Zugl.: Eichstätt, Ingolstadt, Universiẗat, Diss., 2005.

Mit dem Schallstrahlenmodell SMART (Sound propagation model of the atmosphere using ray-tracing) werden die Auswirkungen der Schallstrahlenrefraktion in der Atmosphäre und der Schallstrahlenreflexion am schallharten Boden auf die Schallimmission untersucht. Die gekoppelte Wirkung von Temperatur-, Windgeschwindigkeits- und Windrichtungsprofilen auf die Lärmbelastung an einem Ort über einer schallharten Oberfläche wird für eine große Anzahl möglicher Atmosphärenzustände simuliert und mit Schallausbreitungsrechnungen für eine absorbierende Bodenschicht verglichen. Ein Drittel der Bildpunkte der resultierenden Schalldämpfungskarten unterscheiden sich im Mittel signifikant voneinander. Die größten Unterschiede ergeben sich bei Temperaturinversionen. Hier treten für die Simulationen mit Bodenreflexionen geringere Schalldämpfungen gegenüber dem Fall ohne Bodenreflexionen auf. Diese kritischen Situationen mit einer verstärkten Lärmbelastung sind bei einer Überarbeitung von Lärmschutzrichtlinien besonders zu beachten. / Effects of sound-ray refraction in the atmosphere and sound-ray reflection at the sound-hard surface on the sound immission are investigated using the sound-ray model SMART (Sound propagation model of the atmosphere using ray-tracing). The coupled effect of temperature, wind velocity and wind direction profiles on the noise immission at one location over a sound-hard surface is simulated for a great number of possible states of the atmosphere. The results are compared with sound propagation simulations over a sound-absorbing soil layer. One third of the pixels of the resulting sound attenuation maps are significantly different from each other on the average. The greatest differences appear in cases of temperature inversion. Thereby, the simulations with reflections at the surface lead to smaller sound attenuation in comparison to the case without reflections at the surface. Such critical situations with an amplified noise immission have to be especially considered during the improvement process of noise immission control.

Das Schallstrahlenmodell SMART (Sound Propagation Model for the Atmosphere using Ray Tracing) simuliert die Schallausbreitung in der Atmosphäre unter der Berücksichtigung der Einflüsse der frequenzabhängigen Schallabsorption in der Luft, des frequenzabhängigen Bodeneinflusses und der Refraktion durch vertikale Gradienten im Wind- und Temperaturfeld. Die Ergebnisse des Modells werden zum Beispiel auf Truppenübungsplätzen zur Schallortung und zur Einschätzung der allgemeinen Schallausbreitungssituation verwendet. Des Weiteren wurde eine Untersuchung einer Regionalisierung von Schallausbreitungsverhältnissen durchgeführt. Daraus ergab sich eine Einteilung Deutschlands in verschiedene Gebiete mit unterschiedlichen mittleren Schallausbreitungsbedingungen. Die Schallquellenhöhe befand sich für diese Untersuchungen am Boden. SMART ist aber auch in der Lage die Schallausbreitung für weitaus höherliegende Schallquellen zu simulieren. So wurden Simulationen für die Emissionshöhe von 140 m durchgeführt. Es zeigten sich große Unterschiede zu einer bodennahen Schallausbreitung. / The sound propagation model SMART (Sound Propagation Model for the Atmosphere using Ray Tracing) simulates the sound propagation in a stratified atmosphere. In addition to the geometrical spreading and the stratification of the atmosphere, the properties of the ground also strongly affect the sound propagation. Further the absorption in the air is dependent for the frequency of the sound signal. The results of the model are used on drill grounds of the German Federal Armed Forces, on the one side for a locating of sound sources and on the other side for an estimation of the conditions of the sound propagation. Furthermore, there was a study to find regional differences in the model results. This leads to a classification of Germany in different areas with the same mean conditions for sound propagation. The sound source for this study was positioned at the ground surface. SMART also can be used for the simulation of a sound propagation with a high-placed sound source. So there was a study for an emission height of 140 meter. There were shown great differences to a sound propagation near the ground.

In der folgenden Ausarbeitung wird eine erweiterte Version des Schallstrahlenmodells SMART (Sound propagation model of the atmosphere using ray tracing) vorgestellt, mit dem der gekoppelte Einfluss der Meteorologie und des Bodens auf die Schallausbreitung dargestellt werden kann. Dieses Modell basiert auf der Berechnung des Weges, den der Schall in einer geschichteten Atmosphäre zurücklegt. Sensitivitätsstudien mit verschiedenen Modellparametern und unterschiedlichen Vertikalprofilen der Temperatur zeigen den Vergleich des modellierten Schallweges mit einer analytischen Lösung. Diese Untersuchungen stellen eine notwendige Grundlage für die Erweiterung des Schallstrahlmodells um den Effekt einer Schallschutzwand dar. Mit dem Einbringen einer solchen Schallschutzwand in das Modell soll die Anwendung im urbanen Raum möglich werden. In einem ersten Schritt wurde das Einfügungsdämpfungsmaß nach VDIRichtlinie 2720 in die Dämpfungsberechung mit SMART einbezogen, um eine Schallschutzwand zu simulieren. / The sound ray model SMART (Sound propagation model of the atmosphere using raytracing) is presented. With this model it is possible to combine the effect of meteorology and ground in outdoor sound propagation. This model is based on the calculation of sound ray paths in a stratified atmosphere. The calculated ray path was compared with the analytic solution of the 2-dimensional sound path integral in a non-moving atmorsphere. This analysis was done with two different thicknesses of the atmosperic layering and various vertical temperature and wind profiles. This is an essential basis for the extension of the sound ray model about a noise barrier. With the insertion of a noise barrier in the model the use in urban regions should be possible. A first study is the parametrisation of the influence of a noise barrier with VDI 2720.

Noise is still an unsolved problem of our time and influences the public health and well-being. So sound-exposure gains more and more in importance. This study examines the influence of turbulent vertical profiles of wind and temperature on the sound propagation, using the model SMART (sound propagation model of the atmosphere using ray-tracing). For several states of atmospheric stability, ten-minutetime series of vertical wind and temperature profiles were constructed and used as input data for the model. Simulations of the sound attenuation showed that turbulence affects the sound propagation in the atmosphere. This influence is reflected in a reduction of the sound attenuation level in the downwind area, whereas the sound shadow remains almost unaffected. The influence increases with the distance to the source and depends on the atmospheric stability. Beside the average influence due to turbulence, a “worst-case” scenario with the highest noise immission during the simulated time range was analyzed. Based on the results of this study, a new SMART-module, taking turbulence into account by parameterizations, was developed. The developed turbulence module is an upgrade of the sound model SMART and helps to improve the sound immission forecasts, including meteorological effects.

Acoustic travel-time measurement is a method for remote sensing of the atmosphere. The temperature-dependent sound speed as well as the flow field can be detected by measuring the travel time of a defined acoustic signal between a sound source and a receiver when the distance between them is known. In this study the properties of the flow field are reconstructed using reciprocal sound rays to separate the directionindependent sound speed from the effective sound velocity including the flow velocity component in direction of the sound path. The measurements are taken on a horizontal scale of about 2 m x 2 m. By measurements in interiors, where no flow of air exists, the temperature can be determined with an accuracy of 0.6°C and the flow component in direction of the sound path with an accuracy of 0.3 m/s. If flow of air exists the measurements gets complicated because the phase shifts, which have been detected by the receivers, cannot be corrected like it was possible without the influence of flow.

Die Schallgeschwindigkeit in der Luft hängt wesentlich von der Temperatur, aber auch in gewissen Maße von deren Feuchtigkeit und Zusammensetzung, ab. Den Einfluss der Lufttemperatur auf die Schallgeschwindigkeit nutzen Messverfahren aus, um aus der Laufzeit von Schallsignalen die Temperatur entlang des Ausbreitungsweges zu bestimmen. Dabei wird jedoch häufig die Beeinflussung durch die Luftfeuchte unzureichend berücksichtigt. Hier wird ein Verfahren aufgezeigt, das die Zusammensetzung der Luft und die Temperaturabhängigkeit der spezifischen Wärmen detailliert berücksichtigt. Die auf diesem Wege aus der Schallgeschwindigkeit abgeleitete Temperatur wird mit der in der Mirkometeorologie üblichen Approximation der akustisch virtuellen Temperatur verglichen. / The speed of sound in humid air depends besides the temperature to some degree on their humidity and compositions. Several measuring methods uses the influence of the temperature on speed of sound to calculate from the travel time of acoustic signals the temperature along the propagation path. However, thereby the influence of the humidity is often ignored. This paper described a method, which take the impact of the atmospheric composition and the temperature dependence of the specific heats explicit into account. The subsequent from the speed of sound recalculated temperature is compared with the mircometeorological standard approximation, the acoustic virtual temperature.

Es wird ein Verfahren vorgestellt, welches im Rahmen einer Projektbearbeitung für die Bundeswehr entwickelt wurde und die Einbeziehung des meteorologischen Einflusses auf die Schallausbreitung in die Schallimmissionsprognose auf relativ einfache Weise ermöglicht. Zunächst wurden alle denkbaren meteorologischen Situationen (Unterscheidung nach Temperatur, Windgeschwindigkeit und Windrichtung) klassifiziert. Für die verschiedenen Klassen wurden Verteilungen der Schalldruckpegeldämpfung mit dem Schallausbreitungsmodell SMART (Sound Propagation Model for the Atmosphere using Ray Tracing) berechnet. Die Ergebnisse wurden in einer Datenbank zusammengefasst. Die Analyse und Bewertung dieser Prognosen, sowie der Zugriff auf die Datenbank erfolgt über das Visualisierungstool MetaVIS (Meteorological attenuation visualization). Damit ist eine schnelle Schallimmissionsprognose für aktuelle Schallausbreitungssituationen möglich. Im Rahmen dieses Verfahrens ist die Regionalisierung eines Gesamtgebietes in schallklimatologisch ähnliche Teilgebiete möglich. Eine solche Untersuchung erfolgte durch die Analyse von Schalldruckpegeldämpfungskarten für eine Vielzahl von Atmosphärenstrukturen. Im Ergebnis konnte eine Karte zur Neustrukturierung der Beratungsräume der Bundeswehr, unter Berücksichtigung meteorologischer Einflüsse auf die Schallausbreitung, erarbeitet werden. / A procedure is described, which has been developed within the framework of a project for the Bundeswehr. This method provides a relatively simple way to include meteorological influences on the sound propagation for forecasting sound immission. Therefore, at first, different meteorological situations (differentiation regarding temperature, wind speed, wind direction) have been classified. For the different classes the spatial distribution attenuation of sound level have been calculated using a model of sound propagation SMART (Sound propagation model of the atmosphere using ray-tracing). The results are stored in a database. The analysis and evaluation of this forecasts as well as the access to the database is realized using the visualization tool MetaVIS (Meteorological attenuation visualization). Therewith fast forecasts of sound immission for present meteorological situations are enabled. Moreover, with this procedure a regionalization of an entire territory in areas with a similar sound climatology is possible. Such an estimation has been done by analysing maps of sound level attenuation for different atmospheric structures. As a result, a map for restructuring the consulting areas of the Bundeswehr, considering meteorological influences on the sound propagation, could be acquired.

This work explores the relationship between time, temporality, and power by utilizing interactions between Jesuit missionaries and the Ming and Qing governments of late imperial China as a case study. It outlines the complex relationship between knowledge of celestial mechanics, methods of measuring the passage of time, and the tightly controlled circumstances in which that knowledge was allowed to operate. Just as the Chinese courts exercised authority over time and the heavens, so too had the Catholic Church in Europe. So as messengers of God’s authority, the Jesuits identified the importance of astronomical and temporal authority in Chinese culture and sought to convey the supremacy of Christianity through their mastery of the stars and negotiate positions of power within both imperial governments.

This work explores the relationship between time, temporality, and power by utilizing interactions between Jesuit missionaries and the Ming and Qing governments of late imperial China as a case study. It outlines the complex relationship between knowledge of celestial mechanics, methods of measuring the passage of time, and the tightly controlled circumstances in which that knowledge was allowed to operate. Just as the Chinese courts exercised authority over time and the heavens, so too had the Catholic Church in Europe. So as messengers of God’s authority, the Jesuits identified the importance of astronomical and temporal authority in Chinese culture and sought to convey the supremacy of Christianity through their mastery of the stars and negotiate positions of power within both imperial governments.