Wie es sich anhört, wenn die Reifen über den Asphalt rollen, wenn ihr schnell über die Autobahn fahrt oder wenn du dich nicht angeschnallt hast – all das, was du während der Autofahrt hörst, gehört zur sogenannten Fahrzeugakustik. Doch was bedeutet das Wort „Akustik“ eigentlich?

Die Lehre vom Schall

Was ist Fahrzeugakustik?
Du kannst hören, weil Schallwellen dein Trommelfell zum Schwingen bringen; Bild: www.shutterstock.com / F8 studio

Die Akustik untersucht, wie Schall entsteht und sich ausbreitet, wie er beeinflusst wird und wie er erzeugt werden kann. Schall wird durch ein Geräusch oder einen Ton ausgelöst und besteht aus sogenannten akustischen Wellen oder Schwingungen. Sie heißen so, weil sie den Druck der Luft verringern und wieder erhöhen, sodass unsichtbare Wellen entstehen, die durch die Luft „schwingen“. Mit circa 340 Meter pro Sekunde können sich die Schallwellen durch die Luft ausbreiten und bis an dein Ohr gelangen, wo sie dein Trommelfell ebenfalls in Schwingungen versetzen. So kannst du ein Geräusch oder einen Ton hören. Die Schallwellen können außerdem unterschiedlich schnell schwingen: je schneller die Schwingung, desto höher nimmst du einen Ton war. Je stärker der Druck schwankt, desto lauter ist ein Geräusch. Die Lautstärke von Geräuschen wird mit der Einheit „Dezibel“ gemessen. Wenn du zum Beispiel flüsterst, sind das circa 30 Dezibel, wenn du normal sprichst, sind es ungefähr 55 Dezibel.

Ein Auto macht nicht nur „Brumm“

Was ist Fahrzeugakustik?
Eine Schwingung oder Vibration der Karosserie während der Autofahrt kann laut sein; Bild: Daimler AG

Im Gegensatz zur Akustik beschäftigt sich die Fahrzeugakustik nicht nur mit dem generellen Thema „Schall“. Sie analysiert, prüft und verbessert die Geräusche von Fahrzeugen. Im Stadtverkehr bei niedrigen Geschwindigkeiten ist zum Beispiel der Motor meist sehr laut, wenn man anfährt und beschleunigt. Auch das Abrollen der Reifen auf der Fahrbahn, die sogenannten „Reifen-Fahrbahn-Geräusche“, kann man hören. Auf der Autobahn bei sehr hohen Geschwindigkeiten ist die Luftumströmung, also die Aerodynamik, besonders laut. Theoretisch kann aber jedes Einzelteil am Auto Geräusche erzeugen. Besonders, wenn es sich während der Fahrt bewegt, schwingt oder vibriert. Du kannst dir das vorstellen wie nach einem Einkauf: Wie Glasflaschen oder Dosen in der Einkaufstasche, so können auch im Kofferraum Bauteile klappern, knarzen oder quietschen. Die Karosserie, der Fahrzeugrahmen des Autos, kann außerdem Antriebs-, Roll- und Windgeräusche weiterleiten und sie damit noch lauter und störender machen.

Lärm, Lärm und nochmal Lärm

So extrem wie hier dargestellt, hast du das aber bei der Autofahrt nicht wahrgenommen, oder? Das liegt daran, dass sich bereits beim Bau eures Autos Fahrzeugakustiker um diese sogenannten Störgeräusche kümmern und sie entfernen. Bei großen Autobauern wie der Daimler AG testen die Ingenieure die Einzelteile des Autos schon auf ihre Akustik, bevor sie zusammengebaut werden und das Auto fertig ist. Sie passen die Lautstärke des Antriebs und der Reifen den gesetzlichen Vorgaben an. Besonders an großen Straßen, wo viele Autos fahren, ist es manchmal sehr laut. Um Anwohner vor der Lautstärke zu schützen, sind von der Europäischen Union Grenzwerte für die Lautstärke von Autos in Dezibel festlegt. An diese Grenzwerte müssen sich alle Autobauer halten.

Was ist Fahrzeugakustik?
Viele Autos in Großstädten können eine Lärmbelastung sein

Geräusche für die Sicherheit

Doch nicht nur laute Geräusche müssen entfernt werden. Versuch mal Zuhause mit verschiedenen Gegenständen leise Geräusche zu machen. Du wirst merken: Auch hier kann manches sehr unangenehm und störend sein. Wenn Fahrzeugakustiker aber auch leise Geräusche entfernen – warum hört man dann bei der Autofahrt überhaupt noch etwas? Darauf gibt es eine ganz einfache Antwort: Weil es für Autofahrer und Fußgänger sicherer ist. Wenn du die Straße überqueren willst, achtest du meist nicht nur mit den Augen, sondern auch mit den Ohren darauf, ob ein Auto kommt. Müssten sich alle nur noch auf ihre Augen verlassen, gäbe es vermutlich viel mehr Unfälle. Doch auch für den Autofahrer sind akustische Signale wichtig. Einige werden deshalb von den Akustikern künstlich hergestellt oder verstärkt. Wenn der Autofahrer zum Beispiel das Gaspedal drückt, ist das Gasgeräusch für ihn die akustische Rückmeldung, dass das Pedal funktioniert und das Auto nun beschleunigt. Hat er vergessen, sich anzuschnallen, ist es wichtig, dass das Auto sich mit einem Geräusch meldet. Drückt der Autofahrer auf den Knopf auf seinem Schlüssel, sagt ihm ein schnappendes Geräusch, dass das Auto nun abgeschlossen ist.

Was ist Fahrzeugakustik?
Akustikingenieure testen die Geräusche der Fahrzeuge und können Bauteile so verbessern, Bild: Daimler AG

Testcenter mit drei Prüfständen

Die Akustikingenieure der Daimler AG testen die Fahrzeugakustik im Technologiezentrum für Akustik und Schwingungen in Sindelfingen. Erst vor kurzem wurde dieses Zentrum eröffnet. An drei Prüfständen mit Mikrofonen können Geräusche in verschiedenen Verkehrssituationen getestet werden.

Mit dem sogenannten Allrad-Außengeräusch-Prüfstand können die Akustikingenieure Außen- und Innengeräusche unabhängig vom Wetter prüfen. Der „Regengeräusch-Prüfstand“ testet, welche Geräusche zum Beispiel Dach und Scheiben bei unterschiedlich starkem Regen machen. Der „Akustik- und Schwingungskomfort-Prüfstand“ testet die Abrollgeräusche der Reifen und wie sich Straßenunebenheiten anhören. Sogar unterschiedliche Straßentypen können die Fahrzeugakustiker zum Test nachahmen: Kopfsteinpflaster in kleinen Städten hört sich zum Beispiel anders an, als der Asphalt auf großen Autobahnen.

Die Tests helfen letztlich bei der Entwicklung von Bauteilen: Zum Beispiel können die Autobauer Rückspiegel so gestalten, dass schnell vorbeiströmender Wind keine unangenehmen Geräusche macht.

Ein Naturphänomen

Gewitter kommen vor allem im Sommer sehr oft vor. Es muss dafür heiß und schwül sein, die Luft muss also eine hohe Feuchtigkeit haben. Dann heizt die Sonne nicht nur bei dir ein, sondern auch der Erdboden heizt so stark auf, dass Wasser verdunstet. Das bedeutet, dass eine große Menge Wasser aus dem Boden sich in gasförmiges Wasser verwandelt. Durch diese feuchtwarme Luft heizt sich die Luftschicht über dem Boden auf. Weil die warme Luft immer leichter ist als kalte Luft, steigt die warme Luft auf. Je höher sie dabei kommt, desto mehr kühlt sie wieder ab. Dadurch entsteht eine sogenannte Kumuluswolke: Durch die Abkühlung wird aus dem gasförmigen Wasser wieder flüssiges Wasser. Es regnet aber noch nicht. Die kleinen Wassertröpfchen sind noch so leicht, dass sie schweben können.

Gewitter
Wenn im Sommer ein Gewitter droht, türmen sich dunkle Wolken am Himmel auf

Blitze erzeugen Strom wie 250.000 Fernseher

Je nachdem, wie feucht die Luft ist und wie warm es ist, steigt das kondensierte Wasser noch weiter auf bis es so stark abkühlt, dass die Tröpfchen gefrieren. In einer Höhe von circa zwölf bis 18 Kilometern entsteht eine dachförmige Wolke, die aus winzigen Eiskristallen besteht. Die Wolke türmt sich auf. Dabei reiben die Wasserteilchen aneinander und laden sich elektrisch auf. Die Wolke ist nun oben kälter als unten. Die Eiskristalle sammeln sich deshalb im oberen Teil der Wolke als positive Ladung, und die Tropfen sammeln sich im unteren Teil als negative Ladung.

Zwischen positiv und negativ entsteht eine elektrische Spannung, die sich in Form von Blitzen entweder innerhalb der Wolke oder am Boden entlädt. Dabei fließt elektrischer Strom und der leuchtet, weil er mehrere tausend Grad heiß ist. Der Strom ist außerdem extrem stark, denn er  kann bis zu 100.000 Ampére erreichen. Das ist so stark wie der Strom von rund 250.000 Fernsehern.

Lichtgeschwindigkeit und höllische Hitze

Doch warum donnert es jetzt auch noch? Da die Luft um den Blitz etwa 30.000 Grad heiß ist, dehnt sie sich aus. Das löst eine Druckwelle aus, die sich mit einer Schallgeschwindigkeit von circa 343,2 Metern pro Sekunde fortbewegt. Diese gewaltige Kraft nehmen wir am Erdboden als Donnergeräusch wahr. Diese Schallgeschwindigkeit ist zwar sehr schnell, aber die Lichtgeschwindigkeit ist noch viel schneller. Der Donner kommt daher grundsätzlich immer erst nach dem Blitz – die Schallgeschwindigkeit hat keine Chance.

Du kannst ausrechnen wie weit ein Gewitter entfernt ist: Zähle die Sekunden zwischen Blitz und Donner, teile sie durch drei und heraus kommt die Kilometerzahl, die dir sagt, wie weit das Gewitter entfernt ist.

Gewitter
1, 2, 3 … du kannst zählen, wie weit das Gewitter entfernt ist

Aber Vorsicht!

Dieses Naturspektakel ist unglaublich spannend zu beobachten. Doch Blitze sind auch sehr gefährlich: Wenn ein Blitz einen Menschen trifft, kann das durch die elektrische Ladung nicht nur sehr schwer verletzen, sondern auch tödlich sein. Du musst vor Gewittern deshalb aber keine Panik haben. Du solltest nur wissen, wie und wo du bei einem Gewitter vor Blitzen geschützt bist.

Grundsätzlich gilt bei einem Gewitter: Blitze suchen sich immer den kürzesten und den am besten leitenden Weg zum Boden. Das heißt, du solltest dich beispielsweise von Bäumen und von leitenden Materialien fernhalten. Wenn du im Freibad bist und die Wolken werden ganz dunkel, dann solltest du das Freibad bald verlassen. Wasser leitet den Strom der Blitze. Wenn du dich in der Nähe eines offenen Gewässers befindest, ist das gefährlich. Auch solltest du dich von Gegenständen aus Metall fernhalten, denn das zieht Blitze an. Auch freie Felder können gefährlich sein.

Gewitter
Ein Blitzableiter zieht den Blitz an und leitet die elektrische Ladung in den Boden; Bild: www.shutterstock.com / borzywoj

Das Auto als Blitzableiter

Am allersichersten bist du aber in Gebäuden. Damit der Blitz nicht einschlagen kann, haben die allermeisten Häuser heute einen Blitzableiter. Er zieht die Blitze zunächst an, um sie dann in den Boden abzuleiten. Deshalb ist er auf den Dächern der Häuser angebracht und hat eine Spitze aus einem Metalldraht. Dieses Metall muss so stark sein, dass es von einem Blitz nicht beschädigt werden kann. Über die sogenannte Fangleitung führt die elektrische Ladung in den Boden und trifft dort auf eine Erdleitung aus Platten und Kupfernetz.

Gewitter
Beim Auto verteilen sich die elektrischen Ladungen des Blitzes auf der Oberfläche des Metallkäfigs

Ähnlich kann auch ein Auto als Blitzableiter fungieren und ist bei Gewittern  deshalb sehr sicher.  Autos wie die der Daimler AG sind von Metall umrahmt, das den Blitz ableitet. Der englische Physiker Michael Faraday fand einmal heraus, dass sich elektrische Ladungen auf der Oberfläche des „Metallkäfigs“ verteilen, ohne in den Innenraum durchzudringen. Man nennt diese Metallumrahmung deshalb auch „Faradayschen Käfig“. Wenn man vom Blitz getroffen wird, fließt der Strom über diesen Käfig in die Erde ab. Trotz dieser Sicherheit sollte man sich bei einem Gewitter nur im stehenden Auto aufhalten, da die Gefahr besteht, dass die Reifen platzen.