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Grundsätzliches

Skizze zu den Phänomenen der Schallausbreitung im Freien
 

Die Schallausbreitung im Freien hängt von vielen Einflussfaktoren ab. Dazu gehören neben den stets zu beachtenden geometrischen Abschwächungen und die Luftdämpfung Einflüsse, die nur im Freien vorkommen. Dazu gehören das Windfeld, das Temperaturfeld und das Luftfeuchtigkeitsfeld als Parameter der Atmosphäre, das Gelände, die Bodenbeschaffenheit und die Bebauung als topographische Einflussfaktoren.

Zwar ist die Beobachtung, dass sich Schall in Windrichtung besser ausbreitet als gegen den Wind, in vielen Fällen zutreffend. Eigentlich hat jedoch der Wind selbst keine entscheidenden Einfluss auf die Schallausbreitung. Ursache ist vielmehr die Änderung der Windstärke mit der Höhe, der sogenannte Windgradient; der ist in Mitwindrichtung bei den meisten Wetterlagen positiv.

Die Wirkung von Wind- und Temperaturfelder

Wirkung von Wingradienten (oben) und Temperarturschichtung (unten Inversions)
auf den Schallstrahlenverlauf

Die Temperatur und der Wind haben nur einen marginalen Einfluss auf die Schallausbreitung, solange beide Parameter konstant sind. Erst wenn sie sich mit der Höhe ändern, wirken sie wie eine 'Linse' und brechen den Schall.  Bei einem mit der Höhe zunehmenden Wind wird der Schall in Windrichtung zur Erdoberfläche hin gebrochen. Dadurch kommen mehr Strahlen am Empfänger an und der Pegel erhöht sich 'mitwind'.

Gegenwind ist der Sachverhalt genau umgekehrt: Der Schall wird von der Erdoberfläche weg gebrochen und kommt nicht wieder zurück. Es können sich Schattenzonen ausbilden, in denen Schallquellen in denen der Pegel im Vergleich zur neutralen Atmosphäre signifikant sinkt.

Bei Temperaturschichtungen, bei denen die Temperatur mit der Höhe zunimmt, wirkt wie eine Mitwindlage in alle Richtungen. Solche Temperatur-Inversionswetterlagen, die man häufig in den Herbst- und Wintermonaten bis lange in den Tag hinein beobachten kann, sind besonders 'laut'. Im umgekehrten Fall, also einer normalen Temperaturschichtung wirkt wie eine Ausbreitung bei Gegenwind.

Natürlich treten beide Phänome, Temperaturschichtung und Windgradient, gemeinsam auf, können sich richtungsabhängig verstärken, abschwächen oder auslöschen. Die Vorhersage der Schallausbreitungsbedingungen benötigt also Prognosen für beide Felder in Abhängigkeit von der Höhe.

 

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