Lärm

Die Modellverbrennungsmotoren sind leider keine Antriebsmotoren, die ihre Leistung ohne Schallereignisse erzeugen und abgegeben. Alles, was wir als Schallereignisse empfinden und uns störend erscheint, empfinden wir als unangenehmes Geräusch. Wir bezeichnen dies als LÄRM.

Das Übelste an den uns belästigenden Schallereignissen ist nicht die Tonhöhe oder der mehr oder minder harmonische Wohlklang, bei entsprechender Intensität schadet oder zerstört vielmehr ein Schallereignis. Schall ist definiert als jede Druckänderung, die das menschliche Ohr wahrnehmen kann. Hörbar sind zum Beispiel Luftdruckwechsel ab einer Häufigkeit von mindestens 16mal in der Sekunde. Die Anzahl der Druckänderungen je Sekunde nennt man die Schallfrequenz, die in Hertz (Hz) angegeben wird. Der Hörbereich des Menschen reicht bis 20 000 Hz bei Kindern und nimmt im Alter des Menschen ab bis in den Bereich von 10 000 Hz. Das menschliche Ohr ist nun für Töne um 1000 Hz am empfindlichsten, hier genügt schon eine Luftdruckänderung von 20 µtPa — das ist etwa der Landedruck einer Mücke auf einer Tageszeitungsseite —‚ um im Ohr einen Schalleindruck entstehen zu lassen. Zu tieferen Tönen hin wird unser Ohr sehr unempfindlich. Jedem Musikfreund ist bekannt, daß man nur für tiefe Baßtöne die volle Leistung eines Verstärkers braucht. Zu höheren Tönen hin nimmt die Empfindlichkeit des Ohres nicht so stark ab, leider, denn hier genügen schon wenige tausendstel Watt an Schall-Leistung, um unser Ohr zu belästigen. Leider geben unsere Modelimotoren nicht nur eine Abtriebsleistung von bis zu 5000 Watt ab, sie setzen auch noch einige Watt nur in Schall-Leistung um. Da unser Ohr sehr kompliziert ist, ist es nicht so einfach, Lärm in Zahlenwerten zu erfassen. Mit Lärmmeßgeräten wird der Gesamtschalldruckpegel über ein empfindliches Mikrofon gemessen, wobei eine Elektronik die Empfindlichkeit des Ohres für die unterschiedlichen Frequenzen/Töne von 16 Hz bis 16 000 Hz berücksichtigt. Angegeben wird dieser Schalldruck in Dezibel, einem logarithmischen Maß. Es ist also nicht möglich, diese Dezibel Zahlenwerte zu addieren oder zu halbieren, wenn man mehrere Schallquellen gleichzeitig hört oder den Lärmpegel halbieren möchte. 6 Dezibel (dB) bedeuten nur noch die halbe
 

Die Modellimotoren geben nicht nur am Auspuff Lärm ab (der Akustiker sagt „Emittieren“ von Lärm), auch der Vergaser emittiert Ansauglärm und auch der Propeller lärmt bei hohen Drehzahlen stark; dazu regt der Motor das ganze Modell noch zu Lärmschwingungen an, wie ein Geigenbogen eine Geige. Zunächst standen die Hersteller von Modellmotoren hilflos der Forderung nach vermindertem Lärm gegenüber. Es war naiv zu glauben, dass ein „Wunderschalldämpfer“ für Modellmotoren nur an den Auspuffschlitz zu montieren sei, und dann würden die Modellmotoren nur noch flüstern. Als die neue Flugplatzordnung vom Gesetzgeber festgelegt wurde, meinten gutgläubige Modellflieger, man brauche nur durch Gesetz eine bestimmte Lautstärke festzuschreiben, und die Industrie werde dann schon einen Trick gegen die Physik der Akustik finden, um den Modellflug leise zu machen. Die folgende Abbildung Nr. 115 zeigt in Diagrammform, welchen Lärmpegel ein Meßinstrument in 7 m Abstand vom Modellmotor auf der Auspuffseite anzeigen darf, damit in einer bestimmten Entfernung zum Modellmotor nur noch ein bestimmter Schallpegel erreicht wird, der Akustiker sagt „immittiert“ wird. Dieses Diagramm ist errechnet und dient bei der Flugplatzgenehmigung zur Auflagenermittlung für den geduldeten Lärmpegel. Unberücksichtigt ist hierbei, daß in der Luft der Motorenlärm der hohen Frequenzen, also Töne über 2000 Hz, stärker gedämpft wird als tiefere Töne; für die Luftdämpfung spielt die Luftfeuchtigkeit und der Wind noch eine Rolle, und es kommt darauf an, ob das Modell über einer dichten Graspiste oder über einer Betonrollbahn steht; je höher das Modell fliegt, um so weiter „trägt“ der Schall und um so mehr Immission erleidet der Anrainer eines Modellflugplatzes. Das mit dem Schall und dem Motorenlärm ist also physikalisch recht verwickelt und nicht so einfach zu erfassen.

 
 

Kommen wir nochmals auf das menschliche Hörvermögen zurück: In der freien Umgebung herrscht am Tage ein „rosa Rauschen“ durch den Wind in den Bäumen oder durch Tierlaute von ca. 35 dBA. Ragt nun ein Einzelton um nur 3 dB aus diesem „rosa Rauschen“ heraus, so wird dieser Ton fast nur allein vom Ohr wahrgenommen und als lästig empfunden. Es sei hier nur an die Fliege im Schlafzimmer erinnert, die mit ihrem Summen (Einzelton) den Schläfer erheblich stören kann. Leider haben die Modellmotoren nicht ein „rosa Rauschen“ als Motorenlärm, sondern— wie die Abb. 116—118 zeigen — deutliche Anteile an Einzeltönen, wie Auspuffknall oder Uberström-Gasschwingungen bei Zweitaktmotoren. Diese Einzeltöne werden deutlich aus dem Lärmpegel vom Ohr am lmmissionsort herausgefiltert und als Belästigung empfunden. Es kommt dann oft zur Anzeige bei der Polizei, und obwohl der Modellbauer den Motorlärm durch Schalldämpfer auf das höchstzulässige Maß reduziert hat, wird das Fluggelände für Modellverbrennungsmotoren gesperrt.

Schaut man sich die Diagramme der Abb. 116, 117 und 118 genauer an, so sieht man, daß Viertaktmotoren mit Ventilsteuerung bei gleicher Leistung, gleicher Drehzahl und Propeller nicht so herausragende Einzeltöne haben, abgesehen von den Tönen, die vom Propeller kommen. Der Viertaktmotor kann sich also besser unter dem „rosa Rauschen“ der Umwelt „verstecken“, und selbst nahe an dem Viertaktmotor wird unser Ohr eher einen angenehmeren Motorlärm empfinden als das Kreischen und Heulen der Zweitakter. Aus den Diagrammen ist ferner abzulesen, daß die Viertaktmotoren fast nur halb so laut sind wie Zweitaktmotoren.

Was ist nun der Grund, dass Viertaktmotoren leiser und angenehmer im Geräusch sind? Die Industrie hat zunächst versucht, die Zweitaktmotoren dadurch zu leiseren Triebwerken umzugestalten, daß sie die Zweitaktmotoren Ianghubiger, also mit kleinerer Zylinder-Bohrung als Hubhöhe baute. Wie das folgende Diagramm Abb. 116 zeigt, ist ein Langhubmotor aber eher noch lauter als ein Kurzhubmotor bei gleicher Motorleistung und Drehzahl. Ein Zweitaktmotor mit Nasenkolben ist gegenüber den Zweitaktmotoren mit 3-Ka-nal-Schnürle-Spülung merklich leiser. Der Langhubmotor war zunächst eine Enttäuschung, und erst wenn man den Langhubmotor mit einem größeren Propeller bei niedrigen Drehzahlen betreibt, ist ein Lärmvorteil für diesen Motor feststellbar. Prinzipiell hat der Langhubmotor bei niedrigen Drehzahlen, so zwischen 8000 und 10 000 U/mm, etwas mehr Leistung als der Kurzhubzweitaktmotor. Die auf dem Prüfstand gemessenen Lelstungsunterschiede zwischen diesen beiden Motorenbauarten lagen aber innerhalb von 5 %‚ die schnell durch einen schlecht angepassten Propeller wieder verschenkt werden.

Steuert man den Gaswechsel an einem Zweitaktmotor nicht über Schlitze, die der Kolben öffnet und verschließt, sondern über Ventile für den Auspuff im Zylinderkopf und SpüIschlitze, wie gehabt, am Zylinderumfang, so verschwinden einige Einzeltöne aus dem Motorlärm. Einzeltöne, die sich aus dem Spülvorgang und aus Resonanzschwingungen der Gassäulen zwischen Vergaser und Kurbelgehäuse und Kurbelgehäuse und Zylinder abspielen, bleiben natürlich erhalten. Die Abb. 118 zeigt Messungen des Lärmpegels an einem mit Auslaßventil modifizierten Zweitaktmotor. Die Abb. 117 zeigt Messungen des Druckverlaufes im Auspuff- und im Spülkanal bei einem Zweitaktmodellmotor mit Schnürlespülung. Während einer Umdrehung eines Motors entstehen so kurzzeitig an diesen zwei Meßpunkten die unterschiedlichsten Schwingungen und Töne. Der Viertaktmotor mit Ventilsteuerung koppelt akustisch durch Uberschallströmung im Ventilspalt den Brennraum vom Auspuffkanal oder Saugkanal ab. Diese Motoren haben keine „inneren Resonanzschwingungen“ und sind daher leiser und besser mit nachgeschalteten Schalldämpfern zu beruhigen. .