Ziel dieses Projektes ist es, ein schnelles automatisiertes Messverfahren zur Nutzung im Innenraum der Flugzeugkabine zu entwickeln. Durch diese Neuentwicklung wird einerseits die Produktentwicklungszeit drastisch verkürzt (schnelle Messung) und andererseits ein höherer Qualitätsstandard erreicht. Denn ein Ziel der Kabinenverbesserung ist es, die Lärmbelastung sowohl für die Passagiere als auch für die Flugzeugbesatzung deutlich zu senken, um so die Umweltverträglichkeit des Produktes zu verbessern. Das Verfahren ist ebenfalls übertragbar auf andere Innenräume wie z.B. in Bahnen, Schiffen oder Straßenfahrzeugen. Im Rahmen dieses Projektes ist zunächst ein numerisches Berechnungsverfahren entwickelt worden, welches auf einer inversen FEM-Berechnung beruht. Hierbei wird die Schallintensität am Rande des Kabinenquerschnittes berechnet, wobei in einem Bereich die Schallwechseldrücke im Innenraum der Kabine durch Messung bekannt sind. Probleme dieser Art sind schlecht gestellt ('ill-posed') da kleine Ungenauigkeiten der gemessenen Daten sich in sehr großen Abweichungen in der Lösung auswirken. Durch eine umfangreiche mathematische Aufbereitung der Messdaten (Finite-Elemente-Analyse und Regularisierung) gelingt jedoch eine deutliche Verbesserung der Ergebnisse.
Das Grundgeräusch in deutschen Großstädten wird heute überwiegend durch Verkehrslärm bestimmt. Demgemäß wird von den Bundesbürgern bei Umfragen zur Lärmbelästigung durch unterschiedliche Geräuschquellen häufig der Straßenlärm an erster Stelle genannt. Belastungen durch Lärm im Wohn- und Arbeitsbereich sind offenkundig. Doch auch in der Freizeit, in der sich die Menschen erholen wollen, beeinträchtigt der Lärm das Wohlbefinden. Viele Park- und Grünanlagen, aber auch große Teile der Naherholungsgebiete sind so verlärmt, dass sie für ruhige Erholungsnutzung stark eingeschränkt sind. In den letzten Jahren sind zwar mittels technischer Neuerungen die Fahrgeräusche der einzelnen Kraftfahrzeuge leicht zurückgegangen, doch ist durch die steigende Anzahl und die Zunahme der Geschwindigkeit der Autos der Lärm insgesamt gestiegen. Neben dem Lärm von Kraftfahrzeugen, Bahn und Flugzeugen treten auch Lärmbelastungen durch Industrie, Gewerbe und Bautätigkeit auf. Hinzu kommen Nachbarschaftslärm (z.B. Geräusche von Haushalts- und Musikgeräten und Rasenmähern) sowie Lärm bei Sport- und Freizeitbetätigungen und -veranstaltungen. Die Stärke der Belästigung durch die verschiedenen Geräuschquellen wurde vom Umweltbundesamt untersucht (vgl. Abb. 1). Als Lärm bezeichnet man Schallereignisse , die von der überwiegenden Zahl der Menschen als störend eingestuft werden. Schallereignisse sind Luftdruckschwankungen mit einem Wechsel von 20 bis 20 000 Hz, die durch das menschliche Ohr wahrgenommen werden können. Die Wahrnehmbarkeit von Schallereignissen durch das menschliche Ohr reicht von der Hörschwelle mit einem Effektivwert der Luftdruckschwankungen von 0,00002 Pascal (0,0002 µbar) bis zur Schmerzschwelle mit einem Effektivwert von 20 Pascal (= 200 µbar). Um eine dem menschlichen Vorstellungsvermögen gemäße Skalierung zu erhalten, wird der Schalldruck in einem logarithmischen Maßstab als Schalldruckpegel mit der Einheit Dezibel (dB) angegeben. In dieser Werteskala reicht der genannte Wahrnehmbarkeitsbereich des menschlichen Ohres von 0 bis 120 dB. Die Lautstärkewahrnehmung des Menschen wird bestimmt durch das Zusammenspiel von physikalischem Schalldruckpegel (0 bis 120 dB) und der Frequenz (20 bis 20 000 Hz). Die größte Empfindlichkeit besitzt das menschliche Ohr im mittleren Bereich zwischen 1 000 und 4 000 Hz. Diesem Umstand trägt die mit A-Bewertung benannte Frequenzbewertung Rechnung. Geräusche tiefer (20 bis 1 000 Hz) und hoher (4 000 bis 20 000 Hz) Frequenzlagen werden bei der Ermittlung des sogenannten A-Schallpegels mit einer geringeren Gewichtung als mittlere Frequenzen berücksichtigt. A-Schalldruckpegel werden in Dezibel (A) – dB(A) – angegeben. Die bei verschiedenen Geräuschquellen auftretenden typischen A-Schallpegel sind in Abbildung 2 dargestellt. Die Störwirkung von Geräuschen wird subjektiv sehr unterschiedlich bewertet. So kann ein open air Popkonzert mit einem Schalldruckpegel von 100 dB(A) in der ersten Reihe vom Konzertbesucher als angenehm und in 1 000 m Entfernung mit einem Schalldruckpegel von 60 dB(A) von einem Anwohner als störend empfunden werden. Unfreiwillig mitgehörte, störende Geräusche sind Lärm. Verkehrsbedingte Geräusche werden durch die Mehrzahl der Bevölkerung als störend und damit als Lärm eingestuft. Lärm wird nach heutigem Erkenntnisstand als Risikofaktor betrachtet, der sich nachteilig auf das physische, psychische und soziale Wohlbefinden des Menschen auswirken kann. Allein und im Zusammenwirken mit anderen Belastungsgrößen kann Lärm gesundheitliche Beeinträchtigungen hervorrufen. Folgende Wirkungen können unterschieden werden: Verminderung der Aufmerksamkeit und Konzentrationsfähigkeit Herabsetzung der Beobachtungsfähigkeit Beeinträchtigung von Schlaf und Erholung Überreizung des Nervensystems Bluthochdruck Herz-Kreislauf-Beschwerden Schädigung des Hörvermögens. Die im Alltag auftretenden Geräusche sind häufig großen Schwankungen ausgesetzt. Ihre Belästigungsstärke wird durch den Beurteilungspegel beschrieben. Der Beurteilungspegel wird durch einen Mittelwert, den Mittelungspegel, bestimmt. Dieser wird in einem etwas komplizierten Umrechnungsverfahren berechnet, in dem die Lautstärke (Schalldruckpegel) der auftretenden Geräusche und die jeweilige Zeitdauer ihrer Einwirkung in ein Verhältnis mit der Zeitdauer des Beurteilungszeitraums gesetzt werden, z.B. die 16 Stunden am Tag von 6.00 bis 22.00 Uhr, die Nachtzeit von 22.00 bis 6.00 Uhr. Beim Straßenverkehrslärm ist der Mittelungspegel meist identisch mit dem Beurteilungspegel. An ampelgeregelten Kreuzungen und Einmündungen ergibt sich der Beurteilungspegel durch einen Zuschlag auf den Mittelungspegel, wodurch die besondere Lästigkeit der Brems- und Anfahrgeräusche berücksichtigt wird. Der Beurteilungspegel ist ein Maß für die durchschnittliche Langzeitbelastung. Er beschreibt ein (theoretisches) Dauergeräusch von konstanter Lautstärke, das – tritt es real auf – das gleiche Maß an Belästigung hervorruft, wie die realen unterschiedlich lauten Geräusche bei ihrem zeitlich verteilten Einwirken über den gleichen Zeitraum. Mit diesem Wert sind in der städtebaulichen Planung anzustrebende Zielwerte oder in der Gesetzgebung fixierte Grenzwerte zu vergleichen. Änderungen in der Verkehrsstärke führen zu Änderungen der Beurteilungspegel. Die Beeinflussung sowie die Beurteilung dieser Änderung durch den Menschen sind in Tabelle 1 dargestellt. Bei der städtebaulichen Planung sind nach der DIN 18005 vom Mai 1987 für die Lärmbelastung schalltechnische Orientierungswerte angegeben. Der angegebene Wert für Grün- und Freiflächen lautet (tags und nachts) und ist mit den in der Karte dargestellten Beurteilungspegeln zu vergleichen. In dem Gutachten “Studie der ökologischen und stadtverträglichen Belastbarkeit der Berliner Innenstadt durch den Kfz-Verkehr” wurden 1991 folgende Werte für Erholungszonen empfohlen: Die Lärmschutzverordnung der Schweiz sieht für Erholungszonen folgende Werte vor: Der gemäß DIN 18005 für Grün- und Freiflächen anzustrebende Orientierungswert von 55 dB(A) wird mit Ergebnissen der Lärmwirkungsforschung begründet. Danach treten bis zu diesem Schalldruckpegel kaum vegetative Reaktionen und keine körperlichen Schäden auf. Auch die psychischen und sozialen Beeinträchtigungen liegen in einem akzeptablen Rahmen. Bei normaler Sprechweise ist für Gesprächspartner mit 2 m Abstand eine zufriedenstellende Sprachverständlichkeit gegeben.
Drohnen, so genannte unbemannte Luftfahrzeuge, werden verstärkt genutzt und für vielfältige Aufgaben eingesetzt. Die Geräusche, die von ihnen ausgehen, können sich auf Menschen belästigend auswirken. Um negative Folgen abzuwenden, sind ausführlichere Messungen und auch die Erweiterung der rechtlichen Regelungen notwendig. Ein Forschungsvorhaben im Auftrag des UBA macht dazu Vorschläge. Die stetig zunehmende Zahl von Drohen wirft die Frage nach den zukünftigen Geräuschauswirkungen auf. Hierüber liegen derzeit weder national noch international fundierte Erkenntnisse vor. Absehbar ist, dass sich zukünftig immer mehr Menschen in Deutschland durch den Lärm von Drohnenflügen belästigt fühlen werden. Daher wurden im Auftrag des Umweltbundesamtes ein Forschungsvorhaben zum Thema „Lärmauswirkungen des Einsatzes von Drohnen auf die Umwelt“ vergeben. Das Vorhaben wurde als Literaturstudie durchgeführt, und zeigt die zukünftigen Einsatzmöglichkeiten von Drohnen auf, stellt deren Lärmwirkungen dar, analysiert Geräuschmessverfahren und den rechtlichen Rahmen. Drohnen können sowohl autonom oder automatisiert fliegende Luftfahrzeuge sein, als auch von Personen gesteuerte Flugzeuge. Immer mehr Menschen nutzen Drohnen privat wie gewerblich. Während zunächst der Schwerpunkt vor allem im Bereich Foto und Video lag, sind die Anwendungen heute wesentlich vielfältiger. Sie werden verwendet für Inspektion und Wartungsarbeiten an Infrastrukturbauten, für Vermessungsaufgaben oder zum Transport von medizinischen Gütern. Drohnen werden zukünftig verstärkt eingesetzt werden, nicht zuletzt, weil immer längere Flugzeiten und größere Traglasten realisierbar sind. Absehbar ist, dass sich zukünftig immer mehr Menschen in Deutschland durch den Lärm von Drohnenflügen belästigt fühlen werden. Nach einer im Vorhaben untersuchten Umfrage des Verbandes Unbemannte Luftfahrt assoziiert die Mehrzahl der Befragten mit dem Begriff Drohne den negativen Aspekt „sind nervig und laut“. Nicht jedes Geräusch muss aber laut sein um eine Störwirkung oder Belästigung hervorzurufen. Oftmals sind psychoakustische Parameter für unser Empfinden maßgelblich. Daher wurde nach psychoakustischen Wahrnehmungen oder Lärmwirkungen recherchiert. Allen bislang untersuchten Drohnengeräuschen gemeinsam ist eine ausgeprägte Tonhaltigkeit und Schärfe. Damit unterscheiden sich die Drohnengeräusche wesentlich von allen anderen Umweltgeräuschen. Zu psychologischen Aspekten der Drohnengeräusche gibt es bislang nur sehr wenige Untersuchungen, die zudem ausschließlich im Labor durchgeführt wurden. Es ist aber bekannt, dass tonhaltige oder scharfe Geräusche ein stärkeres Lästigkeitsempfinden hervorrufen. Dies müsste bei einer Geräuschbewertung durch einen Zuschlag berücksichtigt werden. Die Literaturstudie zeigt, dass es eine Vielzahl an Möglichkeiten gibt, die Geräuschmessungen durchzuführen. Unterschiede finden sich bei Messumgebung (im Freien, in speziellen Schallmessräumen, im Windkanal, in „normalen“ Räumen), Anzahl und die Anordnung von Messmikrofonen, ermittelte Messgröße (Schalldruck, Schallintensität) und in der Anordnung des Messobjekts (schwebend, fixiert, in Bewegung). Meist beziehen sich die Angaben nur auf Drohnen der Bauform Multicopter. Hier bräuchte es eine breitere Datenbasis und eine genormte Messpraxis, die auch andere Bauformen mit einbezieht. Das Emissionsmodell sollte zudem die unterschiedlichen Betriebszustände: Schweben, Steigen, Sinken und Horizontalflug mit "typischer" Vorwärtsgeschwindigkeit unterscheiden. Gerade die unterschiedlichen Betriebszustände weisen in der Praxis verschiedene Geräuschcharakteristiken auf, die nicht vergleichbar sind. Die Literaturrecherche zu bisherigen Geräuschmessungen an Drohnen zeigt, dass die EU-Verordnung 2019/945 sowie die nationale Umsetzung durch die Luftverkehrs-Ordnung ein erster Schritt zur Minderung der physikalischen Lärmbelastung durch Drohnen ist. Sie reicht jedoch noch nicht aus, um das Ausmaß der Lärmwirkungen, wie zum Beispiel Belästigung, zu bewerten. Diese wird durch verschiedene akustische und nicht-akustische Faktoren beeinflusst, die weiterhin zu untersuchen sind. So wie die Entwicklung der Drohnen noch lange nicht abgeschlossen ist, muss auch der Rechtsrahmen weiterentwickelt, angepasst und erprobt werden, um angemessene Vorgaben für den Betrieb von Drohnen zu schaffen. Umwelt- und Lärmschutz spielen (noch) eine untergeordnete Rolle, sollten aber stärker berücksichtigt werden. Derzeit werden die Ergebnisse des Vorhabens intensiv in die Normung eingebracht. Damit soll eine einheitliche Messung und Bewertung von Drohnengeräuschen erzielt werden, die rechtlich verankert werden kann. Ein gerade angelaufenes Forschungsvorhaben mit dem Namen „Chancen und Risiken der unbemannten Luftfahrt“ soll die Chancen für eine umweltschonende Gestaltung des Verkehrs mit Drohnen aufzeigen und konkrete Vorschläge unterbreiten, wie diese Potenziale gehoben werden können, ohne dass die Umweltbelastungen zunehmen oder neue Risiken entstehen. Beide Vorhaben liefern wichtige Erkenntnisse zum Aktionsplan der Bundesregierung zur unbemannten Luftfahrt. Damit soll ein ganzheitliches Konzept entwickelt werden, wie Drohnen zukünftig ökonomisch, ökologisch, rechtlich und gesundheitlich in den nationalen Luftraum integriert werden können.
Auf Grundlage der Ergebnisse des kürzlich abgeschlossenen BMU-Forschungsprojekts 'Adaption und Erprobung eines Schadensfrüherkennungs- und Lastmonitoringsystems für Faserverbund-Rotorblätter von Windenergieanlagen', soll die bisher erprobte Methodik durch weitere Eignungstests bezüglich der Erkennung von Eisansatz sowie einer technischen Erweiterung zur Schadenserkennung auf Rissebene ergänzt werden. Die technische Ergänzung des bisherigen Systems sieht die Verwendung von optischen Mikrofonen vor, die den Schalldruck im Inneren des Rotorblattes in einem Frequenzbereich innerhalb sowie auch oberhalb des Bereiches menschlicher Wahrnehmung aufzeichnen. Der Hintergrund dieses Ansatzes ist, dass während des auslaufenden Forschungsvorhabens die Schädigung eines Rotorblattes im Teststand mit zunehmendem Ausmaß deutlich hörbar war. Ausgehend von diesen Beobachtungen wird angenommen, dass eine Rissbildung bereits im Anfangsstadium zu akustischen Emissionen im Frequenzbereich oberhalb der menschlichen Hörschwelle führt und dass sich diese Erscheinung mit zunehmender Schadensgröße in den tieferen, hörbaren Frequenzbereich verschiebt. AP 1: Voruntersuchungen, Hardware-Entwicklung und -Inbetriebnahme, AP 2: Erprobung und Erweiterung der Methodik auf dem Teststand, AP 3: Optimierung der Proportionalitäts-Methode und Erprobung der akustischen Methode unter realen Umgebungsbedingungen.