Messtechnische Ansprache von Straßenoberflächen zur Bewertung der akustischen Eigenschaften. Dr. Thomas Beckenbauer Müller-BBM

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1 Messtechnische Ansprache von Straßenoberflächen zur Bewertung der akustischen Eigenschaften Dr. Müller-BBM

2 Fragen zum Thema Mit was haben wir es eigentlich zu tun? Wie messen wir den physikalischen Vorgang? Welches akustische Messergebnis erhalten wir? Wie kommt das Messergebnis zustande? Spiegelt das Messergebnis alle Eigenschaften der Betonfahrbahndecke wider? Wie müssen wir weiter vorgehen? 2

3 Physikalischer Vorgang Geräusch hörbarer Schall zeit- und ortsabhängige Druck- und Dichteschwankungen in einem elastischen Medium ohne zeitliche Veränderungen kein Schall! statisches System dynamisches System dynamisches System Beschreibung der zeitlich veränderlichen Vorgänge Deformation des Reifens Bewegung der Luft im Reifen-Fahrbahn-Kontakt 3

4 Reifen-Fahrbahn-Kontakt Unterscheidung nach Makro- und Mikroebene Makroebene: Deformation der Reifenkontur Mikroebene: Lokale Deformation im Reifen-Fahrbahn-Kontakt Der Kontakt bestimmt die Deformation statisch ohne Reifen statisch mit Reifen dynamisch mit Reifen 4

5 Reifenschwingungen Modale Komposition 153 Hz 277 Hz 376 Hz 418 Hz f = 250 Hz 437 Hz f = 600Hz 624 Hz f = 800Hz 982 Hz f = 800Hz 1076 Hz LeiStra 3 Projekt: SPERoN

6 Schallabstrahlung Akustisch wirksame Schwingungsformen 277 Hz gute Schallabstrahlung schlechte Schallabstrahlung 1076 Hz LeiStra 3 Projekt: SPERoN

7 Schallfeld Schalldruck in der Umgebung des Reifens BASt Projekt: FE /2014/FRB 7

8 Akustische Messmethoden DIN EN ISO :2002 Akustik - Messung des Einflusses von Straßenoberflächen auf Verkehrsgeräusche Teil 1: Statistisches Vorbeifahrtverfahren DIN EN ISO :2015 (Entwurf) Akustik - Messung des Einflusses von Straßenoberflächen auf Verkehrsgeräusche Teil 2: Nahfeldmessmethode (CPX-Methode) 8

9 Statistische Vorbeifahrtmessung L max 80 L, db(a) t, s 5 9

10 Statistische Vorbeifahrtmessung L max, db(a) v, km/h L ref = 85,2 db(a) D StrO = 3,8 db(a) 10

11 CPX-Messung L eq v, km/h L eq, db(a) σ, db(a)

12 CPX-Messung 12

13 Akustische Messmethoden Messergebnis SPB: L max CPX: L eq Maximalwert des Schallpegelverlaufs für die Vorbeifahrt Mittelwert des Rollgeräuschpegels über die Länge eines Fahrbahnabschnitts 13

14 Akustische Messung Mikrofon Schalldruck p Ermittlung der Schallenergie p p² pp(tt) ~pp 2 (tt) gleitende Mittelwertbildung p² p eff. ² tt+tt pp eeeeee. 2 = 1 TT pp2 tt dddd tt Umskalierung p eff. ² L LL = 10 llllll pp eeeeee. 2 pp 0 2 db Schallsignal Schallenergie gehörgerechte Trägheit Zeitkonstante T = 125 ms Skalierung 14

15 Akustische Messung p(t) gesamte Fahrt A12 (CPX) 30 Pa s 15

16 Akustische Messung p(t) Impuls durch Überrollung einer Fuge A12 Pa s 16

17 Akustische Messung p(t) p²(t) A12 Fugenüberrollungen jede Fuge kommt im Messsignal vor s 17

18 Akustische Messung p(t) p²(t) A13 Fugenüberrollungen tauchen nur vereinzelt im Messsignal auf s 18

19 Akustische Messung p²(t) p eff. ²(t) A (Pa)² s 19

20 Akustische Messung L(t) Vergleich mit und ohne Zeitbewertung A db s 20

21 Akustische Messung L p (t) Vergleich mit und ohne Zeitbewertung A12 db s 21

22 Akustische Messung L p (t) Vergleich unterschiedlicher Zeitbewertungen schwarz: 125 ms, grün: 62.5 ms, blau: ms db Pa s 22

23 Akustische Messung Die Mittelwertbildung über die gesamte Länge ergibt einen einfach zu handhabenden Einzahlwert, den Mittelwert Der Mittelwert hängt jedoch von der Zeitkonstante und den Fugengeräuschen ab Sowohl das Messverfahren als auch die Fugen beeinflussen also das Messergebnis für den Fahrbahnbelag Ein Vergleich von Einzahlwerten (einzelne Mittelwerte) wird gefährlich, da nicht klar ist, was Fahrbahn oder Fugen den Mittelwert stärker beeinflusst 23

24 Texturverbesserung ohne Zeitkonstante, v = 80 km/h, Δt = 225 ms (5m) Δt Fugenüberrollungen 24

25 Texturverbesserung ohne Zeitkonstante, v = 80 km/h, Δt = 225 ms (5m) 25

26 Texturverbesserung für mittleren Fugenpegel von L = 108 db 26

27 Fugenpegel 4 Autobahnabschnitte, ca. 600 Fugen, CPX, v = 80 km/h 27

28 Vorbeifahrtmessung 2,71 m 5,00 m v Dauer pro Wegeinheit Impulsabstand 50 km/h 0,072 s/m 0,20 s 0,16 s 0,20 s 80 km/h 0,045 s/m 0,12 s 0,10 s 0,12 s 100 km/h 0,036 s/m 0,10 s 0,08 s 0,10 s 28

29 Vorbeifahrtmessung L(t) Vorbeifahrt, v = 68 km/h s db 90 db Vorbeifahrtmaximalpegel 4 Fugenüberrollung mit Fuge 3 Hinterachse 60 ohne Fuge 70 Vorderachse k 2k 3k Hz Der Maximalwert kommt zufällig zustande und kann vom Geräuschereignis der Fugenüberrollung beeinflusst sein s 29

30 Forschungsaktivitäten Projekt FE /2014/FRB Einfluss der Fugenöffnungsweite auf die akustischen Eigenschaften von Fahrbahndecken aus Beton Müller-BBM Prof. Kropp, Chalmers University, Göteborg 30

31 Forschungsaktivitäten Bestandsaufnahme Getriggerte CPX-Messungen Detailuntersuchungen an 6 Autobahnabschnitten Getriggerte und erweiterte CPX-Messungen SPB-Messungen in situ Messung der Oberflächeneigenschaften mit hoher Auflösung im Bereich der Querscheinfugen Parameterstudie zu den Fugeneigenschaften Baupraktische Empfehlungen 31

32 Forschungsaktivitäten 32

33 Forschungsaktivitäten CPX-Messungen Triggermarke Fugenposition Hüllflächenmessung des abgestrahlten Rollgeräuschs Reflexstreifenposition mit 11 Mikrofonen 33

34 Forschungsaktivitäten 3D Texturmessungen an den Fugen 34

35 Forschungsaktivitäten 3D Texturmessungen an den Fugen 35

36 Forschungsaktivitäten Modellierung Fortsetzung der Kooperation mit Prof. Kropp, Chalmers Universität, Göteorg CHATRIN Reifen Modellerweiterung Reifen luftgefüllter Reifen- Innenraum Felge 36

37 Forschungsaktivitäten Parametervariation Fugenöffnungsweite Höhenversatz Blockeindringtiefe (Fugenfüllgrad) Plattentextur Fugenränder (Rauhigkeit, Winkel) Schrägstellung Schlussbericht Sommer

38 Herzlichen Dank für Ihr Interesse! BAB A4 Hörselberge vor Verkehrsfreigabe Dezember