Reifen-Fahrbahn-Geräusche entstehen an der Grenzfläche zwischen Reifen und Fahrbahn durch Vibrations- und aerodynamische Mechanismen. Sie werden durch Oberflächentexturmerkmale der Fahrbahn beeinflusst, darunter Makrotextur, Megatextur, Porosität und Schallabsorption. Zu den Messmethoden gehören CPX (Close Proximity), SPB (Statistical Pass-By) und OBSI (On-Board Sound Intensity). Leisere Fahrbahnen verwenden offengradierte oder poröse Oberflächen wie OGFC, SMA und PFC. Dieses Glossar behandelt Geräuscherzeugungsmechanismen, Fahrbahn- und Reifenfaktoren, Messmethoden, leise Fahrbahnarten, Geräuschverschlechterung im Laufe der Zeit, Spezifikationen, Texturprüfung für Geräusche, Flughafenfahrbahngeräusche und Umweltgeräuschvorschriften.
Reifen-Fahrbahn-Geräusch, auch als Reifen-Fahrbahn-Interaktionsgeräusch (TRIN), Reifen-Fahrbahn-Geräusch (RFG) oder Reifen-Fahrbahn-Interaktionslärm (TPIN) bezeichnet, ist die akustische Energie, die an der Kontaktfläche zwischen einem rollenden Luftreifen und der Fahrbahnoberfläche erzeugt wird. Es ist akustisch inkorrekt, isoliert von „Fahrbahngeräusch" oder „Reifengeräusch" zu sprechen — weder Fahrbahn noch Reifen allein erzeugen Geräusche; der Schall entsteht ausschließlich durch ihre dynamische Interaktion während des rollenden Kontakts.
Die Erzeugungsmechanismen fallen in zwei grundlegende Kategorien: Vibrationsmechanismen und aerodynamische Mechanismen. Diese Mechanismen wirken gleichzeitig über überlappende Frequenzbereiche und ihre relativen Beiträge hängen von Fahrzeuggeschwindigkeit, Reifenkonstruktion, Fahrbahntextur und Umgebungsbedingungen ab.
Profilaufschlag tritt auf, wenn die Profilblöcke, Stollen oder Rippen des Reifens auf die Fahrbahnoberfläche treffen. Jedes Profilelement trifft beim Eintritt in die Kontaktfläche auf die Oberfläche und löst sich beim Austritt. Die Aufprallkräfte erregen Vibrationen in der Reifenlauffläche, im Gürtel, in der Seitenwand und in der Karkasse, die hauptsächlich im Frequenzbereich von 500-2000 Hz Schall abstrahlen. Die Amplitude des Profilaufschlaggeräuschs ist proportional zur Texturamplitude und zum Quadrat der Fahrzeuggeschwindigkeit.
Texturanregung überträgt das Fahrbahnoberflächenprofil (insbesondere Makrotextur- und Megatextur-Wellenlängen) in Vibrationsreaktionen der Reifenstruktur. Das Reifenprofilgummi wirkt als nachgiebiger Filter — kleinmaßstäbliche Textur (Mikrotextur, Wellenlängen unter 0,5 mm) wird durch Gummi-Deformation absorbiert und erzeugt keine signifikanten Vibrationen, während mittlere Wellenlängen (Makrotextur 0,5-50 mm, Megatextur 50-500 mm) direkt Reifenvibrationen anregen. Der Zusammenhang zwischen Texturwellenlänge λ und Geräuschfrequenz f bei Fahrzeuggeschwindigkeit V ist durch die Doppler-ähnliche Beziehung gegeben: f = V/λ, was bedeutet, dass bei 80 km/h eine Makrotextur-Wellenlänge von 20 mm eine Vibration bei etwa 1100 Hz erzeugt.
Stick-Slip-Reibung entsteht aus der relativen tangentialen Bewegung zwischen Reifenprofil-Gummielementen und der Fahrbahnoberfläche innerhalb der Kontaktfläche. Während sich der Reifen dreht, geraten Teile des Profils relativ zur Fahrbahn in Schlupf und erzeugen Reibungsanregung. Der Stick-Slip-Mechanismus erzeugt breitbandige Geräuschanteile, die sich von niedrigen Frequenzen (200-500 Hz) bis in den mittleren Frequenzbereich erstrecken.
Stick-Snap-Adhäsion resultiert aus der adhäsiven Verbindung zwischen dem Profilgummi und der Fahrbahnoberfläche unter der Normallast des Reifens. Wenn der Reifen nach vorne rollt und die Hinterkante der Kontaktfläche abhebt, brechen diese adhäsiven Bindungen abrupt und setzen gespeicherte elastische Energie als hochfrequente Schallabstrahlung frei. Der Stick-Snap-Mechanismus trägt vorwiegend zu Geräuschen im Bereich von 1000-4000 Hz bei und ist besonders auf glatten, sauberen, trockenen Oberflächen mit hoher Gummi-Oberflächen-Adhäsion ausgeprägt.
Luftpumpen ist der dominierende aerodynamische Geräuschmechanismus. Wenn der Reifen vorwärts rollt, wird Luft, die in den Hohlräumen zwischen Profilrillen und Fahrbahnoberflächenunregelmäßigkeiten eingeschlossen ist, an der Vorderkante der Kontaktfläche schnell verdichtet und ausgestoßen. An der Hinterkante, wenn sich die Hohlräume öffnen, wird Luft abrupt eingesaugt, um das durch die sich trennenden Oberflächen entstehende Teilvakuum zu füllen. Diese schnelle Luftverdrängung erzeugt eine charakteristische breitbandige Geräuschspitze mit einem Maximum um 800-1200 Hz. Der Luftpumpeffekt skaliert mit der vierten Potenz der Geschwindigkeit und ist damit bei Autobahngeschwindigkeiten die dominierende Geräuschquelle. Fahrbahnen mit hoher miteinander verbundener Porosität sind wirksam bei der Unterdrückung des Luftpumpens, da die Luft vertikal durch die Fahrbahnporenstruktur entweichen kann, anstatt seitlich ausgestoßen zu werden.
Rohrresonanz tritt in den Längsrillen des Reifenprofilmusters auf, die geschlossene oder offene akustische Rohre bilden. Wenn der Reifen über die Fahrbahn rollt, wird die Luft in diesen Rillen zu resonanten Schwingungen bei Frequenzen angeregt, die durch die Rillenlänge und die Schallgeschwindigkeit bestimmt werden. Typische Rohrresonanzfrequenzen liegen je nach Rillengeometrie zwischen 500-3000 Hz. Die Resonanz verstärkt den Schall bei bestimmten Frequenzen und erzeugt tonale Komponenten im Gesamtgeräuschspektrum.
Helmholtz-Resonanz tritt in Hohlräumen zwischen Reifenprofilblöcken und der Fahrbahnoberfläche auf, die als Helmholtz-Resonatoren wirken — Hohlräume, die durch einen schmalen Hals oder eine schmale Öffnung mit der Außenluft verbunden sind. Diese Resonatoren verstärken den Schall bei ihrer Eigenfrequenz, die vom Hohlraumvolumen und der Halsgeometrie abhängt. Die Helmholtz-Resonanz trägt typischerweise zu Geräuschen im Bereich von 500-2000 Hz bei.
Luftturbulenzen, die um den rotierenden Reifen erzeugt werden, produzieren breitbandige aerodynamische Geräusche. Die turbulente Grenzschicht auf der Reifenoberfläche und das Nachlaufgebiet hinter der Kontaktfläche erzeugen Druckschwankungen, die als Schall abgestrahlt werden. Luftturbulenzgeräusche werden bei sehr hohen Geschwindigkeiten (über 120 km/h) signifikant, sind aber bei normalen Verkehrsgeschwindigkeiten im Allgemeinen sekundär gegenüber Vibrations- und Luftpumpmechanismen.
Fahrbahnoberflächeneigenschaften sind die primären kontrollierbaren Faktoren bei der Erzeugung von Reifen-Fahrbahn-Geräuschen. Die Fahrbahnparameter, die das Geräusch am stärksten beeinflussen, sind Makrotextur, Megatextur, Porosität (Luftporengehalt und Konnektivität) und Schallabsorption.
Makrotextur umfasst Fahrbahnoberflächenabweichungen mit Wellenlängen zwischen 0,5 mm und 50 mm und Amplituden typischerweise im Bereich von 0,2-5,0 mm, wie in ISO 13473 und PIARC-Richtlinien definiert. Dieser Texturbereich deckt sich direkt mit den Abmessungen der Reifenprofilelemente und der Kontaktflächen-Grenzfläche, was ihn zum bedeutendsten einzelnen Fahrbahnparameter für die Geräuscherzeugung macht.
Die mittlere Profiltiefe (MPD), gemessen nach ISO 13473-1, oder die mittlere Texturtiefe (MTD), gemessen nach ASTM E965 (Sandfleck-Verfahren), sind die primären Makrotexturindizes. Bei dichtgradierten Fahrbahnen folgt der Zusammenhang zwischen Makrotextur und Geräusch einer U-förmigen Kurve: sehr glatte Oberflächen (MPD unter 0,3 mm) erhöhen das Geräusch durch verstärkte Stick-Snap-Adhäsion, während sehr raue Oberflächen (MPD über 1,5 mm) das Geräusch durch übermäßigen Profilaufschlag und Vibrationsanregung erhöhen. Der optimale Makrotexturbereich zur Minimierung von Geräuschen auf dichten Fahrbahnen liegt bei etwa MPD von 0,5-0,8 mm.
Das Texturspektrum (die Verteilung der Texturamplitude über Wellenlängen) ist aussagekräftiger als Einzelwertindikatoren. Die PIARC-Klassifikation unterteilt Textur in vier Wellenlängenbereiche: Mikrotextur (λ < 0,5 mm), Makrotextur (0,5-50 mm), Megatextur (50-500 mm) und Unebenheit (500 mm-50 m). Jeder Bereich trägt unterschiedlich zum Geräusch bei: Mikrotextur beeinflusst die Reibung, ist aber zu fein, um Reifenvibrationen anzuregen; Makrotextur ist der Haupttreiber für Reifen-Vibrationsgeräusche; Megatextur erzeugt niederfrequente Geräusche und Dröhnen im Fahrzeuginnenraum; Unebenheit beeinflusst den Fahrkomfort, hat aber einen minimalen direkten Geräuschbeitrag.
Megatextur umfasst Oberflächenabweichungen mit Wellenlängen von 50 mm bis 500 mm. Dieser Bereich umfasst größere Oberflächenmerkmale wie Fahrbahnschäden (Schlaglöcher, Ausbrüche, Flickstellen, Risse), offengradierte Gesteinskörnungsüberstände, quer verlaufende Bauwerksfugen und Oberflächenwelligkeiten. Megatextur erzeugt niederfrequente Geräusche typischerweise unter 500 Hz, die sowohl als Luftschall als auch als Körperschall durch Reifen, Aufhängung und Fahrzeugkarosserie übertragen werden. Megatextur-bedingte Geräusche sind für Fahrzeuginsassen besonders störend, da niederfrequenter Schall durch Fahrzeugschalldämmung weniger effektiv gedämpft wird.
Die Überprüfung der Megatextur ist für die Geräuschbewertung wichtig, da Texturverschlechterung im Laufe der Zeit — Ausmagerung (Gesteinskörnungsverlust), Spurrinnenbildung (Oberflächenverformung), Flickstellen und Risse — die Megatexturamplitude und entsprechend die Geräuschpegel erhöht. Eine Fahrbahn, die aufgrund optimierter Makrotextur anfangs leise war, kann durch fortschreitende Megatexturentwicklung laut werden.
Fahrbahnporosität bezeichnet das Volumen miteinander verbundener Luftporen innerhalb der Fahrbahnmischung, ausgedrückt als Prozentsatz des gesamten Fahrbahnvolumens. Dichtgradierter Heißmischasphalt (HMA) hat typischerweise 3-8 % Luftporen, während offengradierte Mischungen 15-25 % Luftporen aufweisen. Das miteinander verbundene Porensystem in porösen Fahrbahnen bietet zwei Geräuschreduzierungsmechanismen:
Schallabsorption: Wenn Schallwellen von der Reifen-Fahrbahn-Grenzfläche in die Fahrbahnoberfläche eindringen, treten sie in die poröse Struktur ein und werden durch viskose Reibung und thermische Dämpfung innerhalb des gewundenen Porennetzwerks abgeschwächt. Die Schallabsorption wird durch den Schallabsorptionskoeffizienten α quantifiziert, gemessen nach ISO 10534 oder ASTM E1050 mit Impedanzrohrverfahren. Poröse Fahrbahnen können Schallabsorptionskoeffizienten von 0,3-0,8 im Bereich von 500-2000 Hz erreichen, wodurch die reflektierte Schallenergie erheblich reduziert wird.
Luftpumpenunterdrückung: Die miteinander verbundene Porenstruktur bietet einen Fluchtweg für Luft, die durch den rollenden Reifen verdrängt wird. Anstatt gewaltsam seitlich an der Vorderkante der Kontaktfläche ausgestoßen zu werden (was laute Luftpumpgeräusche erzeugt), kann die Luft vertikal in die Fahrbahn strömen. Dieser Mechanismus ist am wirksamsten für Frequenzen um 1000 Hz, bei denen das Luftpumpen dominiert.
Der Geräuschreduzierungsvorteil nimmt mit dem Luftporengehalt bis zu etwa 22-25 % zu, darüber hinaus bringen weitere Erhöhungen abnehmende akustische Erträge und können die Fahrbahndauerhaftigkeit beeinträchtigen. Die Porenkonnektivität (und nicht die Gesamtporosität) ist der kritische Parameter — isolierte Poren tragen nicht zur Schallabsorption oder Luftpumpenunterdrückung bei.
Die akustische Impedanz der Fahrbahnoberfläche bestimmt, wie viel Schallenergie an der Luft-Fahrbahn-Grenze reflektiert versus absorbiert wird. Bei dichten, nicht porösen Fahrbahnen wie herkömmlichem dichtgradiertem Asphalt und Portlandzementbeton ist die Oberfläche akustisch hart mit einem Reflexionskoeffizienten nahe 1,0, was bedeutet, dass praktisch die gesamte einfallende Schallenergie reflektiert wird. Poröse Fahrbahnen haben eine geringere akustische Impedanz, sodass Schallenergie in die Oberfläche eindringen kann.
Die Fahrbahn-steifigkeit (Elastizitätsmodul) beeinflusst das Geräusch ebenfalls indirekt. Steifere Fahrbahnen verformen sich unter Reifenlast weniger, was niederfrequente Geräusche durch Fahrbahndurchbiegung reduziert. Die Steifigkeit beeinflusst jedoch auch die Reifen-Fahrbahn-Kontaktmechanik und die Vibrationsübertragung. Betonfahrbahnen sind deutlich steifer als Asphaltfahrbahnen (Elastizitätsmodul 30-40 GPa für Beton gegenüber 2-5 GPa für Asphalt), was das Reifenvibrationsverhalten beeinflusst.
Reifenkonstruktionsparameter beeinflussen maßgeblich die Geräusche, die an der Reifen-Fahrbahn-Grenzfläche erzeugt werden. Die primären Reifenfaktoren umfassen Profilmusterdesign, Reifenaufbau, Gummimischungseigenschaften und Reifenzustand.
Das Profilmuster ist der wichtigste einzelne Reifenfaktor bei der Geräuscherzeugung. Profilelemente wie Stollen, Blöcke, Rippen und Rillen interagieren mit der Fahrbahnoberfläche und erzeugen sowohl Vibrations- als auch aerodynamische Geräusche. Zu den wichtigsten Konstruktionsparametern gehören:
Profilblockgeometrie: Größe, Form, Abstand und Ausrichtung der Profilblöcke bestimmen die Aufprallkräfte und die Luftpumpeigenschaften. Größere Blöcke erzeugen höhere Aufprallgeräusche, können aber das Luftpumpen durch Minimierung des Hohlraumvolumens verringern. Der Blockabstand (Teilung) bestimmt die Frequenz der periodischen Aufprallanregung. Variable Teilungssequenzen (Teilungsrandomisierung) werden weitgehend eingesetzt, um die Aufprallenergie über einen breiteren Frequenzbereich zu verteilen, wodurch tonale Spitzen und die wahrgenommene Lautstärke reduziert werden.
Rillenkonfiguration: Längsrillen (umlaufende Kanäle) erzeugen Rohrresonanzgeräusche bei Frequenzen, die durch die Rillenlänge bestimmt werden. Querrillen (seitliche Kanäle) verstärken das Luftpumpen durch Einschließen und Freisetzen von Luft. Rillenbreite, -tiefe und -wandwinkel beeinflussen sowohl die Geräuscherzeugung als auch die Wasserableitung.
Einschnittdichte: Einschnitte (dünne Schlitze in Profilblöcken) verändern die Steifigkeit der Profilelemente und beeinflussen die Kontaktdruckverteilung. Eine höhere Einschnittdichte reduziert die Profilblocksteifigkeit, was Aufprallgeräusche verringern, aber die Stick-Slip-Anregung erhöhen kann.
Gürtel- und Karkassenkonstruktion: Das Gürtelpaket (Stahlgürtel mit Gummi-Zwischenschichten) und die Karkassenlagen bestimmen die strukturelle Steifigkeit und das Vibrationsverhalten des Reifens. Radialreifen (der Standard für Personenkraftwagen) erzeugen aufgrund von Unterschieden in Gürtelsteifigkeit und Dämpfung andere Geräuscheigenschaften als Diagonalreifen.
Seitenwanddesign: Seitenwandgeometrie und -material beeinflussen die Übertragung von Geräuschen von der Kontaktfläche zur Umgebungsluft. Steifere Seitenwände übertragen mehr Vibrationsenergie an die Luft und erhöhen so das abgestrahlte Geräusch.
Reifenluftdruck: Niedrigerer Luftdruck vergrößert die Kontaktfläche und reduziert die effektive Steifigkeit der Reifenstruktur, was die Kontaktmechanik und die Geräuscherzeugung verändert. Unteraufgepumpte Reifen erzeugen typischerweise erhöhte niederfrequente Geräusche aufgrund der größeren Kontaktfläche und veränderter Profilelementbelastung.
Reifengröße und -breite: Breitere Reifen erzeugen größere Kontaktflächen und erhöhte Luftverdrängung, was potenziell die Geräuschpegel erhöht. Allerdings verteilen breitere Reifen die Last auch über eine größere Fläche, wodurch Kontaktdruck und Aufprallkräfte der Profilelemente reduziert werden.
Die viskoelastischen Eigenschaften von Profilgummimischungen beeinflussen sowohl die Geräuscherzeugung als auch die -übertragung. Die Härte (gemessen mit Shore A Durometer) bestimmt die Steifigkeit der Profilelemente — härtere Mischungen erhöhen Aufprallgeräusche, können aber die Stick-Snap-Adhäsion verringern. Die Dämpfung (Verlustmodul) beeinflusst die Übertragung von Vibrationsenergie durch die Reifenstruktur — höhere Dämpfung reduziert die Geräuschabstrahlung, erhöht aber die innere Wärmeentwicklung. Die Temperaturempfindlichkeit ist signifikant, da sich Gummieigenschaften mit der Temperatur ändern; kältere Temperaturen erhöhen die Gummihärte, was die Geräuschpegel im Vergleich zu warmen Bedingungen typischerweise um 1-3 dB(A) erhöht.
Standardisierte Messmethoden sind unerlässlich für die Quantifizierung von Reifen-Fahrbahn-Geräuschen, die Klassifizierung von Fahrbahnoberflächen und die Überprüfung der Einhaltung von Geräuschspezifikationen. Drei primäre Verfahren sind international anerkannt: die Close Proximity (CPX)-Methode, die Statistical Pass-By (SPB)-Methode und die On-Board Sound Intensity (OBSI)-Methode.
Die CPX-Methode misst Reifen-Fahrbahn-Geräusche aus geringer Entfernung mit Mikrofonen, die auf einem speziellen Messanhänger oder -fahrzeug montiert sind, typischerweise 200 mm von der Reifenseitenwand und 100-200 mm über der Fahrbahnoberfläche positioniert. Der Messaufbau ist in einer schallabschirmenden Einhausung untergebracht, um Windgeräusche und Fremdschalleinwirkungen zu minimieren.
Standardreferenzreifen: Die CPX-Methode spezifiziert die Verwendung des Standard Reference Test Tire (SRTT) — des ASTM F2493 P225/60R16 oder P215/70R15-Reifens — um Vergleichbarkeit zwischen Messungen zu gewährleisten. Der SRTT hat ein standardisiertes Profilmuster und eine standardisierte Gummimischung, um die Reifenvariabilität als Faktor auszuschließen.
Messprotokoll: Der CPX-Anhänger wird mit konstanter Geschwindigkeit gezogen, typischerweise 50, 65, 80 und 100 km/h (oder anderen festgelegten Geschwindigkeiten). Die Schalldruckpegel werden kontinuierlich aufgezeichnet, während das Fahrzeug den Fahrbahnabschnitt befährt. Die Ergebnisse werden als CPX-Geräuschpegel in dB(A) angegeben, gemittelt über die Länge des Prüfabschnitts (typischerweise 100-200 m pro homogenem Abschnitt).
Vorteile: CPX kann lange durchgehende Fahrbahnabschnitte effizient testen; es isoliert Reifen-Fahrbahn-Geräusche von anderen Fahrzeuggeräuschquellen (Motor, Abgas, Aerodynamik); die Ergebnisse sind mit einer Standardabweichung von etwa 0,5-1,0 dB(A) wiederholbar; das Verfahren ist für Fahrbahn-Geräuschuntersuchungen auf Netzebene geeignet.
Einschränkungen: Die nahe Mikrofonplatzierung repräsentiert möglicherweise nicht vollständig die von Straßenrandbeobachtern wahrgenommenen Geräusche (das Fernfeldgeräusch); es wird nur eine Reifengröße und -art (SRTT) getestet; der Anhänger erfordert Verkehrsmanagement während der Tests; die Ergebnisse werden durch die Umgebungstemperatur beeinflusst und erfordern eine Temperaturkorrektur.
Die SPB-Methode misst den maximalen A-bewerteten Schalldruckpegel, der von einzelnen Fahrzeugen im normalen Verkehrsfluss erzeugt wird, wenn sie an einem Straßenrandmikrofon vorbeifahren, das 7,5 m von der Mitte der Fahrspur und 1,2 m über der Fahrbahnoberfläche positioniert ist (7,5 m vom Mikrofon zur Fahrspurmittelachse für jede Fahrtrichtung).
Klassifizierung nach Fahrzeugkategorie: Fahrzeuge werden in Klassen eingeteilt, die in ISO 11819-1 definiert sind. Die gemessenen Vorbeifahrtpegel werden mit der Fahrzeuggeschwindigkeit korreliert, und für jede Fahrzeugkategorie wird eine Regressionsgerade ermittelt. Die Regression wird dann verwendet, um den SPB-Indexpegel bei einer Referenzgeschwindigkeit (typischerweise 80 km/h) für jede Fahrzeugkategorie zu bestimmen. Die Fahrbahn wird anhand des SPB-Index-Wertes klassifiziert.
Vorteile: SPB misst die tatsächlichen Geräusche, die Anwohner unter realen Verkehrsbedingungen erfahren; es erfasst alle Fahrzeuggeräuschquellen (einschließlich Motor- und Abgasbeiträge), die zur Lärmbelastung der Gemeinschaft beitragen; das Verfahren erfordert kein spezielles Testfahrzeug oder Verkehrskontrolle.
Einschränkungen: Die Ergebnisse werden durch Verkehrszusammensetzung, Geschwindigkeitsverteilung und Umgebungsbedingungen beeinflusst; eine große Anzahl von Fahrzeugvorbeifahrten (typischerweise 100-200) ist für die statistische Zuverlässigkeit erforderlich; das Verfahren kann Reifen-Fahrbahn-Geräusche nicht von Antriebsgeräuschen isolieren; die Prüfabschnittlänge muss mindestens 100 m betragen; Änderungen in der Fahrzeugflottenzusammensetzung im Laufe der Zeit verringern die Vergleichbarkeit.
Die OBSI-Methode misst die Schallintensität (anstelle des Schalldrucks) an der Reifen-Fahrbahn-Grenzfläche mit einer Schallintensitätssonde (einem Paar angepasster phasenausgerichteter Mikrofone oder einer Mikrofon-Teilchengeschwindigkeits-Sonde), die am Testfahrzeug montiert ist. Die Sonde wird innerhalb von 75-100 mm von der Reifenseitenwand und 50-100 mm über der Fahrbahnoberfläche positioniert.
Vorteile: Die Schallintensitätsmessung wird nicht durch Hintergrundgeräusche anderer Quellen (Motor, Abgas, Wind, anderer Verkehr) beeinflusst, da die Intensität eine Vektorgröße ist, die die Unterscheidung von Schallenergie aus der Messrichtung gegenüber Fremdquellen ermöglicht; OBSI kann die Reifen-Fahrbahn-Geräuschkomponente selbst in lauten Umgebungen isolieren; das Verfahren liefert frequenzaufgelöste Intensitätsspektren von 315-5000 Hz; OBSI kann während der normalen Fahrt ohne Verkehrskontrolle durchgeführt werden.
Korrelation zu CPX: OBSI-Ergebnisse sind hoch korreliert mit CPX-Messungen (R² typischerweise >0,9), da beide Methoden Reifen-Fahrbahn-Geräusche im Nahfeld messen. Der OBSI-Schallintensitätspegel in dB(A) ist numerisch ähnlich dem CPX-Schalldruckpegel für dieselbe Fahrbahn- und Reifenkombination, typischerweise innerhalb von 1-2 dB(A).
Einschränkungen: Die Ausrüstung ist spezialisiert und erfordert sorgfältige Kalibrierung; die Sondenpositionierung ist kritisch und muss innerhalb enger Toleranzen gehalten werden; OBSI misst die Nahfeldintensität, die eine Umrechnung für die Fernfeldgeräuschvorhersage erfordert; das Verfahren ist noch nicht so weit standardisiert wie CPX.
Mehrere spezialisierte Fahrbahnarten wurden entwickelt, um Reifen-Fahrbahn-Geräusche zu reduzieren. Die Geräuschreduzierungsmechanismen unterscheiden sich je nach Fahrbahnart, wie unten zusammengefasst:
| Fahrbahnart | Typische Geräuschreduzierung | Primärer Mechanismus | Typische Nutzungsdauer | Typische Luftporen |
|---|---|---|---|---|
| Dichtgradierter HMA | Referenz (0 dB) | — | 10-15 Jahre | 3-8 % |
| OGFC (12,5 mm NMAS) | 3-5 dB(A) | Absorption + Luftpumpenunterdrückung | 8-12 Jahre | 15-22 % |
| Feiner OGFC (9,5 mm NMAS) | 4-6 dB(A) | Absorption + feinere Textur | 8-12 Jahre | 15-22 % |
| SMA (Splittmastixasphalt) | 1-3 dB(A) | Optimierte Makrotextur | 12-18 Jahre | 3-6 % |
| Poröse Reibungsschicht | 4-7 dB(A) | Porosität + Absorption | 7-12 Jahre | 18-25 % |
| Diamantgeschliffener Beton | 2-5 dB(A) | Längstextur | 12-20 Jahre | N/A (Beton) |
| Beton mit freigelegter Gesteinskörnung | 2-4 dB(A) | Optimierte Makrotextur | 15-25 Jahre | N/A (Beton) |
OGFC, auch bekannt als permeable Reibungsschicht (PFC) oder poröser Asphalt, ist eine offengradierte Asphaltmischung mit 15-25 % Luftporen, erreicht durch eine ausfallgradierte Gesteinskörnungsabstufung mit hohem Grobanteil und geringem Feinanteil. OGFC wird als dünne Verschleißschicht (typischerweise 20-40 mm Dicke) auf einer dichtgradierten Tragschicht aufgebracht.
Geräuschreduzierung: OGFC bietet typischerweise eine Geräuschreduzierung von 3-6 dB(A) im Vergleich zu dichtgradiertem HMA. Die Reduzierung ist frequenzabhängig, mit maximaler Wirksamkeit im Bereich von 1000-4000 Hz, in dem Luftpumpgeräusche dominieren. Die Geräuschreduzierung entspricht einer Halbierung des Verkehrsvolumens (eine Reduzierung von 3 dB) oder mehr.
Mischungsdesign: Das OGFC-Mischungsdesign folgt ASTM D7064/D7064M oder behördenspezifischen Standards. Zu den wichtigsten Konstruktionsparametern gehören Bindemitteltyp (typischerweise polymermodifizierter PG 76-22 oder höher), Bindemittelgehalt (5,5-7,0 %), Faserverstärkung (0,3-0,4 % Zellulose- oder Mineralfasern zur Verhinderung von Bindemittelabtropfen) und Gesteinskörnungsqualität (Los-Angeles-Abrieb maximal 45 %). Neuere Forschungen haben gezeigt, dass eine Erhöhung des Feinteilgehalts (Anteil < 75 μm Sieb) auf 3-6 % die Haltbarkeit verbessert, während ausreichende Durchlässigkeit und Geräuschreduzierung erhalten bleiben.
Geräuschverschlechterung: Die Geräuschreduzierung von OGFC lässt im Laufe der Zeit aufgrund von Porenverstopfung und Ausmagerung nach. Studien zeigen, dass die Geräuschreduzierungsvorteile etwa 5-10 Jahre anhalten, danach können die Geräuschpegel die von herkömmlichen dichtgradierten Fahrbahnen erreichen oder überschreiten. Die Verschlechterungsrate hängt von Verkehrsaufkommen, Klima, Gesteinskörnungsqualität und Wartungspraxis ab.
SMA, auch als Splittmastixasphalt bekannt, ist eine ausfallgradierte Mischung mit einem groben Gesteins-Skelett (Stein-auf-Stein-Kontakt) und einem reichhaltigen Mörtelbindemittel (6-7 % Asphaltgehalt, 8-12 % mineralischer Füller). SMA hat niedrigere Luftporen (3-6 %) als OGFC, bietet aber Geräuschreduzierung durch optimierte Makrotextur anstelle von Porosität.
Geräuschreduzierung: SMA bietet etwa 1-3 dB(A) Geräuschreduzierung im Vergleich zu dichtgradiertem HMA. Die Reduzierung ist moderater als bei OGFC, aber über die Fahrbahnlebensdauer haltbarer. Die SMA-Geräuschreduzierung ist auf die gleichmäßige Makrotextur zurückzuführen, die durch das Stein-auf-Stein-Gesteinsskelett erzeugt wird, was sowohl die Aufprall- als auch die Luftpumpanregung im Vergleich zu herkömmlichen dichtgradierten Oberflächen reduziert.
Vorteile gegenüber OGFC: SMA hat eine deutlich längere Nutzungsdauer (12-18 Jahre gegenüber 8-12 Jahren für OGFC), bessere Beständigkeit gegen Ausmagerung und besseres strukturelles Verhalten unter Schwerverkehr. SMA wird für hochbelastete Anwendungen wie Kreuzungen, Bushaltestellen und Schwertransportrouten empfohlen, wo die OGFC-Haltbarkeit unzureichend ist.
Diamantschliff ist eine Betonfahrbahnsanierungstechnik, bei der eine rotierende Trommel mit diamantbestückten Sägeblättern eine Längstextur auf der Betonoberfläche erzeugt. Die Blätter schneiden parallele Rillen (typischerweise 2-3 mm breit und 3-6 mm tief im Abstand von 3-4 mm), wodurch eine gleichmäßige, eng beabstandete Textur entsteht.
Geräuschreduzierung: Diamantgeschliffener Beton reduziert Geräusche um 2-5 dB(A) im Vergleich zu Betonoberflächen mit Querrillung (der traditionellen Betontexturierungsmethode). Die Längstextur erzeugt weniger periodische Aufprallanregung als Querrillung und reduziert tonale Komponenten im Geräuschspektrum. Die Rillengeometrie (Breite, Tiefe, Abstand und Stege zwischen den Rillen) kann für die Geräuschreduzierung optimiert werden — das Next Generation Concrete Surface (NGCS)-Design mit engerem Blattabstand erzeugt Geräuschpegel, die mit HMA vergleichbar sind.
Geräuschverschlechterung: Die Geräuschreduzierung von diamantgeschliffenen Oberflächen ist relativ stabil über die Zeit, mit allmählichen Zunahmen, wenn die Rillen durch Verkehrspolitur verschleißen. Die Texturlebensdauer hängt von der Gesteinskörnungs-Härte und dem Verkehrsabrieb ab.
Dünne Asphaltschichten: Sehr dünner Asphaltbeton (VTAC) und ultra-dünner Asphaltbeton (UTAC) mit maximalen Korngrößen von 6-10 mm erzeugen eine feine Makrotextur, die Geräusche reduziert. Diese sind typischerweise 15-25 mm dick und können eine Geräuschreduzierung von 2-4 dB(A) erreichen.
Poröser Beton: Durchlässiger Beton mit 15-30 % miteinander verbundenen Poren kann eine ähnliche Geräuschreduzierung wie OGFC bieten, aber seine strukturellen Einschränkungen beschränken seine Verwendung im Allgemeinen auf Anwendungen mit niedrigen Geschwindigkeiten und geringem Verkehrsaufkommen.
Die akustische Leistung aller Fahrbahnoberflächen ändert sich im Laufe der Zeit durch einen Prozess der Texturentwicklung. Das Verständnis dieser Verschlechterung ist für die Fahrbahnprüfung, Wartungsplanung und Geräuschmanagement unerlässlich.
Porenverstopfung: Bei porösen Fahrbahnen (OGFC, PFC) füllt sich das miteinander verbundene Porensystem fortschreitend mit Staub, Sand, Blättern, Reifenabriebpartikeln und anderen Ablagerungen. Verstopfung reduziert den Schallabsorptionskoeffizienten und unterdrückt den Luftpumpenreduzierungsmechanismus. Die Forschung zeigt, dass der Schallabsorptionskoeffizient von OGFC innerhalb von 3-5 Jahren ohne Wartung von 0,6-0,8 (neu) auf unter 0,2 (verstopft) sinken kann.
Ausmagerungsfortschritt: Ausmagerung — der fortschreitende Verlust von Gesteinskörnungspartikeln von der Fahrbahnoberfläche — erhöht die Makrotextur- und Megatextur-Amplituden. Der zufällige Verlust von Gesteinskörnung erzeugt Oberflächenunregelmäßigkeiten, die die Aufprallanregung erhöhen und breitbandige Geräuschzunahmen erzeugen. Ausmagerung ist die Hauptursache für Geräuschzunahme bei OGFC nach der anfänglichen Verstopfungsphase.
Gesteinskörnungs-Politur: Oberflächen-Gesteinskörnungen werden unter Verkehr poliert, was die Mikrotextur reduziert, aber typischerweise einen sekundären Effekt auf das Geräusch im Vergleich zu Makrotextur- und Megatextur-Änderungen hat.
Strukturelle Verschlechterung: Risse, Spurrinnen, Flickstellen und Fugenverschlechterung erhöhen die Megatexturamplitude, was zu niederfrequenten Geräuschzunahmen und Körperschall führt.
Feldstudien zur Leistung leiser Fahrbahnen haben typische Geräuschzunahmeraten dokumentiert:
Fahrbahngeräusche nehmen mit abnehmender Temperatur aufgrund erhöhter Reifengummisteifigkeit zu. Der Temperatureffekt beträgt etwa 0,1 dB(A) pro °C — was bedeutet, dass Geräuschpegel, die bei 0 °C gemessen werden, etwa 3 dB(A) höher sind als bei 30 °C für dieselbe Fahrbahn. Die Temperaturkorrektur wird angewendet, um Geräuschmessungen auf eine Referenztemperatur (typischerweise 20 °C) zu standardisieren.
Fahrbahngeräuschspezifikationen legen maximal zulässige Geräuschpegel für neue und bestehende Fahrbahnen fest. Spezifikationen variieren je nach Rechtsraum, beziehen sich aber im Allgemeinen auf eines der standardisierten Messverfahren (CPX, SPB oder OBSI) und definieren Schwellenwerte für die Fahrbahnabnahme.
Mehrere europäische Länder haben Geräuschklassifizierungssysteme für Fahrbahnoberflächen eingeführt. Das Nordic Noise Classification-System (Schweden, Norwegen, Dänemark, Finnland) definiert Geräuschklassen A-D basierend auf CPX-Messungen bei 80 km/h, wobei Klasse A CPX-Pegel unter 90 dB(A) für Personenkraftwagenreifen erfordert.
Die Niederlande haben eine umfassende Geräuschspezifikation mit:
Frankreich verwendet ein Klassifizierungssystem, das Fahrbahnen basierend auf CPX-Messungen bei 80 km/h in die Kategorien leise, mittel und laut einteilt.
Die FHWA Quiet Pavement Pilot Programs in Kalifornien, Arizona und Texas haben Geräuschspezifikationen für Lärmminderungsprojekte festgelegt. Kaliforniens Spezifikation erfordert CPX- oder OBSI-Messungen bei der Abnahme und in regelmäßigen Abständen während der Nutzungsdauer. Das California Department of Transportation (Caltrans) spezifiziert maximale OBSI-Pegel von 98-100 dB(A), abhängig von der Fahrbahnart.
Das Arizona Department of Transportation (ADOT) Quiet Pavement Program hat Spezifikationen festgelegt, die eine Geräuschreduzierung von 3 dB(A) oder mehr im Vergleich zu einer standardmäßigen dichtgradierten HMA-Referenzoberfläche erfordern, wobei die Messungen mit der OBSI-Methode durchgeführt werden.
Geräuschmessungen zur Einhaltung von Spezifikationen müssen von zertifizierten Bedienern mit kalibrierter Ausrüstung durchgeführt werden. Temperatur, Windgeschwindigkeit (typischerweise < 5 m/s), Fahrbahnzustand (trocken) und Hintergrundgeräuschpegel werden alle kontrolliert, um gültige Messungen sicherzustellen.
Die Fahrbahntexturprüfung für die Geräuschbewertung umfasst die Messung der Oberflächeneigenschaften, die mit der akustischen Leistung korrelieren. Die Prüfung wird sowohl bei der Fahrbahnabnahme (zur Überprüfung der anfänglichen Geräuschleistung) als auch regelmäßig während der Nutzungsdauer (zur Überwachung von Verschlechterungen und Auslösung von Wartung) durchgeführt.
Mittlere Profiltiefe (MPD): Gemessen nach ISO 13473-1 mit Laserprofilometern. Ein 100-mm-Profil wird in zwei 50-mm-Segmente unterteilt, und die mittlere Profiltiefe wird als Durchschnitt der höchsten Spitzen minus des mittleren Niveaus berechnet. MPD korreliert mit dem CPX-Geräuschpegel, wobei der optimale Bereich für minimales Geräusch bei dichten Fahrbahnen 0,5-0,8 mm beträgt.
Mittlere Texturtiefe (MTD): Gemessen nach ASTM E965 mit dem Sandfleck-Verfahren. Ein bekanntes Sandvolumen wird über eine kreisförmige Fläche auf der Fahrbahnoberfläche verteilt, und der Durchmesser des Flecks wird gemessen. MTD korreliert gut mit MPD und liefert ein volumetrisches Maß der Texturtiefe.
Texturprofilanalyse: Laserprofilometer können Texturspektren über den gesamten Wellenlängenbereich (Mikrotextur bis Unebenheit) messen. Die Spektralanalyse liefert detailliertere Einblicke als Einzelwertparameter und ermöglicht die Identifizierung spezifischer Wellenlängenbänder, die zum Geräusch beitragen.
Schallabsorptionsmessung: Bei porösen Fahrbahnen wird der Schallabsorptionskoeffizient in situ mit Impedanzrohrverfahren (ISO 10534) oder durch Analyse von Bohrkernen im Labor-Impedanzrohr gemessen. Ein minimaler Schallabsorptionskoeffizient (typischerweise 0,3-0,5 bei 1000 Hz) wird für die Abnahme leiser Fahrbahnen spezifiziert.
Die Beziehung zwischen MPD und Geräusch folgt einer U-förmigen Kurve:
Bei porösen Fahrbahnen ist die Beziehung komplexer, da Schallabsorption und Luftpumpmechanismen gegenüber Textureffekten dominieren.
Flugzeugoperationen erzeugen Geräusche aus mehreren Quellen, darunter Triebwerke, aerodynamische Strömung und Reifen-Fahrbahn-Interaktion. Während Triebwerksgeräusche beim Start und Steigflug dominieren, werden Reifen-Fahrbahn-Interaktionsgeräusche während des Ausrollens bei der Landung und bei Rollvorgängen signifikant.
Flughafenstartbahnen erfordern spezifische Oberflächentexturmerkmale für Gleitwiderstand und Aquaplaning-Prävention, wie in ICAO Annex 14 Band I und FAA Advisory Circular 150/5320-12C spezifiziert.
Rillung: Startbahnrillung (schmale quer oder längs in die Beton- oder Asphaltdecke geschnittene Rillen) ist die primäre Methode zur Bereitstellung von Makrotextur für Flugzeugoperationen bei hohen Geschwindigkeiten. Typische Rillenabmessungen sind 6 mm breit, 6 mm tief, im Abstand von 38 mm. Die Rillung leitet Wasser effektiv vom Reifen-Fußabdruck weg und reduziert das Aquaplaning-Risiko bei hohen Geschwindigkeiten während der Landung.
Geräuschauswirkung der Rillung: Das regelmäßige, periodische Muster der Startbahnrillen erzeugt eine tonale Komponente im Geräuschspektrum bei Frequenzen, die durch den Rillenabstand und die Fluggeschwindigkeit bestimmt werden. Bei der Landung mit 250-270 km/h (135-145 Knoten) erzeugen 38-mm-Rillen tonales Geräusch bei etwa 1800-2000 Hz. Dieses Tonalfrequenzgeräusch ist in Flughafengemeinden in der Nähe des Startbahnendes hörbar.
Poröse Reibungsschicht (PFC) auf Startbahnen: Einige Flughäfen haben PFC-Überzüge auf Startbahnen implementiert, um Geräusche zu reduzieren und den Gleitwiderstand zu verbessern. PFC bietet eine Geräuschreduzierung von 4-7 dB(A) im Vergleich zu gerillten Betonoberflächen. FAA AC 150/5320-12C gibt Spezifikationen für PFC auf Startbahnen vor, einschließlich Mindestdicke (38 mm), Bindemittelklasse (mindestens PG 76-22) und Luftporengehalt (18-22 %).
ICAO Annex 16 Band I legt Flugzeuglärm-Zertifizierungsstandards fest. Während diese Standards hauptsächlich Triebwerks- und Flugwerkgeräusche behandeln, umfasst der Betriebskontext die kumulative Lärmbelastung, die alle Quellen einschließlich der Reifen-Fahrbahn-Interaktion während der Landung berücksichtigt. Der ICAO-ausgewogene Ansatz zum Lärmmanagement (ICAO Doc 9829) umfasst die Berücksichtigung von Flächennutzungsplanung, betrieblichen Maßnahmen und Lärmschutzverfahren in Flughafennähe.
Die Flughafen-Fahrbahnprüfung auf geräuschbezogene Texturverschlechterung folgt ähnlichen Grundsätzen wie die Autobahn-Fahrbahnprüfung, jedoch mit zusätzlichen Schwerpunkten:
Reifen-Fahrbahn-Geräusche werden im weiter gefassten Rahmen des Umweltgeräuschmanagements reguliert, mit Vorschriften, die sich mit Geräuschquellen (Fahrzeuge, Reifen, Fahrbahnen), Geräuschbelastung (Gemeinschaftslärmpegel) und Geräuschminderung (leise Fahrbahnen, Lärmschutzwände, Flächennutzungsplanung) befassen.
Die Umgebungslärmrichtlinie (END) 2002/49/EG ist die primäre EU-Gesetzgebung für das Umweltgeräuschmanagement. Die END verlangt:
Die END legt keine verbindlichen Lärmgrenzwerte fest, verlangt aber von den Mitgliedstaaten, eigene Kriterien festzulegen. Typische Auslöseschwellen für Lärmaktionspläne in EU-Ländern liegen je nach Landnutzungskategorie zwischen 55-65 dB(A) Lden.
Fahrzeuglärmgrenzwerte sind unter Verordnung (EU) Nr. 540/2014 festgelegt, die Vorbeifahrt-Geräuschgrenzwerte für neue Fahrzeugtypen festlegt. Die Verordnung enthält gestaffelte Reduktionsziele mit abnehmenden Grenzwerten von 2016 bis 2026. Grenzwerte für Personenkraftwagen liegen je nach Leistungsgewicht bei 70-72 dB(A).
Reifenkennzeichnung gemäß Verordnung (EU) 2020/740 verpflichtet Reifenhersteller, Reifen mit ihrem externen Rollgeräuschpegel in dB(A) und einer EU-Geräuschklassenbewertung (A, B oder C) zu kennzeichnen. Die Verordnung umfasst Reifen für Personenkraftwagen, leichte Nutzfahrzeuge und schwere Lastkraftwagen.
Die WHO-Umgebungslärm-Leitlinien für die Europäische Region (2018) geben evidenzbasierte Empfehlungen für Lärmbelastungspegel zum Schutz der öffentlichen Gesundheit. Zu den wichtigsten Empfehlungen gehören:
Diese Empfehlungen basieren auf einer systematischen Überprüfung von Gesundheitsnachweisen, die Lärmbelastung mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen, kognitiven Beeinträchtigungen, Schlafstörungen, Belästigung und Tinnitus in Verbindung bringen.
Die FHWA-Lärmminderungskriterien (23 CFR 772) legen Lärmminderungsanforderungen für Bundesautobahnprojekte fest. Lärmauswirkungen werden definiert, wenn prognostizierte Verkehrslärmpegel die Lärmminderungskriterien (NAC) -Werte erreichen oder überschreiten:
Wenn Lärmauswirkungen festgestellt werden, verlangt die FHWA die Prüfung von Lärmminderungsmaßnahmen, einschließlich leiser Fahrbahnen, Lärmschutzwänden und Verkehrsmanagement.
Das EPA Office of Noise Abatement and Control stellt Informationen zu Lärmpegeln und gesundheitlichen Auswirkungen bereit, obwohl die bundesstaatliche Lärmregulierung für Verkehrsquellen hauptsächlich durch FHWA, FAA und NHTSA umgesetzt wird.
ICAO Doc 9829 beschreibt den ausgewogenen Ansatz zum Fluglärmmanagement, bestehend aus vier Hauptelementen:
Während der ausgewogene Ansatz hauptsächlich Triebwerks- und Flugwerkgeräusche von Flugzeugen behandelt, fällt das Management der Startbahnoberflächentextur (einschließlich PFC-Überzug und Rillung) unter betriebliche Maßnahmen und Quellenreduzierungsaspekte.
| Norm | Beschreibung | Anwendung |
|---|---|---|
| ISO 11819-1 | SPB-Verfahren für Verkehrslärmmessung | Fahrbahnklassifizierung |
| ISO 11819-2 | CPX-Verfahren für Reifen-Fahrbahn-Geräusch | Fahrbahnklassifizierung |
| ISO 13473-1 | Texturmessung mit Profilometern | Texturcharakterisierung |
| AASHTO TP 76 | OBSI-Messstandard | Fahrbahngeräuschbewertung |
| ASTM E965 | Sandfleck-Verfahren für MTD | Texturtiefenmessung |
| ASTM E3303 | OBSI-Verfahren für Reifen-Fahrbahn-Geräusch | Geräuschmessung |
| FHWA 23 CFR 772 | Lärmminderungskriterien | US-Autobahnprojekte |
| EU 2002/49/EG | Umgebungslärmrichtlinie | EU-Lärmmanagement |
| ICAO Annex 16 Band I | Flugzeuglärm-Zertifizierung | Flugzeug-/Flughafenlärm |
| WHO-Leitlinien 2018 | Gesundheitsbasierte Lärmempfehlungen | Schutz der öffentlichen Gesundheit |
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