöhungen (0,6 db(a)) gegenüber den jeweiligen Deckschichten ohne Markierung. Auf offenporigen Asphalten zeigen die profilierten Folienmarkierungen gegenüber der Deckschicht ohne Markierung erhöhte mittlere Schalldruckpegel (1,3 db(a)). Dies liegt darin begründet, dass die Folie die offenporige Struktur abdeckt und die geräuschmindernde Wirkung des OPA reduziert. Bei Agglomeratmarkierungen sind noch deutlich höhere mittlere Schalldruckpegeldifferenzen gegenüber der Deckschicht ohne Markierung (3,6 db(a)) gemessen worden. Die Agglomeratmarkierungen (stochastisch und Visidotsystem) weisen auf unterschiedlichen Deckschichten (OPA, SMA und Beton) mit Pegeln von 99,1 bis 102,5 db(a) signifikant höhere Pegel auf als Folienmarkierungen mit Pegeln von 96,1,8 bis,3 db(a). Die Markierung mit Kaltspritzplastik, die bei der Messung augenscheinlich in schlechtem Zustand war, weist gegenüber der Deckschicht ohne Markierung eine Pegelerhöhung von 0,9 db(a) auf. Zur Einordnung der Werte können folgende Erfahrungs- bzw. Vergleichswerte, die jedoch lediglich als Anhaltswerte zu verstehen sind, mit in Betracht gezogen werden. Üblicherweise weisen dichte Deckschichten wie bspw. SMA oder Asphaltbeton je nach Zustand und Mischgutsorte bei km/h für Reifen D mittlere CPX- Schalldruckpegel zwischen 98 und 101 db(a) auf, Betone je nach Texturierung ggf. auch darüber liegende Werte. M82 0/1 alb/ntz Seite 14

15 Offenporige Deckschichten (OPA) können im Neuzustand bei km/h aufgrund des hohen Hohlraumgehalts um bis zu 5 db(a) niedrigere mittlere CPX-Schalldruckpegel aufweisen als dichte Deckschichten. Ältere und verschmutzte Decken weisen hingegen Pegel auf, die im Bereich herkömmlicher dichter Deckschichten liegen. Außerdem ist an dieser Stelle darauf hinzuweisen, dass mit dem Reifen D aufgrund des Lkw-ähnlichen Laufflächenprofils ein gegenüber Texturunterschieden verhältnismäßig unempfindlicher Reifen gemessen wurde. Es ist deshalb davon auszugehen, dass die mit Reifen D gemessenen Pegelunterschiede bei Verwendung des Reifens A (pkw-ähnlicher Reifen) deutlich höher ausgefallen wären. 5.5 Weitere Vorgehensweise Um die Repräsentativität der Ergebnisse zu erhöhen, wird vorgeschlagen, weitere Messungen auf ähnlichen Kombinationen von Deckschicht und Markierung durchzuführen. Geringe akustische Unterschiede bei gleichen Deckschichtarten können durch die gleichzeitig mitlaufende Messung der Deckschicht ohne Markierung identifiziert werden und somit als Ursache unterschiedlich hoher Pegel bei ansonsten gleichartigen Markierungssystemen ausgeschlossen bzw. in die Betrachtung einbezogen werden. Zusätzlich sollten weitere Varianten von Markierungs- und Deckschichtarten untersucht werden. Bei der weiteren Optimierung und Entwicklung von Markierungssystemen sollten neben den Eigenschaften wie Sichtbarkeit und Griffigkeit vermehrt auch die akustischen Eigenschaften betrachtet werden. Bereits im Entwicklungsstadium ist es möglich, durch gezielte Gestaltung der Textur von Markierungsoberflächen die akustischen Eigenschaften zu optimieren. Müller-BBM kann durch Texturmessungen mittels Triangulationslasersystem und Modellberechnungen mit dem Rechenmodell SPERoN die Entwicklung akustisch optimierter Markierungen begleiten. 5\M820_01_BER_5D.DOC: Zusammenfassung Durch Messungen im Nahfeld des Reifens mit der CPX-Methode sind mittlere Schalldruckpegel, die bei der Abrollung eines typischen Lkw-Reifenprofils auf den verschiedenen Fahrbahnmarkierungssystemen entstehen, untersucht worden. Um eine bessere Vergleichbarkeit zu erzielen und das Zusammenwirken der Kombination Deckschicht/Markierung zu ermitteln, sind Markierungssysteme auf unterschiedlichen Deckschichtarten (OPA, Splittmastixasphalt und Beton) untersucht worden. Neben den mittleren Schalldruckpegeln und Frequenzspektren, die durch die Markierung hervorgerufen werden, sind zusätzlich auch die durch die Fahrbahndeckschicht ohne Markierung erzeugten Schalldruckpegel ermittelt worden, um einen direkten Vergleich und eine Aussage über zusätzlich durch die Markierung entstehende Geräuschbelastungen zu ermöglichen. M82 0/1 alb/ntz Seite 15

16 An dieser Stelle ist darauf hinzuweisen, dass mit dem Reifen D (nach [2]) aufgrund des Lkw-ähnlichen Laufflächenprofils ein gegenüber Texturunterschieden verhältnismäßig unempfindlicher Reifen gemessen wurde. Es ist deshalb davon auszugehen, dass die mit Reifen D gemessenen Pegelunterschiede bei Verwendung des Reifens A (pkw-ähnlicher Reifen) deutlich höher ausgefallen wären. Im Ergebnis ist festzuhalten, dass erhebliche Unterschiede im akustischen Verhalten von verschiedenen Markierungstypen bestehen. Die gemessenen Agglomeratmarkierungen weisen gegenüber den profilierten Folienmarkierungen deutlich höhere Geräuschemissionen (bis zu 3 db(a)) auf. Die gemessenen Folienmarkierungen zeigen im Gegensatz zu den Agglomeratmarkierungen gegenüber der Deckschicht, auf der sie verlegt sind, keine oder nur wenig höhere mittlere Schalldruckpegel. Zusätzliche Untersuchungen zur Erhöhung der Repräsentativität und Ausdehnung der Untersuchung auf weitere Varianten Deckschicht/Markierung werden angeraten, um die hier ermittelten Aussagen zu festigen und weiter ausbauen zu können. Bei der Entwicklung von Markierungssystemen kann zukünftig bereits im Entwicklungsstadium eine begleitende akustische Untersuchung durchgeführt werden. Die ermittelten Berechnungsergebnisse beziehen sich ausschließlich auf die vom Auftraggeber zur Verfügung gestellten Angaben und die beschriebenen Prüfobjekte. Für den technischen Inhalt verantwortlich: Dipl.-Ing. Stefan Alber Telefon +49 (0)7121/ MÜLLER-BBM Akkreditiertes Prüflaboratorium nach ISO/IEC \M820_01_BER_5D.DOC: DAP-PL Dieser Bericht darf nur in seiner Gesamtheit, einschließlich aller Anlagen, vervielfältigt, gezeigt oder veröffentlicht werden. Die Veröffentlichung von Auszügen bedarf der vorherigen schriftlichen Genehmigung durch Müller-BBM. M82 0/1 alb/ntz Seite 16

17 7 Literatur [1] Müller, G.; Möser, M. (Hrsg.): Taschenbuch der Technischen Akustik, 3. Auflage, Springer, 2004 [2] ISO/3 rd D : Acoustics Measurement of the influence of road surfaces on traffic noise Part 2: The close-proximity method. Entwurf P:\ALB\82\820\M820_01_BER_5D.DOC: M82 0/1 alb/ntz Seite 17

18 Anhang Messergebnisse CPX-Messungen P:\ALB\82\820\M820_01_BER_5D.DOC: M82 0/1 alb/ntz Anhang, Seite 1

19 Close Proximity (CPX) - (survey Methode) (innere Mikrofonpositionen) MÜLLER-BBM Ort A 3 Ri. Frankfurt Datum Fahrbahnbelag OPA+3M Stamark A3SD Temperatur Luft [ C] 20 Länge des Straßenabschnitts 0,16 km Temperatur Fahrbahn [ C] Richtung Pos. 1, km 136,0-136,5 rechts Auftraggeber / Bestell-Nr. 3M Deutschland GmbH CPX-WERTE km/h Markierung Reifen D D, ATJ8 PC 0507 v = km/h Deckschicht Markierung Position [m] FREQUENZ-ANALYSE CPX P [db(a)] CPX H [db(a)] CPXI [db(a)] n.a. 96,3 n.a. 1,0 Terzspektrum für CPX H km/h Markierung Frequenz [Hz] M820/1 alb Anhang, Seite 2

20 Close Proximity (CPX) - (survey Methode) (innere Mikrofonpositionen) MÜLLER-BBM Ort A3 Ri. Oberhausen Datum Fahrbahnbelag OPA+3M Stamark A3SD Temperatur Luft [ C] 24 Länge des Straßenabschnitts 0,28 km Temperatur Fahrbahn [ C] Richtung Pos. 1a, km 137,2-136,5 rechts Auftraggeber / Bestell-Nr. 3M Deutschland GmbH CPX-WERTE km/h Deckschicht km/h Markierung Reifen D D, ATJ8 PC 0507 v = km/h Deckschicht Markierung Position [m] FREQUENZ-ANALYSE CPX P [db(a)] CPX H [db(a)] CPXI [db(a)] 94,8 96,1 0,9 1,2 Terzspektrum für CPX H km/h Deckschicht km/h Markierung Frequenz [Hz] M820/1 alb Anhang, Seite 3

21 Close Proximity (CPX) - (survey Methode) (innere Mikrofonpositionen) MÜLLER-BBM Ort A 46 Ri. Krefeld/Köln Datum Fahrbahnbelag SMA+Agglom. Visiclots Temperatur Luft [ C] 19 Länge des Straßenabschnitts 0,72 km Temperatur Fahrbahn [ C] Richtung Pos. 2, km 74,5-73,0 rechts Auftraggeber / Bestell-Nr. 3M Deutschland GmbH CPX-WERTE km/h Deckschicht km/h Markierung Reifen D D, ATJ8 PC 0507 v = km/h Deckschicht Markierung Position [m] FREQUENZ-ANALYSE CPX P [db(a)] CPX H [db(a)] CPXI [db(a)] 99,8 102,5 0,4 0,9 Terzspektrum für CPX H km/h Deckschicht km/h Markierung Frequenz [Hz] M820/1 alb Anhang, Seite 4

22 Close Proximity (CPX) - (survey Methode) (innere Mikrofonpositionen) MÜLLER-BBM Ort A 46 Ri. Wuppertal Datum Fahrbahnbelag SMA+Agglom. Visiclots Temperatur Luft [ C] 19 Länge des Straßenabschnitts 0,34 km Temperatur Fahrbahn [ C] Richtung Pos. 2a, km 75,5-76,0 rechts Auftraggeber / Bestell-Nr. 3M Deutschland GmbH CPX-WERTE km/h Deckschicht km/h Markierung Reifen D D, ATJ8 PC 0507 v = km/h Deckschicht Markierung Position [m] FREQUENZ-ANALYSE CPX P [db(a)] CPX H [db(a)] CPXI [db(a)],0 102,4 0,6 0,8 Terzspektrum für CPX H km/h Deckschicht km/h Markierung Frequenz [Hz] M820/1 alb Anhang, Seite 5

23 Close Proximity (CPX) - (survey Methode) (innere Mikrofonpositionen) MÜLLER-BBM Ort A 61 Ri. Koblenz Datum Fahrbahnbelag Beton+Agglomerat Temperatur Luft [ C] Länge des Straßenabschnitts 0,50 km Temperatur Fahrbahn [ C] Richtung Pos. 3, km 45,0-45,5 rechts Auftraggeber / Bestell-Nr. 3M Deutschland GmbH CPX-WERTE km/h Deckschicht km/h Markierung Reifen D D, ATJ8 PC 0507 v = km/h Deckschicht Markierung Position [m] FREQUENZ-ANALYSE CPX P [db(a)] CPX H [db(a)] CPXI [db(a)] 99,2,3 0,4 0,6 Terzspektrum für CPX H km/h Deckschicht km/h Markierung Frequenz [Hz] M820/1 alb Anhang, Seite 6

24 Close Proximity (CPX) - (survey Methode) (innere Mikrofonpositionen) MÜLLER-BBM Ort A 61 Ri. Venlo Datum Fahrbahnbelag Beton+3M Stamark A3SD Temperatur Luft [ C] 16 Länge des Straßenabschnitts 0,98 km Temperatur Fahrbahn [ C] Richtung Pos. 4, km 48,0-47,5 rechts Auftraggeber / Bestell-Nr. 3M Deutschland GmbH CPX-WERTE km/h Deckschicht km/h Markierung Reifen D D, ATJ8 PC 0507 v = km/h Deckschicht Markierung Position [m] FREQUENZ-ANALYSE CPX P [db(a)] CPX H [db(a)] CPXI [db(a)],5,3 0,4 0,7 Terzspektrum für CPX H km/h Deckschicht km/h Markierung Frequenz [Hz] M820/1 alb Anhang, Seite 7

25 Close Proximity (CPX) - (survey Methode) (innere Mikrofonpositionen) MÜLLER-BBM Ort A 46 Ri. Neuss Datum Fahrbahnbelag SMA+Agglomerat Temperatur Luft [ C] Länge des Straßenabschnitts 1,28 km Temperatur Fahrbahn [ C] Richtung Pos. 5, km 57,0-57,5, rechts Auftraggeber / Bestell-Nr. 3M Deutschland GmbH CPX-WERTE km/h Deckschicht km/h Markierung Reifen D D, ATJ8 PC 0507 v = km/h Deckschicht Markierung Position [m] FREQUENZ-ANALYSE CPX P [db(a)] CPX H [db(a)] CPXI [db(a)] 98,7 101,0 0,8 1,1 Terzspektrum für CPX H km/h Deckschicht km/h Markierung Frequenz [Hz] M820/1 alb Anhang, Seite 8

26 Close Proximity (CPX) - (survey Methode) (innere Mikrofonpositionen) MÜLLER-BBM Ort A 46 Ri. Neuss Datum Fahrbahnbelag SMA+3M Stamark A3SD Temperatur Luft [ C] 18 Länge des Straßenabschnitts 1,28 km Temperatur Fahrbahn [ C] Richtung Pos. 6, km 59,0-59,5, rechts Auftraggeber / Bestell-Nr. 3M Deutschland GmbH CPX-WERTE km/h Deckschicht km/h Markierung Reifen D D, ATJ8 PC 0507 v = km/h Deckschicht Markierung Position [m] FREQUENZ-ANALYSE CPX P [db(a)] CPX H [db(a)] CPXI [db(a)] 98,2 98,8 0,4 0,9 Terzspektrum für CPX H km/h Deckschicht km/h Markierung Frequenz [Hz] M820/1 alb Anhang, Seite 9

27 Close Proximity (CPX) - (survey Methode) (innere Mikrofonpositionen) MÜLLER-BBM Ort A 57 Ri. Krefeld Datum Fahrbahnbelag Kaltspritzplastik Temperatur Luft [ C] 21 Länge des Straßenabschnitts 1,44 km Temperatur Fahrbahn [ C] Richtung Pos. 7, km 76,0-74,0 rechts Auftraggeber / Bestell-Nr. 3M Deutschland GmbH CPX-WERTE km/h Deckschicht km/h Markierung Reifen D D, ATJ8 PC 0507 v = km/h Deckschicht Markierung Position [m] FREQUENZ-ANALYSE CPX P [db(a)] CPX H [db(a)] CPXI [db(a)] 99,7,6 0,4 0,8 Terzspektrum für CPX H km/h Deckschicht km/h Markierung Frequenz [Hz] M820/1 alb Anhang, Seite 10

28 Close Proximity (CPX) - (survey Methode) (innere Mikrofonpositionen) MÜLLER-BBM Ort A 8, Ri. Karlsruhe Datum Fahrbahnbelag OPA+Agglomerat Temperatur Luft [ C] 18 Länge des Straßenabschnitts 0,87 km Temperatur Fahrbahn [ C] Richtung Pos. 8,, km 215,0-221,0 rechts Auftraggeber / Bestell-Nr. 3M Deutschland GmbH CPX-WERTE km/h Deckschicht km/h Markierung Reifen D D, ATJ8 PC 0507 v = km/h Deckschicht Markierung Position [m] FREQUENZ-ANALYSE CPX P [db(a)] CPX H [db(a)] CPXI [db(a)],5 99,1 0,5 0,8 Terzspektrum für CPX H km/h Deckschicht km/h Markierung Frequenz [Hz] M820/1 alb Anhang, Seite 11