Schallausbreitungsmodelle

Schallstrahlen ausgehend von einer Straße in einem Tal bei verschiedenen meteorologischen Situationen. Oben: Temperaturabhnahme mit der Höhe während des Tages. Unten: Temperaturinversion während der Nacht.
Das DLR Institut für Physik der Atmosphäre entwickelt und betreibt fortschrittliche Schallausbreitungs-modelle. In Kombination mit meteorologischen mesoskaligen und mikroskaligen Modellen beschreiben sie das System Atmosphäre-Topografie-Schallfeld in konsistenter Weise. Die umfassenden Ausbreitungsmodelle sind in der Lage die Brechung, Absorption und Streuung von Schallwellen in der inhomogenen Atmosphäre zu simulieren. Darüber hinaus werden auch Reflexionen und Beugungseffekte an der Topografie (Hügel, Vegetation, Gebäude, Lärmschutzwände) berücksichtigt.

Die Schallausbreitungsmodelle werden für wissenschaftliche Untersuchungen verwendet um den Einfluss komplexer Geländestrukturen (Täler, Straßenschluchten, Brücken, Tunnelportale, usw.) unter realistischen meteorologischen Bedingungen zu studieren. Dies dient unter anderem der Optimierung des Schallschutzes durch lärmarme Trassen, wetterabhängige Verkehrsregulierungen und Lärmschutzeinrichtungen. Darüber hinaus bilden die Modelle auch die Grundlage für vereinfachte Berechnungsverfahren zur großräumigen Lärmkartierung.

Zwei unterschiedliche Typen von Schallausbreitungsmodellen sind derzeit in Verwendung:

(1) Linearisiertes Euler (LE) Modell AKU3D.

Dieses Modell basiert auf progrognistischen Gleichungen für den Schalldruck und die Schallschnellekomponenten. Sie werden numerisch gelöst (zwei- oder dreidimensional) mit Hilfe von Vorwärtsdifferenzen in der Zeit und zentralen Differenzen 4. Ordnung im Raum. Das Modell berücksichtigt optional meteorologische Effekte (mittlere Ströumung und Temperatur, turbulente Fluktuationen), orografische Effekte (transformierte Koordinaten), vollständig oder teilweise reflektierende Hindernisse und Boden mit endlicher Impedanz. AKU3D ist insbesondere für die Ausbreitung von niederfrequentem Schall geeignet.

(2) Langrangesches Schallpartikelmodell AKUMET.

Dieses Modell basiert auf der Schallstrahlentheorie. Eine große Anzahl von Schallpartikeln wird an der Quelle in die Umgebung freigesetzt. Die Schallpartikel bewegen sich entlang gekrümmter Schallstrahlen und tragen die Schallenergie in das Modellgebiet. Die Anzahl von Schallpartikeldurchgängen wird in Gitterzellen gezählt um den örtlichen Schallpegel zu bestimmen. Im Falle einer kohärenten Quelle wird auch die Wellenlänge und die Phase ausgewertet. Das Modell berücksichtigt optional meteorologische Effekte (mittlere Ströumung und Temperatur, turbulente Fluktuationen), orografische Effekte (transformierte Koordinaten), vollständig oder teilweise reflektierende Hindernisse und Boden mit endlicher Impedanz. AKUMET ist insbesondere für die Ausbreitung von hochfrequentem Schall geeignet.

Kontakt:

Dr. Dietrich Heimann

Akustik