WHITEPAPERVOM SCHALLPEGELMESSER ZUR AKUSTISCHEN KAMERA
Verschiedene meteorologische und atmosphärische Faktoren, die sich im Laufe der Zeit verändern, beeinflussen die Schallausbreitung. Tatsächlich ist das gemessene Ergebnis für jeden gegebenen Messpunkt von den Wetterbedingungen zum Zeitpunkt der Messung abhängig.
Dieser Artikel ist auf der Grundlage von Vor-Ort-Messungen geschrieben und bietet einen praktischen Einblick in die Auswirkung der Wetterbedingungen auf den Schallpegel, um das Bewusstsein für die Bedeutung der Wetterbedingungen bei Schallmessungen zu schärfen.
THEORIE DER SCHALLAUSBREITUNG
Geräusche sind im Wesentlichen Schallwellen, die, wenn sie isotrop sind, in alle Richtungen von der Quelle aus gleichmäßig abgestrahlt werden. Der Schallpegel nimmt mit zunehmender Entfernung zwischen Quelle und Empfänger aufgrund der geometrischen Streuung ab. Ohne atmosphärische Schwankungen nimmt der Schall pro Verdopplung der Entfernung um 6 dB ab. Dieses Gesetz gilt solange, bis die im Folgenden beschriebenen Faktoren die Ausbreitung beeinflussen.
Abb. 1
ENTFERNUNG ZWISCHEN SCHALLQUELLE UND EMPFÄNGER
Der wichtigste zu berücksichtigende Faktor ist die Entfernung zwischen der Quelle und dem Empfänger. Bei vielen Messungen von Umgebungslärm befinden sich schallempfindliche Empfänger relativ nahe an der Lärmquelle und in diesem Fall haben meteorologische Faktoren einen geringfügigen Effekt. Aber wie nah ist nah dran? Es gibt keine feste Regel, aber die Norm ISO 1996-2: 2007 bietet eine Formel und eine Tabelle zur Berechnung der daraus resultierenden Unsicherheit in Abhängigkeit von der Höhe der Quelle und des Empfängers sowie der Entfernung zwischen Quelle und Empfänger.
WINDGESCHWINDIGKEIT UND-RICHTUNG
Windgeschwindigkeit und Windrichtung sind auch über kurze Zeiträume wichtige Faktoren, die die Messungen beeinflussen. Wind, der von der Schallquelle zum Messort bläst, erhöht die Pegel. Je stärker der Wind ist, desto größer ist der Effekt, bis der Wind so stark wird, dass er selbst zur dominierenden Geräuschquelle wird. Die Gesetzgebung setzt daher Grenzen oder gibt Empfehlungen zu akzeptabler Windgeschwindigkeit und -richtung.
WINDGRADIENTEN
Windgradienten werden durch Reibung zwischen Boden und Wind verursacht. Daher nimmt die Windgeschwindigkeit mit der Höhe zu, und der Schallpfad wird so gebogen, dass er auf der Abwindseite „fokussiert“ wird, wodurch auf der Aufwindseite der Quelle ein „Schatten“ entsteht. In Windrichtung kann der Pegel je nach Windgeschwindigkeit um einige Dezibel ansteigen. Bei Messungen gegen den Wind oder bei Seitenwind kann der Pegel jedoch je nach Windgeschwindigkeit und Entfernung um mehr als 20 dB fallen. Deshalb wird die Messung in Abwind bevorzugt – die Abweichung ist geringer und das Ergebnis ist ein konservativer „Worst-Case“.
TEMPERATURGRADIENTEN
Temperaturgradienten in der Atmosphäre beeinflussen auch die Schallausbreitung über große Entfernungen (Abbildung 3). An einem typischen sonnigen Nachmittag ist die Luft in Bodennähe am wärmsten, wobei die Temperatur mit der Höhe abnimmt. Dies führt dazu, dass Schallwellen vom Boden weg nach oben brechen und an der Hörerposition geringere Schallpegel auftreten. Abends kehrt sich dieser Temperaturgradient um und führt zu kühleren Temperaturen in Bodennähe. Dieser Zustand, der häufig als Temperaturumkehrung bezeichnet wird, führt dazu, dass sich der Schall zum Boden hin abwärts biegt und zu stärkeren Pegeln an der Hörerposition führt. Wie Windgradienten können Temperaturgradienten die Schallausbreitung über große Entfernungen beeinflussen.
Abb. 2: Einfluss von Temperaturgradienten – typische Tages- und Abendszenarien. Umgebungslärm, Brüel & Kjær 2001
ATMOSPHÄRISCHE DÄMPFUNG
Jeder hat schon ein Konzert auf größerer Entfernung gehört: Die hohen Frequenzen werden gedämpft, und nur ein gedämpfter Bass dominiert den restlichen Klang. Die atmosphärische Dämpfung ist ein physikalischer Faktor, der den Frequenzgehalt des in der Luft vorhandenen Schalls ändert. Abbildung 4 veranschaulicht diesen Effekt. Allerdings ist dieser Faktor bei Messungen von Umgebungslärm angesichts der Entfernungen und Frequenzen meistens unerheblich.
Abb. 3: Schalldämpfung in Luft als Funktion von Entfernung und Frequenz. Umgebungslärm, Brüel & Kjær 2001
ABSOLUTE TEMPERATUR UND LUFTFEUCHTIGKEIT
SCHALLPEGELMESSER ZU VIBRATIONMESSER
Temperatur und Luftfeuchtigkeit beeinflussen Klangmessungen. Bei einer festen Temperatur von 15 ºC würde eine Verringerung der relativen Luftfeuchtigkeit von 80 % auf 20 % den Schallpegel bei einem Hörer, der 800 m von der Geräuschquelle entfernt ist, um 3 dB (bei 1000 Hz) verringern. Obwohl sich die Luftfeuchtigkeit langsam ändert, beeinflusst dies die Replizierbarkeit der Messung.
Bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 80 % würde ein Temperaturanstieg von 15 ºC auf 30 ºC den Schallpegel in 800 m Entfernung von der Schallquelle um 3 dB (bei 1000 Hz) verringern. Temperaturschwankungen dieser Größenordnung sind während eines Zeitraums von 24 Stunden nicht ungewöhnlich.
Nationale Normen können sich in der Art und Weise unterscheiden, wie Witterungseinflüsse bei Umgebungslärmmessungen behandelt werden sollten, daher sollten Sie die jeweils örtlich geltenden Normen immer berücksichtigen.