Gegenschall-Technik: Krach als Lärmschutz?

Sein Lärmproblem ging Immanuel Kant, der große Theoretiker, erstaunlich praktisch an. Den Gockel, der vor seiner Denkerstube krähte und ihm die Ruhe nahm, kaufte er kurzerhand dem Nachbarn ab – und verspeiste ihn mit Wonne.

Heute gehen Ingenieure anders vor, um Lärmgeplagten zu mehr Ruhe und friedlicherem Schlaf zu verhelfen. Sie suchen nach technischen Lösungen, um Lärm mit künstlichem Gegenlärm zu bekämpfen. Active Noise Control (ANC) oder Gegenschalltechnik nennt sich die Methode.

Das zugrunde liegende physikalische Prinzip ist schon seit 1936 bekannt und klingt recht simpel: Schall lässt sich durch Schall gleicher Frequenz auslöschen. Dazu müssen die Schallwellen von Lärmquelle und Gegenlärm aber um genau eine halbe Wellenlänge verschoben sein. Dann erst treffen Wellenberge exakt auf Wellentäler, und ihre Signale heben sich gegenseitig auf.

Über einen langen Zeitraum hinweg war die Idee technisch nicht umsetzbar. Erst seit wenigen Jahren sind Computerchips leistungsfähig genug, um den Antischall schnell genug berechnen und die gewünschte Wirkung erzielen zu können. Das beflügelte den Forscherdrang der Wissenschaftler.

In der Luft hat sich das Prinzip „Lärm bekämpft Lärm“ zuerst durchgesetzt. Seit Ende der 1980er-Jahre sind die Headsets von Piloten mit ANC-Technik ausgestattet. Sie verwandelt das laute Dröhnen der Flugzeugtriebwerke in ein sanftes Rauschen. Die Piloten müssen sich im Cockpit nicht mehr anschreien – das schont ihre Nerven und erhöht die Sicherheit.

Inzwischen können auch Fluggäste und Bahnkunden mit den komfortablen und erschwinglichen Gegenschall-Kopfhörern ruhiger und entspannter reisen. Sie sind mittlerweile ab 30 Euro im Handel erhältlich.

In Zukunft möchten Ingenieure mit dem künstlich erzeugten Gegenlärm ganze Räume von Krach befreien. Auch Autos wollen sie damit leiser machen und das Brummen von Bussen und Lkws dämpfen. Damit wäre vielen Menschen geholfen. Verkehrslärm stellt nach Luftverschmutzung das zweitgrößte Gesundheitsrisiko dar, besagt eine aktuelle Studie der Weltgesundheitsorganisation (WHO).

Jeder dritte Europäer fühle sich tagsüber durch Lärm gestresst, jeder fünfte habe deswegen Schlafstörungen. 1,8 Prozent der Herzinfarkte in den wirtschaftlich starken Ländern Europas würden auf Verkehrslärm zurückgehen. Das Knattern und Brummen, Quietschen und Surren, das uns überall und stets umgibt, ist also weit mehr als ein Ärgernis. Es ist eine gesundheitliche Bedrohung!

Das Ohr schläft nie

Das gilt besonders in der Nacht. Das Ohr schläft nie, lautet eine Redensart von Medizinern. Sobald wir schlummern, reagieren unsere Hörorgane deutlich sensibler als in wachem Zustand und nehmen erst recht jedes Rascheln, Knistern und Knacken wahr. Der Körper reagiert gestresst. Auch wenn uns der Verkehrslärm nicht aus dem Schlaf reißt, schadet er doch unserer Gesundheit.

Dieser Gefahr versucht eine Forschergruppe aus Hamburg seit einigen Jahren entgegenzutreten. Ihr Ziel: In lärmbelasteten Großstadtschlafzimmern sollen Gegenschallanlagen um das Bett „Inseln der Ruhe“ schaffen und stressfreies Schlummern ermöglichen – selbst bei gekipptem Fenster.

Dafür haben die Wissenschaftler eine Versuchsanlage ersonnen, deren Funktionsweise Oberingenieur Dr. Thomas Kletschkowski von der Helmut-Schmidt-Universität in Hamburg so erklärt: „Mit Mikrofonen nehmen wir die Störgeräusche auf, die durch das gekippte Fenster kommen. Ein Computerchip berechnet daraus Signale und übermittelt sie auf schnellstem Weg an die Lautsprecher. Diese erzeugen den passenden Gegenschall.“

Wie erfolgreich die erzielte Lärmminderung ist, ermittelt das Forscherteam mithilfe eines Kunstkopfes, der in einem Bett liegt und den Schall so aufzeichnet, wie ihn das menschliche Ohr erfasst. Im Idealfall ließe sich mit solch einer Anlage der Verkehrslärm im Kopfbereich eines Bettes völlig ausschalten.

Tatsächlich bewährt hat sich die Technik bislang aber nur unter Laborbedingungen. „Bei einzelnen Tönen können wir störenden Lärm nahezu vollständig ausblenden. Bei tieffrequentem Rauschen schaffen wir eine Geräuschminderung von bis zu 20 Dezibel. Damit ist der Lärm auf ein Hundertstel seiner anfänglichen Größe reduziert“, so Kletschkowski.

Außerhalb des Labors hat man es aber weniger mit Einzeltönen, sondern mit komplexen Geräuschteppichen zu tun, die sich aus den unterschiedlichsten Tönen zusammensetzen. Das gilt auch für Verkehrslärm: Während der Krach von Flugzeugen und Autos sich eher im mittel-, bisweilen auch im hochfrequenten Bereich bewegt, geben Omnibusse und Lastwagen vornehmlich tiefe Töne ab.

Wirksam bei tiefen Frequenzen

Doch gerade tiefe Frequenzen lassen sich durch herkömmliche Dämmstoffe und Schallschutzfenster schlecht abschwächen. Erfreulicherweise zeigt die Antischalltechnik genau hier ihre Stärken. Und so bringen die Hamburger Forscher inzwischen auch schon tieffrequente Brummtöne außerhalb des Labors zum Verstummen.

„Wir sind zuversichtlich, in den nächsten drei bis vier Jahren zusammen mit der Industrie ein Produkt entwickeln zu können, das die Lärmbelästigung im Schlafzimmer um etwa 12 Dezibel verringert“, sagt Kletschkowski. Das entspräche immerhin einer Halbierung der subjektiv empfundenen Lärmbelästigung.

Weitaus schwieriger als in Innenräumen ist der Einsatz der Technik im Freien. Das Problem: Damit die Methode funktioniert, muss der Antischall haar genau die Gegenphase des Lärmschalls treffen. Dazu Professor Detlef Krahé, der sich an der Bergischen Universität Wuppertal seit mehr als zehn Jahren mit der aktiven Lärmreduzierung befasst:

„Im Freien ist dies besonders schwer, da die Schallwellen aus unterschiedlichen Richtungen und Entfernungen kommen.“ Schon kleinste Abweichungen bewirken, dass die Lärmminderung rapide nachlässt. Im ungünstigsten Fall wird der Krach durch den Gegenschall sogar verstärkt.

Gleichwohl gelingt es dem Forscher mittlerweile, Außenbereiche von der Größe einer Terrasse mit Gegenschall abzuschirmen. Anwohner stark befahrener Straßen dürfen sich möglicherweise einmal über geräuscharme Balkone oder ruhige Ecken im Garten freuen – eine gewaltige Steigerung der Wohnqualität. „Die Größe der lärmberuhigten Zone hängt von der Schnelligkeit der eingesetzten Prozessoren und der Anzahl der Mikrofone und Lautsprecher ab“, erklärt Krahé.

Urs Reichart vom Umweltbundesamt (UBA) in Dessau sieht das Vorhaben eher skeptisch. „Im Moment sind lärmfreie Zonen im Außenbereich ein Wunschtraum“, lautet die nüchterne Einschätzung des Ingenieurs für technischen Umweltschutz. Völlig abwegig sei das Vorhaben aber nicht, da es gerade im Straßenverkehrsbereich viele tief- und mittelfrequente Geräusche gebe. Und diese lassen sich mit Gegenschall gut dämpfen.

Enormer Aufwand, hohe Kosten

Die Hauptgründe seiner Skepsis sind der enorme technische Aufwand und die hohen Kosten, die das Vorhaben erfordere. Und obwohl Lärm einen der wichtigsten gesundheitsschädlichen Umweltfaktoren darstelle, sagt Reichart, fehle es in weiten Kreisen der Bevölkerung an Bereitschaft, Geld für Geräuschreduzierung auszugeben.

Schließlich sei Lärm – so die vorherrschende Meinung – stets das Geräusch der anderen. Daher glauben weder Reichart noch Kletschkowski, dass sich das Gegenschallprinzip im Alltag durchsetzen wird – etwa in Form „flüstern der Haushalts- oder Freizeitgeräte“.

In Spezialanwendungen hat es sich aber schon bewährt, vor allem dort, wo herkömmliche Schutzmaßnahmen wenig Wirkung zeigen. In Lüftungs-, Abgas- und Heizungsanlagen oder lauten Produktionsumgebungen bietet Antischall eine ideale Ergänzung zum herkömmlichen Lärmschutz. Ein sinnvolles Einsatzgebiet könnte demnächst das Auto sein. Schon seit Jahren propagieren Pkw-Zulieferer den „flüsternden“ Auspuff, der den Krach aus der Abgasanlage um bis zur Hälfte verringern kann.

Doch auch hier gibt sich UBA-Experte Reichart skeptisch. Denn der neue Gegenschall-Auspuff bietet eine zusätzliche Spielerei: Damit lässt sich das Motorgeräusch ebenfalls manipulieren. Der Fahrer kann zwischen sehr leisem, betont sportlichem oder elegantem Klang wählen. Reichart befürchtet, dass viele Fahrer den Auspuff nicht zur Lärmminderung nutzen, sondern Unfug damit treiben werden. „Motorengeräusche würden dann nicht leiser, sondern eher lauter werden“, argwöhnt der Experte.

Vermutlich ist es in Deutschland auch tatsächlich so, dass sich sehr leise Gefährte nur schwer verkaufen ließen. Dafür spricht, dass Ende 2011 der erste Gegenschallauspuff in Serienfertigung gehen soll. Bestückt wird damit eine von Haus aus ruhig laufende Diesel-Limousine, deren Klang sich per Knopfdruck in den eines aggressiv wummernden Formel- 1-Rennwagens verwandeln lässt.