Lärm ist ein nach wie vor ungelöstes Umweltproblem. Die wichtigste Lärmquelle in urbanen Räumen ist der Straßenverkehrslärm, der gesundheitsschädliche Langzeitwirkungen haben kann. Die Ausbreitung von Schallwellen bis zum Immissionsort wird, besonders bei längeren Entfernungen, durch die Atmosphärenstruktur beeinflusst. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, diesen Atmosphäreneinfluss auf die Schallausbreitung mit Hilfe von Messungen an Autobahnen in der Nähe von Chemnitz abzuschätzen. Mit je zwei Messstellen in 25 m und 150 m Entfernung von der Autobahn wurde der Effekt der Atmosphärenschichtung und des Windprofils auf die Schallimmission frequenzaufgelöst untersucht. Die Resultate dieser Studie zeigen eine deutliche Variation des über 60 Minuten gemittelten Schalldruckpegels, die auf die unterschiedliche Atmosphärenstruktur zurückgeführt werden kann. Die Messungen ergaben dabei bis zu 5 dB höhere bzw. 11 dB geringere Schallpegel als Ergebnisse von Berechnungen mit Ingenieurmodellen, die den Atmosphäreneinfluss nur sehr vereinfacht enthalten. Es wird außerdem aufgezeigt, wie die Wirkung von Schallschutzbauten an Autobahnen insbesondere durch den Windeinfluss verändert wird. / Noise is still an unsolved environmental problem. Street noise, that will able to cause long-term effects on the state of health, is the main source of noise in urban areas. The sound propagation is influenced by the atmospheric structure, especially for longer distances. This study is aimed at the estimation of the atmospheric influence onto the sound propagation by using measurements at highways near Chemnitz. Two measurement places in distances of 25 m and 150 m from the highway were used to study the effect of atmospheric stability and wind profile on the frequency-resolved sound level. A variation of the averaged (60 minutes) sound level dependent on the atmospheric structure is clearly visible in the results. The measurements yielded up to 5 dB higher and 11 dB lower sound levels in comparison to results of engineering models which contain the atmospheric influence only in a simplified way. Furthermore, the study shows how the impact of noise screens is changed dependent on the wind influence.

Im Genehmigungsverfahren für den Bau hochliegender Schallquellen (z.B. Windenergieanlagen) muss der Nachweis geführt werden, dass von den Anlagen keine schädlichen Umwelteinwirkungen ausgehen. Es ist es daher notwendig, die Schallausbreitung derartiger Quellen grundsätzlich zu untersuchen. Eine Schwierigkeit stellt dabei die gekoppelte Wirkung von Temperatur-, Windgeschwindigkeits- und Windrichtungsprofil in Zusammenhang mit dem Bodeneinfluss auf die Schallausbreitung dar. Dieser zeitlich und räumlich variable Atmosphäreneinfluss wird insbesondere bei Langzeituntersuchungen der Schallimmission bisher nur unzureichend in den operationellen Modellen beschrieben. Das Ziel der Studie besteht deshalb darin, die gekoppelte Wirkung von Atmosphäre- und Boden-Einfluss auf die Schallausbreitung in einem Bereich bis zu 2 km Entfernung von der Schallquelle mit dem Modell SMART (Sound propagation model of the atmosphere using ray-tracing ) zu untersuchen. / The licensing procedure for the construction of high-placed sound sources (e.g. wind power stations) demands to proof that no (significant and) harmful impact on environment is outgoing from these systems. Therefore, it is necessary to analyse the sound propagation of such a kind of sources. In this context one central problem has to be managed: the coupled effect of temperature, wind speed and wind direction profiles combined with the influence of surface on sound propagation. The temporally and spatially variable influence of the atmosphere is only insufficiently described by the operational models, especially in relation to long-time investigations of sound immission. Consequently, the aim of this study was to investigate the coupled effect of atmospheric and surface influence on sound propagation up to distances of 2 km away from the sound source using the model SMART (Sound propagation model of the atmosphere using ray-tracing).

In dieser Studie wird ein Verfahren näher erläutert, welches im Rahmen einer Projektbearbeitung für die Bundeswehr entwickelt worden ist. Dieses Verfahren prognostiziert die Ausbreitung von Schießlärm unter besonderer Berücksichtigung der Einflüsse meteorologischer Verhältnisse (Schallwetter) und ermöglicht so die Prognose erhöhter Lärmbelastungen. Weiterhin ist mit diesem Verfahren auch eine regionale Einteilung eines Gesamtgebietes in schallklimatologisch ähnliche Teilgebiete möglich. Eine solche Untersuchung erfolgt durch die Analyse von Schalldruckpegeldämpfungskarten für eine Vielzahl von Atmosphärenstrukturen. Im Wesentlichen stützt sich das Verfahren dabei auf zwei Komponenten, auf das Schallausbreitungsmodell SMART (Sound propagation model of the atmosphere using ray-tracing) und das Anwendungstool MetaVIS (Meteorological attenuation visualization). Mit Hilfe des Modells SMART werden Schalldruckpegeldämpfungen berechnet, welche dann prognostische Aussagen zur Lärmbelastung an einem Ort zulassen. Die Darstellungssoftware MetaVIS bietet schließlich die Möglichkeit, eine aktuelle Schallausbreitungssituation analysieren und bewerten zu können. Die Bewertung kann aufgrund einer umfangreichen Datenbibliothek erfolgen. Nach Beendigung des Projektes kann dieses Verfahren vom Auftraggeber zu einer bewerteten ortsabhängigen Schallausbreitungsprognose unter Einbeziehung meteorologischer Parameter genutzt werden. / In this study a method will be specified, which is developed in line of a project work for the Bundeswehr. This method predicts the propagation of shooting noise in particular consideration of the effects of meteorological conditions (weather of sound) and so allows the prediction of increased noise levels. Furthermore, with this method a regional classification of an area like Germany in sound climatologically similarly areas is possible by analysing maps of sound level attenuation for a multiplicity of structure of the atmosphere. Basically the method bases on two parts, a model of sound propagation SMART (Sound propagation model of the atmosphere using ray-tracing) and an application software Meta-VIS (Meteorological attenuation visualization). By means of SMART the attenuation of the sound level will be calculated which approves statements about noise exposure at a certain place. The visualisation software MetaVIS offers finally the chance to analyse and to evaluate a present situation of sound propagation. The estimation can be carried out as a result of a large library of data. Upon completion of the project, the method will be used by the customer to predict the sound propagation dependent on location, namely with inclusion of meteorological parameters.

Neben der Abnahme des Schalldruckes bzw. der Schallintensität mit zunehmender Entfernung von einer Schallquelle (Kugelwellendivergenz) spielt bei der Schallausbreitung in der atmosphärischen Grenzschicht der Einfluss der höhenveränderlichen meteorologischen Größen, speziell der Temperatur und des Windvektors, auf die Geschwindigkeit und Richtung der Schallwellen eine entscheidende Rolle. Da in den bisherigen Richtlinien zur Erstellung von Lärmkatastern (über einen bestimmten Zeitraum gemittelte Schalldruckpegelverteilung in einem Gebiet) oder zur Messung der Schallimmission in der Umgebung von Schallquellen aktuelle meteorologische Informationen nicht einfließen, wird in dieser Studie untersucht, inwieweit ein entsprechend erweitertes Konzept bzw. Modell zu modifizierten Ergebnissen führt. Die Untersuchungen münden in ein Verfahren, das die Schallausbreitungsbedingungen an einem Ort für einen einzelnen Zeitpunkt bzw. während eines bestimmten Zeitraumes entsprechend der aktuellen thermischen Atmosphärenschichtung und den Vertikalprofilen von Windgeschwindigkeit und –richtung bestimmt. Die dafür benötigten Eingangsinformationen können durch Atmosphärenmodelle jederzeit und für beliebige Gitterpunkte bereitgestellt werden. / Except for the decrease of the acoustic pressure and the acoustic intensity with increasing distance between sound source and receiver (spherical divergence) the sound propagation and thereby the velocity and direction of sound waves inside the atmospheric boundary layer will be mainly influenced by the height-variable meteorological quantities, especially temperature and wind vector. Because actual meteorological information are ignored by the existing rules to create a noise register (averaged sound-pressure level distribution during a definite time interval and over a fixed region) or for the measurement of noise in the environment of sound sources, it will be investigated in this study whether an extended concept and model for the sound propagation will lead to modified results or not. The investigations lead to a technique which quantify the local conditions of sound propagation for one time or for a definite period corresponding to the vertical profiles of the air temperature as well as of wind speed and wind direction. The needed input data can be provided anytime and for any grid point by an atmospheric model.

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.

Negativ empfundene Schallereignisse, d.h. Lärm, sind nach wie vor eines der bedeutendsten Umweltprobleme besonders in urbanen Räumen. Die Ausbreitung von Schallwellen findet, abgesehen von Wechselwirkungen mit dem Boden, in der Atmosphäre statt und wird durch deren Struktur beeinflusst. Eine maßgebliche Rolle spielt dabei die raum-zeitliche Variabilität der meteorologischen Größen Temperatur, Windvektor sowie Luftfeuchtigkeit, die durch Brechung, Streuung und Absorption zu einer verstärkten oder verringerten Schallimmission an einem Ort führen kann. Im Rahmen einer Schülerarbeit (“Besondere Lernleistung”) wurden Schallpegelwerte an mehreren Messpunkten auf dem Gelände des Leipziger Instituts für Meteorologie bei verschiedenen Atmosphärenzuständen aufgenommen. Erste Auswertungen der Messergebnisse werden in dieser Studie vorgestellt. / Noise is one of the most important environmental problems especially in urban regions. The propagation of sound waves takes place in the atmosphere, apart from interactions with the ground surface, and is influenced by the atmospheric structure. Thereby, the spatial and temporal variability of meteorological quantities like temperature, wind vector and air moisture leads to refraction, scattering and absorption and thereupon to an increased or decreased noise exposure. Within the scope of a pupil’s work sound level measurements were carried out on different places at the site of Leipzig Institute of Meteorology during variable atmospheric conditions. First results are presented in this study.

Acoustic travel time tomography is presented as an experimental technique for remote monitoring of spatially averaged meteorological quantities, such as the virtual air temperature and the horizontal wind speed. This ground based remote sensing technique uses the nearly horizontal propagation of sound waves in the atmospheric surface layer. Here the acoustic travel time tomography was applied by measuring the travel time at defined propagation paths between several sound sources and receivers. The resulting sound speed was used to obtain estimates of the meteorological parameters. Several measuring campaigns were carried out to compare the acoustically derived data with conventional systems. The results of a cross validation during a field experiment in autumn 2000 are presented, where receivers at different heights above the ground were used. / Die Akustische Laufzeittomographie wird als ein Verfahren zur Fernerkundung räumlich gemittelter Größen, wie der virtuellen Temperatur und der horizontalen Windgeschwindigkeit, vorgestellt. Dieses bodengebundene Fernerkundungsverfahren beruht auf der annährend horizontalen Schallausbreitung in der atmosphärischen Grenzschicht. Das hier angewendete Verfahren der Laufzeittomographie beruht auf der Bestimmung der Ausbreitungszeit von Schallwellen zwischen mehreren Schallsendern und -empfängern. Die daraus abgeleitete Schallgeschwindigkeit liefert eine Information über die interessierenden meteorologischen Parameter. Eine Reihe von Feldexperimenten wurde durchgeführt mit dem Ziel, die akustisch bestimmten Größen mit denen konventioneller Verfahren zu vergleichen. Hier werden die Ergebnisse eines Vergleiches im Herbst 2000 präsentiert, bei dem die Schallempfänger in unterschiedlichen Höhen über dem Boden angebracht wurden.

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