Projekte

DYNamic Management of Aircraft Configuration and Route Structures (DYN-MARS)
Das DYN-MARS-Projekt zielt darauf ab, den ökologischen Fussabdruck von Flügen im Steig-, Sink- und Anflug durch neuartige Avionikfunktionen und verbesserte Anflugrouten und -verfahren zu minimieren. Es ermöglicht zum ersten Mal eine vollständige, ganzheitliche Lösung, die Verbesserungen in der Luft und im Flugverkehrsmanagement (ATM) kombiniert und durch verbesserte Kommunikationsmöglichkeiten miteinander verbindet. DYN-MARS baut auf früheren SESAR-Arbeiten auf, und zwar durch die Entwicklung der Funktion der permanenten Wiederaufnahme der Flugbahn, des Konzepts der dynamischen Entwicklung von Ankunftsstreckenstrukturen, der Energiemanagementfunktion des Flugmanagementsystems (FMS) des DYNCAT-Projekts und des neuen Datenaustauschs zwischen Luft und Boden, um die Sichtbarkeit des Flugplans an beiden Enden zu ermöglichen. DYN-MARS umfasst relevante Aspekte des Flugverkehrsmanagements mit neuen Flugverfahren, um die Umweltauswirkungen des Luftverkehrs (CO2, Treibstoffverbrauch und Lärmbelastung der Bevölkerung) nachhaltig zu verringern und gleichzeitig die Nachfrage nach hohen Flughafenkapazitäten zu befriedigen, ohne die Sicherheitsstandards zu beeinträchtigen.
Ansprechpartner: Jean Marc Wunderli
Projektförderung: Horizon SESAR
Projektpartner: DLR, Eurocontrol, NATS, NLR, THALES, SkyLab, Swiss Airlines
Dauer: 2023 - 2026

Attenuation calculation using long-range wave-based simulations (ATLAS)
Im ATLAS-Projekt wird ein numerisches Referenzmodell weiterentwickelt und implementiert für Schallausbreitungsimulationen im Freien. Mit dem wellentheoretischen Rechenmodell basierend auf Finiten Differenzen im Zeitbereich (FDTD) sollen sich Punkt-Punkt-Ausbreitungsdämpfungen auch über grosse Distanzen simulieren lassen. Die Simulation soll die kombinierte Berücksichtigung von unebenem Gelände, verschiedenen Bodeneigenschaften und inhomogener Atmosphäre ermöglichen. Ausgangspunkt ist eine bereits funktionierende 2D-Simulation für homogene Atmosphäre. Im Rahmen dieses Projekts wird diese Simulation auf 3D erweitert, um echtes Punktquellenverhalten simulieren zu können. Ausserdem wird sie um die Möglichkeit ergänzt, inhomogene Atmosphären, d.h. lokal ändernde effektive Schallausbreitungsgeschwindigkeiten, zu modellieren. Dabei sollen neben Vertikalprofilen auch Turbulenzfelder berücksichtigt werden können, um Kohärenzverluste bei der Bodenreflexion und Streuung in die Schattenzone zu simulieren. Eine Herausforderung liegt darin, zufällige Turbulenzfelder mit physiknaher räumlicher Korrelation speicherarm zu synthetisieren. Um die Simulationen anwendbar zu machen, wird eine recheneffiziente Implementierung auf einem modernen Grafikprozessor (GPU) angestrebt. Als Resultat werden Abweichungen von Engineering-Modellen wie ISO 9613, CNOSSOS-EU oder sonX zum wellentheoretischen Referenzmodell im Einzelfall bestimmt, was quantitative Aussagen zur Qualität der Engineering-Modelle ermöglicht.
Kontakt: Reto Pieren
Projektförderung: BAFU
Dauer: 2022-2023
Montanaro, H., Lincke, D., Van Renterghem, T., Heutschi, K., & Pieren, R. (2023). Memory efficient GPU-accelerated 3D FDTD acoustic simulations in turbulent fields. In Forum Acusticum 2023. Convention of the European Acoustics Association (p. (4 pp.). The European Acoustics Association (EAA).

Schweizweite Evaluation neu signalisierter Tempo 30-Abschnitte in Bezug auf Lärmbelastung, Lärmbelästigung und Schlafstörung (ImpactT30)
Die Einführung einer Temporeduktion von 50 km/h auf 30 km/h ist eine Massnahme zur Reduktion der Lärmemissionen und somit der Lärmexposition der Bevölkerung im Strassenverkehr. In einer Interventionsstudie werden Schweizweit Projekte mit Geschwindigkeitsänderungen (Geschwindigkeitsreduktionen?) begleitet. Dazu werden an drei Zeitpunkten (vor der Umstellung, direkt nach der Umstellung und zwei bis drei Jahre später) Verkehrserhebungen, Lärmmessungen und -berechnungen sowie Befragungen der Anwohner durchgeführt. Es soll damit untersucht werden, wie sich die Änderung der Geschwindigkeitssignalisation auf Lärmbelastung, Lärmbelästigung und Schlafstörung auswirken.
Ansprechpartner: Jean Marc Wunderli
Partner: BAFU, Cercle Bruit
Projektförderung: BAFU
Laufzeit: 2023 - 2028

Metamaterials for vibration and sound reduction (METAVISION)
METAVISION zielt darauf ab, zwei gegensätzliche Trends in Einklang zu bringen. Einerseits werden sich die Menschen zunehmend der negativen gesundheitlichen Auswirkungen von übermäßiger Lärm- und Vibrationsbelastung bewusst. Andererseits hat jedes Kilogramm Masse, das aus der Logistikkette entfernt wird, einen direkten wirtschaftlichen und ökologischen Nutzen. Die derzeitigen Lösungen zur Lärm- und Vibrationsbekämpfung erfordern immer noch zu viel Masse oder Volumen, um praktisch durchführbar zu sein, insbesondere bei niedrigen Frequenzen. Es besteht daher ein großer Bedarf an kompakten Materiallösungen mit geringem Gewicht und hervorragenden Geräusch- und Schwingungseigenschaften, für die die kürzlich aufgetauchten so genannten Metamaterialien ein immenses Potenzial aufweisen. METAVISION hat zum Ziel, neuartige Entwurfs- und Analysemethoden zu entwickeln, um die Leistungsfähigkeit und Anwendbarkeit von Metamaterialien zu erweitern, die Herstellung von Metamaterialien zu revolutionieren und großflächige und vielseitige Lösungen zu entwickeln sowie akademisch erprobte Metamaterialkonzepte für industriell relevante Anwendungen weiterzuentwickeln.

METAVISION vereint Universitäten (KU Leuven, Université du Mans, Universidade de Coimbra), Forschungsinstitute (Centre National de la Recherche Scientifique, Empa) und kleine und große Unternehmen (Siemens Industry Software NV, Materialise NV, MetAcoustic, Phononic Vibes srl, Airbus, Schweizerische Bundesbahnen, Mota-Engil Engenharia e Construção S.A. ) aus den Bereichen Fertigung, Bauwesen, Verkehr, Maschinenbau sowie Lärm- und Vibrationslösungen mit dem entsprechenden Fachwissen, um das koordinierte Forschungsumfeld zu schaffen, das erforderlich ist, um Metamaterialien von akademischen Konzepten zu großtechnisch herstellbaren und industriell anwendbaren Lärm- und Vibrationslösungen zu bringen und so den Weg zu einem leiseren und umweltfreundlicheren Europa zu ebnen.
METAVISION ist ein von der Europäischen Kommission finanziertes MSCA-doctoral network.
Ansprechpartner: Bart Van Damme
Partner: KU Leuven
Projektförderung: SBFI
Laufzeit: 2023 - 2027

CHEWBAcHA – Computing human head elastic waves for bone anchored hearing aids
Menschen mit Höreinschränkungen sind durch Kommunikationsprobleme eingeschränkt. Knochenleitungshörgeräte können helfen, wenn die Ursache des Hörverlusts ein Problem mit dem Außen- oder Mittelohr ist. Diese Geräte fangen den Schall ein und übertragen die Vibrationen direkt auf den Schädel. Die Schwingungen gehen an die funktionierende Cochlea und leiten das Signal über den Hörnerv an das Gehirn weiter. In diesem Projekt arbeiten Ingenieure und Physiker zusammen, um den Prozess besser zu verstehen und eine zukünftige Generation dieser Hörgeräte zu verbessern. Dazu vergleichen wir Messungen von Schädelvibrationen und Schalldruck in der Cochlea mit detaillierten Computermodellen. Die Modelle liefern Informationen, die klinisch nicht gemessen werden können, z. B. den genauen Weg, den der Schall durch die komplexe Struktur des Schädels nimmt.
Ziel des Projekts ist es, die Wege zu verstehen, auf denen der Schall in ein Schwingungssignal auf der Schädeloberfläche und dann in die Cochlea übertragen wird. Zu diesem Zweck werden wir neue spezielle Computermodelle mit Hilfe von Finite-Elemente-Simulationen erstellen. Wir berücksichtigen die komplexe Geometrie und nutzen moderne Reduktionstechniken, um die Simulation zu beschleunigen. Detaillierte Modelle erfordern auch die Kenntnis der Materialsteifigkeit und -dämpfung, wofür ein neues Messgerät entwickelt wird. Während des gesamten Projekts werden Messungen der Schädelschwingungen und des Schalldrucks in der Cochlea durchgeführt, um die Qualität der numerischen Modelle zu überprüfen und sie zu verbessern.
Ansprechpartner: Bart Van Damme
Partner: ORL-Klinik Universitätsspital Zürich, HNO-Klinik Universitätsspital Zürich, Institut für Mechanische Systeme ETH Zürich, Empa Thun
Projektförderung: SNF
Laufzeit: 2022 - 2026

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Experimental and numerical track system evaluation: Methodology for finding optimal components (Track Evaluation)
In den letzten Jahren wurden viele neue Komponenten entwickelt, um die Lärmbelastung im Schienenverkehr zu verringern, Bodenschwingungen zu dämpfen und die Kosten für die Gleisinstandhaltung durch die Schonung des Schotters zu senken. Heute stehen die Betreiber der Eisenbahninfrastruktur vor der Herausforderung, die besten verfügbaren Komponenten für ihre zukünftigen Eisenbahnprojekte und deren Erneuerung zu bewerten und auszuwählen.
Aufgrund der großen Anzahl von Kombinationen und des hohen Zeit- und Arbeitsaufwands, der für die Bewertung jeder potenziellen Lösung erforderlich ist, besteht jedoch ein dringender Bedarf an einer effizienteren Bewertung und Vorauswahl von Komponenten, wobei einfachere Messungen im Labormaßstab zur Charakterisierung der Komponenten in Kombination mit numerischen Modellen zur Abschätzung mehrerer Gleisleistungskriterien eingesetzt werden können.
Auf der Grundlage der im Rahmen des Projekts 'Novel Rail Pad' durchgeführten Arbeiten besteht das Ziel dieses Projekts darin, i) eine kombinierte experimentelle und numerische Bewertungsmethode zu entwickeln, um eine Prognose verschiedener Kombinationen von Gleiskomponenten hinsichtlich ihrer Leistung in Bezug auf Lärm, Vibrationen und Schotterschutz zu erstellen, und ii) diese Prognosewerkzeuge zu nutzen, um den Entwurfsraum der Komponenteneigenschaften zu erkunden, um die beste Kombination von Komponenten für ein bestimmtes Leistungsziel zu ermitteln und somit den Eisenbahninfrastrukturbetreibern die Möglichkeit zu geben, detaillierte Systemspezifikationen für ihre Beschaffungen zu formulieren.
Ansprechpartner: Bart Van Damme
Partner: HEIG-VD
Projektförderung: BAFU
Laufzeit: 2022 - 2023

Auralisierungen und psychoakustische Untersuchungen zu Drohnenlärm (AVALON: Annoyance eVALuation Of droNes)
Unbemannte Luftfahrzeuge (UAV) oder unbemannte Flugsysteme (UAS), gemeinhin "(Flug-)Drohnen" genannt, sind eine relativ neue Lärmquelle in der Umwelt. Auch wenn die Lärmbelastung der Bevölkerung durch Drohnen derzeit gering ist, wird sie in Zukunft wahrscheinlich zu einem Thema werden. Die schnelle Entwicklung des Drohnenbetriebs erfordert zudem eine entsprechende Entwicklung der Gesetzesgrundlagen und Normierungen. Bislang sind die akustischen Eigenschaften von Drohnen und insbesondere auch die Auswirkungen von Drohnenlärm auf den Menschen noch wenig untersucht. In AVALON sollen daher wissenschaftliche Grundlagen zur akustischen Charakterisierung, Wahrnehmung – insbesondere Lärmlästigkeit – und Beurteilung (Hinweise auf mögliche Pegelkorrekturen) des Lärms von Quadkoptern zu erarbeitet werden. Dies wird erste Hinweise zur Wahrnehmung dieser noch weitgehend unbekannten Geräuschklasse auch im Vergleich zu bekannteren Lärmarten wie beispielsweise Strassenverkehrslärm liefern.
Kontakt: Beat Schäffer
Projektförderung: BAFU
Dauer: 2022 – 2023

Re-analyse der NORAH-Studie zu den Auswirkung der Vegetation in bebauten städtischen Gebieten auf die Belästigung durch Verkehrslärm (CompenSENSE-NORAH)
Im Rahmen des früheren Forschungsprojekts CompenSENSE ("Macht Kompensation Sinn?") untersuchten wir, ob die Eigenschaften und die Nähe bzw. Erreichbarkeit von Erholungsräumen (Parks, Grünflächen, Wasser etc.) geeignet sind, die Verkehrslärmbelästigung zu reduzieren und damit indirekt einen Kompensationseffekt zu erzielen. Zu diesem Zweck ergänzten wir den Datensatz der Schweizer Studie SiRENE (Lärmbelästigung durch Strassenverkehr, Eisenbahn- und Fluglärm) mit verschiedenen "grünen" Metriken und analysierten den Datensatz neu. Wir fanden, dass Vegetation und Grünflächen in Wohngebieten die Lärmbelästigung durch Strassenverkehr- und Eisenbahnlärm deutlich reduzieren. Beim Fluglärm hingegen waren die Bewohner grüner Wohngebiete deutlich stärker durch Lärm belästigt als die Bewohner weniger grüner Wohngebiete. Während die Ergebnisse zu Strassenverkehr- und Eisenbahnlärm den Erwartungen gemäss Literatur entsprachen, waren die Ergebnisse zu Fluglärm unerwartet. Im Rahmen von CompenSENSE-NORAH untersuchen wir daher die Wiederholbarkeit unserer bisherigen Ergebnisse, indem wir den Datensatz der deutschen NORAH-Studie mit der Grün-Metrik NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) ergänzen und die Daten zur Strassenverkehr-, Eisenbahn- und Fluglärmbelästigung in Abhängigkeit der Lärmexposition und Grünflächen neu analysieren.
Kontakt: Beat Schäffer
Projektpartner: ZEUS GmbH, Zentrum für angewandte Psychologie, Umwelt- und Sozialforschung
Projektförderung: BAFU
Dauer: 2022 – 2023
Publications: Schäffer, B., Schalcher, S., & Schreckenberg, D. (2023). Reanalysis of the Norah study on the association of transportation noise induced annoyance with residential green. In Forum Acusticum 2023. Convention of the European Acoustics Association (p. (4 pp.). The European Acoustics Association (EAA).

Modellbasierte akustische Strassenbelagscharakterisierung bei tiefen Geschwindigkeiten - BELMONTI
Mit der vermehrten Einführung von Tempo 30 im Strassenverkehr besteht ein grosses Interesse an einer akustischen Belagscharakterisierung im tiefen Geschwindigkeitsbereich. Für die Geschwindigkeiten 50 bzw. 80 km/h existiert mit dem CPX-Verfahren eine normierte Methode zur dynamischen Belagsgütemessung. Da unsicher ist, ob sich diese Methode auch bei Tempo 30 eignet, werden Möglichkeiten einer alternativen Belagscharakterisierung ausgelotet und hinsichtlich der zu erwartenden Aussagekraft diskutiert. Dazu wird ein modellbasierter Ansatz verfolgt, der dynamisch die Schallabsorption und die Oberflächentextur von Strassenoberflächen und nach Möglichkeit auch deren Strömungswiderstand vermisst, und daraus über einen empirischen funktionalen Zusammenhang die akustische Belagseigenschaft quantifiziert.
Ansprechpartner: Urs Pachale
Projektförderung: BAFU
Laufzeit: 2022 - 2024

Simulation der CPX-Strassenbelagsmessmethode - CPX-Simulator
Im heutigen Strassenverkehrslärm dominiert in vielen Situationen das durch die Interaktion des Reifens mit der Fahrbahn entstehende Rollgeräusch. Damit kommt bei einer Lärmprognose der Belagscharakterisierung eine grosse Bedeutung zu. Eine elegante Möglichkeit der messtechnischen Ermittlung der akustischen Belagseigenschaften bietet die international genormte CPX-Methode. Hierbei rollt in einem von einem Fahrzeug gezogenen Anhänger ein definierter Messreifen bei 50 bzw. 80 km/h über die zu untersuchende Strasse. Das dabei entstehende Schallfeld wird im Nahbereich punktuell durch Schalldruckmikrophone abgetastet. Damit aus CPX-Messungen auf die am Strassenrand beobachtbaren (und damit relevanten) Belagseigenschaften geschlossen werden kann, werden geeignete Umrechnungsmodelle benötigt. Diese Modelle wurden bisher rein empirisch durch Gegenüberstellung von Datenpaaren gefunden. Im Rahmen dieses Projekts soll ein Rechenmodell entwickelt werden, das nahe an den physikalischen Schallentstehungsmechanismen eine Schallfeldsimulation in einem CPX-Messanhänger leistet. Damit werden sich rechnerisch die Grenzen bzw. Unsicherheiten des CPX-Verfahrens ausloten lassen und Aussagen zur frequenzabhängigen Belastbarkeit der Messpegel entstehen. Darüber hinaus werden Module entwickelt, die mittelfristig ein physikbasiertes Umrechnungsmodell erwarten lassen, welches zusätzliche Einflussfaktoren berücksichtigt.
Ansprechpartner: Reto Pieren
Projektförderung: BAFU
Laufzeit: 2022 - 2024

Demonstration der Machbarkeit ökoeffizienter Flugtrajektorien D-KULT
Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR entwickelt ein Pilotenassistenz-System mit der Bezeichnung LNAS (Low-Noise Augmentation System), welches bereits in Zusammenarbeit mit der Empa erfolgreich für Landungen am Flughafen Zürich getestet wurde. Im Projekt D-KULT soll das System erweitert und für Starts und Landungen der Flugzeugtypen B787, A320 und A330 am Flughafen Frankfurt eingesetzt werden. Die Empa validiert im Projekt ihr sonAIR-Modell anhand von Messungen am Flughafen Frankfurt und ermittelt im Vergleich zum realen Flugverkehrs (Regelbetrieb) die Auswirkung lärmoptimierter An- und Abflugverfahren. Die Resultate werden in Form der Lärmbelastungskarten am Boden und der Anzahl vom Lärm betroffener Personen ausgewiesen.
Ansprechpartner: Jean Marc Wunderli
Partner: DLR
Projektförderung: LUFO
Laufzeit: 2022 - 2024

Schallschutz im Holzbau - SchaHo
"Schallschutz im Holzbau" (SchaHo) ist ein Kooperationsprojekt der Lignum Holzwirtschaft Schweiz und er Empa Abteilung Akustik/Lärmminderung mit dem Ziel der weiteren Etablierung des mehrgeschossigen Bauens mit Holz dank schalltechnisch optimalen Holz-Konstruktionen und höchstmöglicher Planungssicherheit für Bauherren, Planer und Ausführende sowie hoher Zufriedenheit der Bewohner in ih-rem Wohnumfeld.
Kernpunkt ist daher der Wissenstransfer in Form von digitalen Planungstools, Online-Datenbanken, Best-Practice-Leitfäden und Schulungen die durch die Lignum bereitgestellt werden. Wissensgrundlage hierfür bildet die Analyse und die Bereitstellung der Schallschutzdaten aus dem Arbeitspaket "Ermittlung der Datengrundlage". Als zentraler Arbeitspunkt berechnet die Empa mit numerischen Verfahren die Körperschallübertragung an Bauteilverbindungen in Gebäuden in Massivholzbauweise und entwickelt diese Methoden für eine genauere und effizientere Berechnung der Flankenübertragung weiter. In Laborversuchen ermittelt die Empa parallel hierzu weitere Schallschutzdaten. Diese dienen der Validierung der numerischen Modelle und der Erweiterung der Datengrundlage aus den bereits vorangegangenen Projektphasen.
Ansprechpartner: Stefan Schoenwald
Projektpartner: Lignum Holzwirtschaft Schweiz
Projektförderung: Bundesamt für Umwelt (BAFU), Aktionsplan Holz
Projektdauer: September 2021 bis Juni 2025
Publikationen: Vallely, S., & Schoenwald, S. (2023). Frequency-independent homogenised elastic and damping constants of cross-laminated timber. In Forum Acusticum 2023. Convention of the European Acoustics Association (p. (8 pp.). The European Acoustics Association (EAA).

 

Thin low frequency sound absorbers using rigid mineral foams
Porous materials are surely the most widely used solutions when it comes to acoustic treatments. They provide good absorption features for a large range of frequencies while being extremely cheap to manufacture. However, controlling their internal structure and macroscopic properties are far from trivial, and they display poor absorption capabilities in the sub-wavelength domain. The latter is often dealt with resonant and/or periodic structures, often called metamaterials, which can provide extra-ordinary absorption performances.
As noise mitigation becomes a predominant matter in modern society, the design of cheap, efficient at low frequencies, and resilient acoustic treatments is of great interest. Preliminary studies on mineral foams have addressed the acoustic behaviour of such materials, and are readily available in the scientific literature. Tests under lab conditions show that the unique foams with large pores and thin pore walls absorb low frequencies better than existing products, but only in a narrow band. A model will enable the design of a high-performance sound absorption material, for which a suitable production process will be developed. In addition mineral foams are fire resistant and do not emit plasticizers thus are safe for in- and outdoor use.
Contact: Bart Van Damme
Funding: Innosuisse
Partner: de Cavis
Duration: 2021 - 2023

Wirkung von Präventionsmassnahmen von Gesundheitsschäden durch akute und langfristige Lärmbelastung
Die epidemiologische Forschung hat in den letzten Jahren Zusammenhänge zwischen verschiedenen kardiometabolischen Erkrankungen und Strassen-, Eisenbahn- und Fluglärm aufgezeigt. Allerdings ist noch wenig über die Auswirkungen auf die psychische Gesundheit und die effektivsten Interventionen zur Reduzierung der lärmbedingten gesundheitlichen Auswirkungen bekannt. In dieser Studie werden mehrere wichtige Forschungsfragen in Bezug auf kurz- und langfristige gesundheitliche Auswirkungen von Verkehrslärm untersucht.
Um die akuten Auswirkungen von Fluglärm auf die psychische Gesundheit von Patienten in einer psychiatrischen Klinik zu untersuchen, wird mittels einer Zeitreihenanalyse die täglich gemessene und modellierte Fluglärmbelastung von einem nahen Flugplatz mit Aggressionsereignissen, täglichem Medikamentenkonsum und der psychischen Gesundheit der Patienten verglichen. In einer anderen Stichprobe von 650 Personen im Alter von 20 bis >80 Jahren wird untersucht, ob und inwiefern körperliche Aktivität und Schlaf den Einfluss von Strassenlärm auf früh erkennbare Marker für kardiometabolische Erkrankungen beeinflussen. In den letzten 20 Jahren haben in der Schweiz schätzungsweise 350’000 bzw. 400’000 Personen von Lärmschutzwänden und Schallschutzfenstern profitiert. Welche Wirkung diese Massnahmen auf die kardiovaskuläre Sterblichkeit haben, wird mittels eines natürlichen experimentellen Ansatzes retrospektiv in der Schweizerischen Nationalen Kohorte erforscht. Dazu werden spektrale Ausbreitungsalgorithmen in aktuelle Lärmmodelle implementiert. In der Analyse werden auch Veränderungen der Lärmbelastung durch lärmarme Beläge, grosse Infrastrukturen und Umzüge berücksichtigt.
Die Studie wird unser Verständnis für effektive Präventionsmassnahmen auf individueller und Bevölkerungsebene verbessern. Umfassende Analysen physiologischen Wirkungen auf das Herz-/Kreislaufsystem und den Stoffwechsel werden für die individuelle Prävention beleuchten, ob und inwieweit Lärmwirkungen frühzeitig vermeidbar sind. In Bezug auf die Verhältnisprävention wird nun zum ersten Mal empirisch untersucht, wie sich Lärmschutzmassnahmen auf die kardiovaskuläre Sterblichkeit auswirken. Zudem liefert das Projekt Erkenntnisse zur Lärmwirkung in einer möglicherweise besonders empfindlichen Bevölkerungsgruppe von psychiatrischen Patienten.
Ansprechpartner: Beat Schäffer
Projektförderung: SNF
Projektpartner: Swiss TPH, n-Sphere
Dauer: 2021 - 2024

Soil Vibration and Auralisation Software Tools for Application in Railways (SILVARSTAR)
Das Hauptziel von SILVARSTAR ist es, der Eisenbahnbranche ausgewiesene Softwarewerkzeuge und Methodiken zur Beurteilung der Umweltauswirkungen von Lärm und Erschütterungen des Bahnverkehrs zu bieten. Das erste Ziel von SILVARSTAR betrifft eine gemeinhin akzeptierte, praktikable und validierte Methodik und ein benutzerfreundliches Prognosewerkzeug für Erschütterungsstudien. Dieses Werkzeug auf Systemebene wird in Umweltauswirkungsstudien von neuen und verbesserten Gleisanlagen angewendet. Es wird den Zugang zu Erschütterungsprognosen für qualifizierte Ingenieure erweitern und die Projektplanung und die Implementierung dank des verbesserten Simulationsprozesses vereinfachen.
Das zweite Ziel von SILVARSTAR ist die Entwicklung eines voll funktionsfähigen Systems zur Auralisierung und Visualisierung von physikalisch korrekt synthetisiertem Bahnlärm, inklusive der Bereitstellung von Schnittstellen zu Virtual Reality Visualisierungssoftware. Das System unterstützt die Kommunikation mit der Öffentlichkeit, Entscheidungsträgern und Konstrukteuren durch virtuelles Erleben während der Designphase.
Die Empa ist für das zweite Projektziel verantwortlich und leitet das entsprechende Arbeitspaket. Die Arbeiten zur Entwicklung des Auralisierungs- und Visualisierungssystems werden primär durch die Empa durchgeführt, mit Unterstützung von ISVR, Vibratec und Bandara.
Ansprechpartner: Reto Pieren
Projektförderung: Horizon 2020, Shift2rail
Projektpartner: Empa, University of Southampton, KU Leuven, VibraTec, Wölfel, unife, Bandara VR
Dauer: 2020 - 2022
Publikationen: Pieren, R., Georgiou, F., Squicciarini, G., & Thompson, D. J. (2022). Auralisation of combined mitigation measures in railway pass-by noise. In Proceedings. Internoise 2022 (p. 518 (9 pp.). Internoise. 
Bouvet, P., Degrande, G., Thompson, D., Pieren, R., & García, M. (2021). Silvarstar project: soil vibration and auralisation software tools for application in railways. Global Railway Review, 27(6), 6-9.
Pieren, R., Georgiou, F., Thompson, D., Heutschi, K., Squicciarini, G., Rissmann, M., & Bouvet, P. (2021). Methodology for auralisation and virtual reality of railway noise. SILVARSTAR Consortium.
Pieren, R., Georgiou, F., Squicciarini, G., Heutschi, K., & Thompson, D. J. (2023). VR demonstration of railway noise mitigation using auralised train pass-bys. In Forum Acusticum 2023. Convention of the European Acoustics Association (p. (7 pp.). The European Acoustics Association (EAA).

Restorative potential of green spaces in noise-polluted environments (RESTORE)
Städtische Gebiete erfahren eine kontinuierliche Zunahme der Bevölkerung und der Mobilität, die mit einer erhöhten Lärmbelastung der Bewohner und einem Rückgang der Grünflächen einhergeht. Ziel dieses Projekts ist es, die Auswirkungen von Grünflächen als Erleichterung und Lärm als Hindernis für die Erholung von Stress zu bewerten. Das Projekt besteht aus Laborexperimenten mit VR- und Soundscape-Simulationen, Feldexperimenten in städtischen und vorstädtischen Grünflächen mit unterschiedlichen akustischen und visuellen Rahmenbedingungen, einer erweiterten Feldstudie in unterschiedlich lärmbelasteten Quartieren sowie einer schweizweiten Erhebung und Fernerkundung von Grünflächen. Das Projekt wird neue Erkenntnisse über die Wege der Stressbildung durch Lärmbelastung und der Erholung durch Grünanlagen liefern. Es wird die visuellen und akustischen Voraussetzungen von wiederherstellenden Grünflächen ermitteln und Auswirkungen auf die schweizerische Lärmgesetzgebung und die Umsetzung des revidierten Raumplanungsgesetzes haben.
Ansprechpartner: Jean Marc Wunderli, Beat Schäffer
Projektförderung: SNF (Sinergia)
Projektpartner: WSL
Dauer: 2020 - 2024
Publikationen: Dopico, J., Schäffer, B., García Martín, M., Kolecka, N., Tobias, S., Schaupp, J., … Wunderli, J. M. (2022). Studying the association between noise exposure, stress and characteristics of green spaces: protocol and pilot study. In Proceedings. Internoise 2022 (p. 166 (9 pp.). Internoise.
Georgiou, F., Kawai, C., Pieren, R., & Schäffer, B. (2022). Laboratory setup for assessing physiological stress buildup and recovery associated with noise annoyance using virtual reality and ambisonic loudspeaker reproduction. In ICA 2022 proceedings (p. ABS-0300 (8 pp.). Acoustical Society of Korea.
Dopico, J., Schäffer, B., Brink, M., Röösli, M., Vienneau, D., Binz, T. M., … Wunderli, J. M. (2023). How do road traffic noise and residential greenness correlate with noise annoyance and long-term stress? Protocol and pilot study for a large field survey with a cross-sectional design. International Journal of Environmental Research and Public Health, 20(4), 3203 (19 pp.). https://doi.org/10.3390/ijerph20043203
Kawai, C., Georgiou, F., Pieren, R., Tobias, S., & Schäffer, B. (2023). Comparing the restorative effects of urban with green spaces: a laboratory study in VR. In ICBEN 2023 papers (p. (11 pp.). 14th ICBEN congress on noise as a public health problem.
Dopico, J., Schäffer, B., Brink, M., Röösli, M., Vienneau, D., Tobias, S., & Wunderli, J. M. (2023). Annoyance to road traffic noise and residential green: a case study in the city of Zurich, Switzerland. In ICBEN 2023 papers (p. (11 pp.). 14th ICBEN congress on noise as a public health problem.

BOHÈME
Das anspruchsvolle Ziel von BOHEME ist es, eine neue Klasse von bioinspirierten mechanischen Metamaterialien für neuartige Anwendungen in verschiedenen technologischen Bereichen zu entwickeln und zu realisieren. Metamaterialien weisen exotische  dynamische Eigenschaften auf, die in der Natur nicht verfügbar sind. Allerdings fehlen derzeit allgemeingültige Designkriterien, und ihre Wirksamkeit ist derzeit auf begrenzte Frequenzbereiche beschränkt. BOHEME geht von der innovativen Annahme aus, die zunehmend durch experimentelle Beweise gestützt wird, dass das Arbeitsprinzip der Metamaterialien in der Natur bereits genutzt wird und dass dies im Laufe der Evolution zu optimierten Designs für die Schwingungsdämpfung geführt hat. Der "Grundlagenwissenschaft"-Teil des Projekts zielt darauf ab, biologische Strukturwerkstoffe auf den Nachweis dieser Tatsache hin zu untersuchen, neuartige optimierte bioinspirierte Designs (z.B. poröse hierarchische Strukturen, die verschiedene Längenskalen überspannen) unter Verwendung modernster analytischer und numerischer Ansätze zu untersuchen, dynamisch effiziente Strukturen zu entwerfen und herzustellen und ihre Leistungsfähigkeit über weite Frequenzbereiche experimentell zu verifizieren. Das Projekt umfasst theoretische, numerische und experimentelle Aspekte und ist ein Vorhaben von großer Tragweite, von dem Grundlagenwissenschaft, Industrie und Gesellschaft in der EU profitieren können.
Ansprechpartner: Andrea Bergamini
Projektförderung: Horizon 2020
Projektpartner: UNITN, Imperial, IMP-PAN, ETH Zürich, UNITO, Multiwave, Phononic Vibes, POLITO, CNRS
Dauer: 2020 - 2023

Lokalisierung und Identifizierung von bewegten Schallquellen (LION)
Schallquellenlokalisierungsverfahren sind weit verbreitet in der Automobil-, Schienenfahrzeug- und Luftfahrtindustrie. Viele verschiedene Methoden stehen für die Analyse von ruhenden Schallquellen zur Verfügung. Geeignete Verfahren für bewegte Schallquellen kämpfen nach wie vor mit den Problemstellungen der Dopplerverschiebung, der vergleichsweise kurzen Messzeiten und Ausbreitungseffekten durch die umgebende Atmosphäre. Das Projekt LION kombiniert die Expertise von vier Arbeitsgruppen aus drei verschiedenen Ländern im Bereich der Schallquellenlokalisierung: Die Beuth Hochschule für Technik Berlin (Beuth), das Fachgebiet Turbomaschinen- und Thermoakustik der TU Berlin (TUB), das Akustische Forschungsinstitut (ARI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften und das Schweizer Forschungslabor für Akustik / Lärmminderung der EMPA. Die genannten Institutionen kooperieren, um die existierenden Methoden zur Analyse von bewegten Schallquellen zu erweitern und zu verbessern. Dabei soll der Dynamikbereich erweitert sowie die räumliche und die Frequenzauflösung erhöht werden. Die neuen Verfahren sollen auf komplexe Probleme wie die Analyse von tonalen Quellen mit starker Richtcharakteristik oder kohärenten, räumlich verteilten Quellen angewandt werden. Die Partner werden die Methoden gemeinsam entwickeln, validieren und Synergieeffekte heben, die sich durch diese Partnerkonstellation ergeben. Das Projekt ist für eine Laufzeit von drei Jahren geplant. Das Arbeitsprogramm ist in vier Arbeitspakete organisiert: 1) Entwicklung der Algorithmen und Modelle, 2) die Entwicklung einer virtuellen Testumgebung für die Methoden, 3) die Simulation von Szenarien in der virtuellen Testumgebung und 4) die Anwendung der verbesserten und erweiterten Verfahren auf existierende Mikrofonmessungen von Zügen und Flugzeugen.
Ansprechpartner: Reto Pieren
Projektförderung: SNF (Lead Agency Project)
Laufzeit: 2020 - 2023
Publikationen: Lincke, D., Schumacher, T., & Pieren, R. (2022). Evaluation of microphone array methods for aircraft flyover measurements: development of a virtual test environment (pp. 781-783). Presented at the DAGA 2022. DEGA.
Lincke, D., & Pieren, R. (2022). Fluctuations by atmospheric turbulence in aircraft flyover auralisation. In Proceedings. Internoise 2022 (p. 388 (7 pp.). Internoise.
Pieren, R., & Lincke, D. (2022). Auralization of aircraft flyovers with turbulence-induced coherence loss in ground effect. Journal of the Acoustical Society of America, 151(4), 2453-2460. https://doi.org/10.1121/10.0010121
Lincke, D., & Pieren, R. (2021). Synthesizing virtual measurements of moving sound sources in the atmospheric boundary layer. In Fortschritte der Akustik - DAGA 2021. 47. Jahrestagung für Akustik (pp. 792-795). DEGA.
Lincke, D., Schumacher, T., & Pieren, R. (2023). Synthesizing coherence loss by atmospheric turbulence in virtual microphone array signals. Journal of the Acoustical Society of America, 153(1), 456-466. https://doi.org/10.1121/10.0016847
Lincke, D., & Pieren, R. (2023). Amplitude modulations in aircraft flyover measurements by atmospheric turbulence in convective atmospheric boundary layers. In Forum Acusticum 2023. Convention of the European Acoustics Association (p. (4 pp.). The European Acoustics Association (EAA).

ARTEM - Aircraft noise Reduction Technologies and related Environmental iMpact
In ARTEM (Aircraft noise Reduction Technologies and related Environmental iMpact) haben sich sieben strategische Partner aus der Luftfahrtindustrie mit führenden europäischen Universitäten und wichtigen Einrichtungen der europäischen Luft- und Raumfahrtindustrie mit dem Ziel zusammengeschlossen, die technologischen Herausforderungen einer Reduktion des Fluglärms zu bewältigen. ARTEM zielt auf die Ausarbeitung vielversprechender neuer Konzepte und Methoden ab, die direkt an neue lärmarme Flugzeugkonfigurationen für die Jahre 2035 und 2050 gekoppelt sind. Ein Kernthema von ARTEM ist die Entwicklung innovativer Technologien zur Reduzierung des Fluglärms an der Quelle. Der gewählte Ansatz geht dabei über die Reduktion isolierter Quellen wie reiner Lüfter- oder Fahrwerkslärm hinaus und befasst sich mit dem Zusammenspiel verschiedener Komponenten und Quellen – welche in ihrer Interaktion oft erheblich zur Gesamtlärmemission des Flugzeugs beitragen. Zweitens befasst sich ARTEM mit innovativen Konzepten für die effiziente Dämpfung von Triebwerkslärm und anderen Quellen durch die Untersuchung von dissipativen Oberflächenmaterialien und Auskleidungen. Die gewählten Technologiekonzepte bieten die Chance, Unzulänglichkeiten (wie die schmalbandige Absorptionsspitze oder die schlechte Niederfrequenzleistung) aktueller Lösungen zu überwinden. Darüber hinaus wird das Lärmabschirmpotential für zukünftige Flugzeugkonfigurationen untersucht. Die Lärmminderungstechnologien werden mit der Modellierung zukünftiger Flugzeugkonfigurationen wie dem Blended Wing Body (BWB) und anderen innovativen Konzepten mit integrierten Triebwerken und verteiltem elektrischen Antrieb gekoppelt. Die Auswirkungen dieser neuen Konfigurationen mit lärmarmer Technologie werden auf verschiedene Art und Weise bewertet, einschließlich High-Fidelity Werkzeuge, Prognoserechnungen für ganze Flughafenszenarien und Auralisierungen. Damit stellt ARTEM einen ganzheitlichen Ansatz zur Lärmminderung für zukünftige Flugzeuge dar und liefert die Voraussetzungen für die erwartete weitere Zunahme des Flugverkehrs.
Kontakt: Reto Pieren
Projektpartner: DLR, AEDS, Airbus, CIRA, CNRS, Comoti, Dassault, EC Lyon, EPFL, ONERA, INCAS, PPS, RRD, SAE, SOTON, TSAGI, TUBS, TUDelft, UBristol, UCP, URoma3, VKI
Projektfinanzierung: EU – Horizon 2020
Dauer: 2017 – 2022
Publikationen: Schäffer, B., Bertsch, L., Le Griffon, I., Heusser, A., Lavandier, C., & Pieren, R. (2022). Evaluation of flyover auralisations of today's and future long-range aircraft concepts. In Proceedings. Internoise 2022 (p. 571 (8 pp.). Internoise.
Pieren, R., & Lincke, D. (2022). Auralization of aircraft flyovers with turbulence-induced coherence loss in ground effect. Journal of the Acoustical Society of America, 151(4), 2453-2460. https://doi.org/10.1121/10.0010121 
Rizzi, S., LeGriffon, I., Pieren, R., & Bertsch, L. (2020). A comparison of aircraft flyover auralizations by the aircraft noise simulation working group. In AIAA aviation 2020 forum (pp. AIAA 2020-2582 (16 pp.). https://doi.org/10.2514/6.2020-2582
Pieren, R., Le Griffon, I., Bertsch, L., Heusser, A., Centracchio, F., Weintraub, D., … Schäffer, B. (2024). Perception-based noise assessment of a future blended wing body aircraft concept using synthesized flyovers in an acoustic VR environment - The ARTEM study. Aerospace Science and Technology, 144, 108767 (19 pp.). https://doi.org/10.1016/j.ast.2023.108767

TraNQuIL - Akute und chronische Wirkungen von Verkehrslärm auf die Gesundheit
Im Projekt TraNQuIL (Transportation Noise: Quantitative Methods for Investigating Acute and Long term health effects) soll ein vertieftes Verständnis darüber gewonnen werden, wie sich Verkehrslärm auf die menschliche Gesundheit auswirkt. Insbesondere sollen folgende Forschungsfragen behandelt werden:

  1. Wie wichtig sind die Ereignishaftigkeit und die Dauer von Ruhephasen zwischen Ereignissen für die kardiovaskuläre Mortalität, sowie für die kognitive Leistungsfähigkeit, das Verhalten und die Lebensqualität von Jugendlichen?
  2. Wie entscheidend ist die Lärmbelastung zu unterschiedlichen Tages- und Nachtzeiten für diese Ergebnisse?
  3. Wie wichtig ist die Lärmbelastung zu Hause im Vergleich zur Schule für die kognitive Leistungsfähigkeit, das Verhalten und die Lebensqualität von Jugendlichen?
  4. Sind lärmbedingte kardiovaskuläre Risiken nach einer Verminderung der Lärmbelastung rever-sibel? Wenn ja, was ist die relevante Zeitskala?
  5. Lösen Lärmereignisse einen akuten kardiovaskulären Todesfall aus?

Die Forschung stützt sich auf die bestehende Swiss National Cohort (SNC) und die HERMES Jugendlichen-Kohortenstudie. Landesweite Modelle für Strassen-, Eisenbahn- und Flugverkehrslärm sowie die NO2-Belastung an jeder Adresse in der Schweiz für die Jahre 2001 und 2011 werden individuell mit den Studienteilnehmern verknüpft. Für HERMES-TeilnehmerInnen wird eine Längsschnittstudie durchgeführt, um die Auswirkungen der Lärmbelastung in der Schule und zu Hause auf Veränderungen der kognitiven Funktion, des Verhaltens und der gesundheitsbezogenen Lebensqualität innerhalb eines Jahres zu beurteilen. Die vollständige Wohngeschichte, welche nach 2010 für die SNC verfügbar ist, wird verwendet, um die Auswirkungen einer plötzlichen Veränderung der Exposition auf die kardiovaskuläre Mortalität zu ermitteln. Eine Überkreuzstudie (Case-Crossover-Analysis) zu den Trigger-Wirkungen von Fluglärm auf akute Koronar-Ereignisse in der Bevölkerung rund um den Flughafen Zürich wird durchgeführt, wobei die tageszeitliche Verteilung und Variation der Lärmbelastung, welche stark von den meteorologischen Bedingungen abhängt, zunutze gemacht wird.
Kontakt: Beat Schäffer
Projektpartner: Swiss TPH
Projektfinanzierung: SNF
Dauer: 2017 – 2021
Publikationen: Tangermann, L., Vienneau, D., Hattendorf, J., Saucy, A., Künzli, N., Schäffer, B., … Röösli, M. (2022). The association of road traffic noise with problem behaviour in adolescents: a cohort study. Environmental Research, 207, 112645 (9 pp.). https://doi.org/10.1016/j.envres.2021.112645
Vienneau, D., Saucy, A., Schäffer, B., Flückiger, B., Tangermann, L., Stafoggia, M., … Röösli, M. (2022). Transportation noise exposure and cardiovascular mortality: 15-years of follow-up in a nationwide prospective cohort in Switzerland. Environment International, 158, 106974 (9 pp.). https://doi.org/10.1016/j.envint.2021.106974
Tangermann, L., Vienneau, D., Saucy, A., Hattendorf, J., Schäffer, B., Wunderli, J. M., & Röösli, M. (2023). The association of road traffic noise with cognition in adolescents: a cohort study in Switzerland. Environmental Research, 218, 115031 (10 pp.). https://doi.org/10.1016/j.envres.2022.115031
Dopico, J., Schäffer, B., Brink, M., Röösli, M., Vienneau, D., Tobias, S., & Wunderli, J. M. (2023). Annoyance to road traffic noise and residential green: a case study in the city of Zurich, Switzerland. In ICBEN 2023 papers (p. (11 pp.). 14th ICBEN congress on noise as a public health problem.
Wicki, B., Vienneau, D., Schäffer, B., Müller, T. J., Pervilhac, C., & Röösli, M. (2023). Noise, agitation and somatization: a case time series analysis of military-aircraft noise exposure and pro re nata medication in a psychiatric hospital in Switzerland. In ICBEN 2023 papers (p. (6 pp.). 14th ICBEN congress on noise as a public health problem.
Wicki, B., Schäffer, B., Wunderli, J. M., Müller, T. J., Pervilhac, C., Röösli, M., & Vienneau, D. (2023). Suicide and transportation noise: a prospective cohort study from Switzerland. Environmental Health Perspectives, 131(3), 037013 (11 pp.). https://doi.org/10.1289/EHP11587



Dr. Andrea Bergamini
Gruppenleiter Materialien & Systeme

Telefon: +41 58 765 4424
andrea.bergamini@empa.ch


Dr. Beat Schäffer
Gruppenleiter Lärmauswirkungen

Telefon: +41 58 765 4737
beat.schaeffer@empa.ch