Lärm beseitigt Lärm

Es klingt paradox: Um Lärm zu verringern, muss man einfach nur – Lärm machen. Natürlich tut es dabei nicht jedes Getöse, aber richtig dosiert mit genau den richtigen Frequenzen, kann künstlich erzeugter Krach tatsächlich das Dröhnen eines Auspuffs oder das Brummen eines Flugzeugs dämpfen. Gegenschall heißt dieses Prinzip, das das physikalische Phänomen der Interferenz ausnutzt: Die Schallwellen des synthetischen Geräuschs überlagern die der ursprünglichen Lärmquelle und löschen sie dabei aus, ähnlich wie gegenläufige Wellen im Ozean eine Wasseroberfläche beruhigen.

Auf genau dieser Basis entwickelt beispielsweise der Esslinger Automobilzulieferer Eberspächer eine Gegenschall-Anlage, die Autos zum Flüstern bringen soll. Eingesetzt werden dazu zwei Mikrofone am Ende des Auspuffs, zwei Lautsprecher in den Endtöpfen des Abgassystems und eine elektronische Steueranlage, berichtet das Magazin “bild der wissenschaft” in seiner Mai-Ausgabe. Wird es angeschaltet, registrieren die Mikrofone das Dröhnen des Auspuffs und schicken die Daten an die Steuereinheit. Die berechnet, welche Frequenzen in welcher Lautstärke für den Gegenschall nötig sind und vermittelt dann den Lautsprechern den Befehl, genau diesen Lärm zu produzieren.

Allerdings: Ganz auslöschen lassen wird sich das Röhren des Auspuffs auf diese Weise nie. Schuld daran ist die Zeitverzögerung, mit der der Gegenschall produziert wird und die auch der schnellste Computer nicht vollständig vermeiden kann. Denn sie verhindert, dass die Wellen des künstlichen Lärms exakt zu denen des Originalkrachs passen. Trotzdem sind die Erfolge bereits beachtlich: “Je nach Drehzahl erreichen wir im Schalldämpfer eine Reduzierung um mindestens zehn Dezibel”, erläutert Projektleiter Jan Krüger den aktuellen Stand. Das verringere den von außen hörbaren Krach auf die Hälfte bis ein Viertel.

Während der serienmäßige Einsatz der Gegenschall-Anlage von Eberspächer noch Zukunftsmusik ist – Krüger schätzt den Beginn der Serienfertigung auf das Jahr 2010 –, hat sich das Prinzip Lärm gegen Lärm in Flugzeugcockpits bereits fest etabliert. Schon seit knapp 20 Jahren sind dort die Kopfhörer der Piloten mit einem System ausgestattet, das genauso funktioniert wie der Auspuffdämpfer. Denn im Cockpit herrschen ähnlich wie beim Auspuff optimale Bedingungen für die Technologie: Das Geräusch des Triebwerks ist sehr gleichmäßig und lässt sich daher gut vorausberechnen. Zudem besteht es hauptsächlich aus tiefen Frequenzen mit langsamen Schalldruckwechseln, auf die eine Steuereinheit gut reagieren kann.

Mittlerweile können auch Fluggäste auf Antischall-Kopfhörer von verschiedenen Herstellern zurückgreifen – und machen davon regen Gebrauch. Schnell werden hier jedoch auch die Grenzen der Technologie sichtbar oder vielmehr hörbar: Hohe Frequenzen kommen praktisch unverändert am Ohr an. “Sie haben kurze Wellenlängen. Das führt zu einem schnellen Wechsel des Schalldrucks”, erklärt Experte Krüger. Damit kommen die für die Steuersysteme verwendeten Computer zumindest momentan noch nicht klar – die nötige Rechenleistung für die Kalkulation der passenden Gegenschwingungen wäre nur mit großem Aufwand und hohen Kosten möglich. Das dumpfe Dröhnen der Triebwerke hingegen ist für die Kopfhörer kein Problem: Es verwandelt sich im Ohr der Passagiere in ein sanftes Rauschen.

Alternativ könnte man theoretisch natürlich auch ein Gegenschallsystem direkt an der Lärmquelle, sprich am Triebwerk, anbringen – eine Idee, an der Forscher vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt seit über zehn Jahren erfolglos arbeiten. Das Problem: “Dazu müssten die Gegenschallquellen genauso laut sein wie das Triebwerk selbst”, erläutert Wolfgang Neise vom DLR in “bild der wissenschaft”. Dazu bräuchte es jedoch so große Lautsprecher, dass deren Gewicht für das Flugzeug buchstäblich nicht tragbar wäre.

“Es gibt viele Ideen für eine praktische Anwendung dieser Technologie, doch bisher wurden sie kaum umgesetzt”, bedauert auch Philip Leistner vom Stuttgarter Fraunhofer-Institut für Bauphysik. Dazu gehört auch der Plan Hamburger Forscher, mit Mikrofonen über und Lautsprechern neben einem Bett eine stille Zone in der Wohnung zu schaffen. Eine Reduktion des Hintergrundlärms ist damit auch tatsächlich möglich – die Alltagsgeräusche lassen sich hingegen nicht auslöschen. Zu schnell ändern sich etwa bei einem vorbeifahrenden Auto Spektrum und Lautstärke des Schalls und zu viele Reflexionen an Wänden und Gegenständen machen die Ausbreitung der Wellen unberechenbar.

Für Akustikexperte Jan Krüger ist eine leise Umgebung ohnehin lediglich ein Aspekt des Potenzials, das Gegenschall-Anlagen besitzen. Fast noch mehr interessiert ihn bei seinen Autos die Möglichkeit, den Sound des Auspuffs gezielt zu verändern, denn die Anlagen können auch einzelne Frequenzen herausfiltern und andere verstärken. So kann Krüger nur durch einen Knopfdruck ein und demselben Auto den Sound einer leisen biederen Limousine entlocken, den eines sportlichen Roadsters – oder auch den eines wummernden hubraumstarken Achtzylinders.