Scha­Ma

Ein­führung

RoundSchaMa128
SchaMa ist ein Akronym für Schall­schutz­maß­nahmen. Cervus Consult hat dieses Werk­zeug für und im Auf­trag der Wehr­tech­nischen Dienst­stelle für Waffen und Muni­tion, WTD 91, Meppen entwickelt. Bei der WTD 91 liegen alle Ver­wertungs­rechte.

Motiv und Zweck

Für die Be­wertung der ak­usti­schen Wirk­samkeit und zur Auslegung aktiven Schall­schutz­maßnahmen sind traditionelle technische Akustik-Modelle und Rechen­verfahren nicht sach­gerecht. Diese Modelle und Ver­fahren sind für ty­pische Lärm­quellen wie Straßen- und Schienen­verkehrs­geräusche, Industrie­ge­räusche oder Frei­zeit­ge­räusche ausgelegt und berücksichtigen die besonderen Eigenschaften der Schießgeräusche nicht. Schieß­ge­räusche unter­scheiden sich in vier wesent­lichen As­pekten von den ty­pischen Geräusch­quellen. Alle Aspekte haben die Ver­letzung der grund­sätz­lichen An­nahmen in den Modellen und Ber­echnungs­ver­fahren der tech­nischen Akustik für die Be­wertung und Aus­legung solcher Maß­nahmen zur Folge.
  1. Schieß­ge­räusche sind im quell­nahen Bereich hoch­ener­getische Schall­impulse und sind zumindest dort nicht mit Ansätzen der linearen Akustik zu beschreiben.
  2. Dies hat zur Folge, dass z.B. ein Schall­schirm im Nah­bereich zwar Frequenz­anteile effektiv mindern kann, diese Anteile wegen nicht­linearer Effekte wieder auf­wachsen, das Signal sich also wieder auf­steilt.
  3. Schieß­geräusche sind stark gerichtete Quellen.
  4. Dies hat zur Folge, dass der Schall­anteil (Schall­strahl) mit dem kürzesten Weg nicht mehr der Maß­gebliche für die Bestimmung der Schirm­wirkung ist, sondern ein Schall­strahl mit größerem Weg aber höherem Pegel.
  5. Schieß­geräusche sind durch besonders tief­frequente Anteile geprägt.
  6. Dies hat zur Folge, dass die tra­ditio­nellen Modelle zur Be­rechnung der Schirm­wirkung versagen können, weil diese Modelle für einen so­genannten ‚mittleren Frequenz­bereich‘, der die A-bewerteten Pegel bestimmt, ausgelegt sind und – soweit bekannt ‑ nicht für die bei typischen Umwelt­geräuschen un­bedeutenden tief­frequenten Geräusche validiert wurden.
  7. Der Ei­nwirkungs­bereich von Schieß­geräuschen groß­kalibriger Waffen geht weit über 1000 m hinaus.
  8. Dies hat zur Folge, dass die Wirkung von aktiven Schall­schutz­maß­nahmen (z.B. Schirm­wirkungen) für einen großen Abstand zwischen Bau­maß­nahme und Empfangs­ort bestimmt werden müssen. Hier spielen atmo­sphärische und meteoro­logische Einflüsse eine viel grö­ßere Rolle als bei kürzeren Ab­ständen zwischen Bau­maßnahme und Empfangs­ort.

Schall­aus­brei­tungs­modell

SchaMa verwendet ein Schall­aus­breitungs­modell, das den be­sonderen An­forderungen grund­sätzlich gerecht wird. Dieses Schall­aus­breitungs­modell (SchaMa-CRM) zeichnet sich durch folgende Merk­male aus:
  • Konstant-Radius-Modell (CRM) mit un­begrenzter Anzahl von Boden­reflexionen
  • Beschreibung der Bodenreflexion als Kugelwellenreflexionen an komplexen Bodenimpedanz
  • Durchgängig schmal­bandige Signal­berechnung im Fourier­raum nach Betrag und Phase
  • Berück­sichtigung drei­dimensionaler Richt­charakteristiken der Quelle
  • Native Berechnung von Schall­druck-Zeit­verläufen und damit aller Pegelvarianten mit unter­schiedlichen Frequenz- und Zeit­bewertungen, ein Allein­stellungs-merkmal dieses Modells

Eigen­schaften und Merk­male von SchaMa

Das Modell SchaMa-CRM wurde als Rechenkern in das Programm ‚SchaMa‘ im­ple­men­tiert. Das Pro­gramm ‚SchaMa‘ wurde im Rahmen der F&T- Studie erstellt und bietet dem Anwender die Möglichkeit, die Wir­kung von aktiven Schall­schutz­maßnahmen (Schall­schirme) für einzelne Im­missions­orte oder in der gesamten Nach­barschaft als gerasterten Schall­im­missions­plan zu bewerten. ‚SchaMa‘ zeichnet sich durch folgende Mer­kmale aus:
  • Vorgaben für die Quelle
    • Signalformen
      • Mündungs­knall (Weber-Modell)
      • Geschoss­knall
      • Rad- und Ketten­fahrzeug­vorbeifahrt
      • Rosa und Weißes Rau­schen
      • Sinus- und Recht­eck­signal
      • Import em­pirischer Zeit­signale
    • Richt­wirkung
      • Richt­charak­teristik nach DIN ISO 17201-1
      • Elevation der Sym­metrie­achse der Quelle
  • Schall­aus­brei­tungs­rechnung
    • SchaMa-CRM
    • DIN ISO 9613
    • Harmonoise
    • (WinLarm)
  • Atmo­sphäre
    • Freie Wind- und Tem­pe­ratur­pro­file
    • Wind- und Tem­pera­tur­profile nach TA Luft
    • Krümmungsradiusmodelle
      • ISO 1996
      • WTD 91
  • Erdboden
    • Kugel­welle­re­flexion an kom­plexen Im­pe­danzen
    • Boden­modelle
      • Wempen (4 Parameter)
      • Delany/Bazley/Salomons (Strö­mungs­wider­stand, Poro­sität)
  • Aktive Schall­schutz­maß­nahmen
    • Zwei Schall­schirm­folgen mit variabler Höhe
    • Beu­gungs­rech­nung Einzel­schirm
    • Beu­gungs­rech­nung Doppel­schirm
  • Schall­empfänger
    • Einzel­punkt
    • Horizontales Raster (Karten)
    • Vertikales Raster (Schnitte)
  • Signal­be­rechnung
    • Fourier­spektren
    • Zeit­signale
    • Terz­spektren
    • Einzahl­werte Peak, Fmax, Smax, SEL in A-,C- und Z-Bewertung
  • Werk­zeuge
    • Geo­me­trische und akustische Analyse jedes Teil­strahls
    • Analyse von Teil­bei­trägen des Direkt­schalls und der ge­beugten Schalle
    • Vergleich der Schall­aus­brei­tungs­modelle
    • Pfad­rech­nungen für alle Ein­zahl­pegel
    • Empfindlichkeitsanlayse durch Variation aller Modell-Eingangparameter
      • Variation nach Recht­eck­verteilung
      • Variation nach Gauß­ver­teilung
    • Ver­gleich von be­werteten und ge­filterten Ein­zahl­pegeln
    • Dar­stellung des Zeit­verlaufs aller ein­schlägigen Ein­zahl­pegel
    • Dif­ferential­analyse von Sze­narien mit/ohne aktive Schall­schutz­maßnahmen
  • Kataloge
    • häufig verwendeten Knall­quellen
    • Muster­szenen, Muster­szenarien