Lärmrichtwirkung
Verbesserte Methoden zur Identifizierung von Lärmquellen

Diese Studie befasst sich mit der Rolle der Lärmrichtwirkung bei der Umgebungslärmüberwachung und präsentiert eine vergleichende Analyse der Auswirkungen der Messortauswahl, die durch eine ungewöhnliche Entdeckung beleuchtet wird: das Bellen eines Hundes, von dem angenommen wird, dass es von oberhalb einer Lärmüberwachungsanlage stamme. Dieser Vorfall wirft nicht nur eine humorvolle Frage nach den Flugfähigkeiten von Hunden auf, sondern dient auch als entscheidendes Beispiel für die Herausforderungen bei der Identifizierung von Lärmquellen und unterstreicht die Bedeutung der strategischen Standortauswahl gemäß ISO 1996-2:2017.

Mithilfe der Lärmüberwachungsstation SV 200A, die zur Beurteilung der Lärmrichtwirkung über horizontale und vertikale Ebenen konzipiert ist, werden in der Studie zwei unterschiedliche Standorte in der Nähe der Flugrouten eines Flughafens untersucht. Dieser vergleichende Ansatz verdeutlicht den Einfluss von Umgebungs- und physikalischen Standortmerkmalen auf die Genauigkeit der Lärmdatenerfassung und das Potenzial für die Automatisierung von Ereigniserkennungsprozessen.

Was ist eine Lärmrichtwirkung?

Unter Lärmrichtwirkung versteht man das Muster oder die Richtung, in der Schallwellen von einer Lärmquelle ausgehen. Im Gegensatz zu omnidirektionalen Geräuschen, die sich gleichmäßig in alle Richtungen ausbreiten, haben gerichtete Geräusche eine bestimmte Ausrichtung, das heißt, sie breiten sich in einer Richtung stärker oder intensiver aus als in anderen. Diese Eigenschaft ist in verschiedenen Anwendungen, einschließlich Akustiktechnik, Umgebungslärmüberwachung und Audiotechnologie, von entscheidender Bedeutung, da sie beeinflusst, wie Schall in verschiedenen Umgebungen wahrgenommen und gemessen wird.

Das Verständnis der Schallrichtwirkung ist für die genaue Identifizierung, Messung und Minderung unerwünschter Geräusche von entscheidender Bedeutung, insbesondere in komplexen Umgebungen wie städtischen Gebieten oder in der Nähe von Flughäfen. Durch die Analyse der Richtcharakteristiken von Fluglärm können Ingenieure beispielsweise wirksamere Lärmschutzwände entwerfen oder Lärmschutzmaßnahmen umsetzen, die die Auswirkungen auf Wohngebiete minimieren. Auch in der Audiotechnik hilft die Kenntnis der Richtcharakteristik von Lautsprechern bei der Optimierung der Raumakustik und der Soundsystemkonfigurationen für ein besseres Hörerlebnis.

Abbildung 1. Svantek SV 200A

Wie wird die Schallrichtwirkung gemessen?

Die Lärmüberwachungsstation SV 200A misst die Lärmrichtwirkung mithilfe eines ausgeklügelten Aufbaus, der über die Möglichkeiten herkömmlicher Einzelmikrofonsysteme hinausgeht. Es verfügt über ein primäres Kondensatormikrofon in der Mitte für allgemeine Schallpegelmessungen und wird durch weitere vier MEMS-Mikrofone ergänzt, die im gleichen Abstand an den Seiten des Geräts angebracht sind. Diese Konfiguration ermöglicht es dem SV 200A, Schall aus verschiedenen Richtungen zu beurteilen.

Das Gerät nutzt eine Technik, bei der Signal- und Phasendifferenzpaare zum Einsatz kommen, um die Richtung einer dominanten Rauschquelle sowohl in der vertikalen als auch in der horizontalen Achse zu bestimmen. Durch den Vergleich der von den seitlichen Mikrofonen erfassten Schalldruckpegel und Phaseninformationen mit denen des zentralen Mikrofons kann der SV 200A erkennen, aus welcher Richtung der Schall überwiegend kommt.

Dieser Ansatz ermöglicht die Erstellung einer Schallpegelverteilung in Winkelsektoren, die über die Zeit aufgezeichnet wird. Solche detaillierten Daten zur Lärmrichtwirkung sind von unschätzbarem Wert, da sie nicht nur die Genauigkeit von Umgebungslärmmessungen verbessern, sondern auch bei der Filterung und Analyse der Daten helfen. Diese Methode ist besonders nützlich in Umgebungen, in denen es wichtig ist, die Richtung des eintreffenden Lärms zu bestimmen, beispielsweise in städtischen Geräuschkulissen oder in der Nähe von Verkehrsinfrastrukturen wie Flughäfen und Autobahnen.

Abbildung 2. Position der Seitenmikrofone im Verhältnis zum Hauptmikrofon im SV 200A

Rolle des Messortes bei der Analyse der Schallrichtwirkung

Die Auswahl des optimalen Standorts für die Lärmmessung ist für die genaue Bestimmung der Richtwirkung von Lärmquellen von entscheidender Bedeutung. Diese Entscheidung hat erheblichen Einfluss auf die Präzision, mit der die Richtung und Intensität von Schallwellen kartiert werden kann, was für das Verständnis der Ausbreitung von Lärm in verschiedenen Umgebungen von entscheidender Bedeutung ist.

Ein strategischer Messpunkt ermöglicht eine ungehinderte Erfassung von Schalldaten, die für die Analyse der Richtcharakteristiken von Lärm unerlässlich sind. Dies ist besonders wichtig in Umgebungen, in denen Lärm sorgfältig gemanagt und gemindert werden muss, beispielsweise bei der Stadtplanung oder bei Studien zur Lärmbelastung. Durch die richtige Auswahl des Standorts wird sichergestellt, dass die Messungen die tatsächliche Richtwirkung des Lärms widerspiegeln, frei von Verzerrungen durch Umweltfaktoren wie Reflexionen von Gebäuden oder Gelände, wodurch wirksame Lärmschutzlösungen möglich werden, die auf die spezifischen Eigenschaften der Lärmquelle und ihrer Umgebung zugeschnitten sind.

Studie: Analyse von Fluglärmdaten

Ziel des Experiments war es zu beurteilen, wie sich die Wahl des Messstandorts auf die Genauigkeit und Nützlichkeit von Fluglärmdaten auswirkt. Durch die Durchführung von zwei Lärmmessungen in der Nähe von Flugrouten von Flugzeugen wollte diese Studie den Einfluss des Standorts auf die Erfassung präziser Lärminformationen verstehen.

Mithilfe der SV 200A-Lärmüberwachungsstation von Svantek, die gemäß der Spezifikation IEC 61672-1:2013 Klasse 1 für Schallpegelmesser entwickelt wurde, wurden im Rahmen des Experiments Lärmdaten von zwei verschiedenen Standorten in der Nähe desselben Flughafens verglichen. Die Auswahl der Standorte, die sich beide in unmittelbarer Nähe von Flugrouten befinden, war entscheidend für die Bewertung des Einflusses des Standorts auf die Genauigkeit der Lärmmessung. Der SV 200A, ausgestattet für eine kontinuierliche automatisierte Lärmüberwachung und mit der Möglichkeit zur Datenfernübertragung über den SvanNET Cloud-Server, wurde auf einem 4 Meter hohen Mast montiert und gewährleistete eine konsistente und zuverlässige Datenerfassung an beiden Messstandorten.

Erkennung der Leq-Richtwirkung

Die Lärmüberwachungsstation SV 200A ist in der Lage, die Lärmrichtung sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Ebene zu verfolgen. Es verfügt über ein zentrales Kondensatormikrofon für allgemeine Schallpegelmessungen, ergänzt durch vier zusätzliche Mikrofone, die symmetrisch um den Geräteumfang herum angeordnet sind. Diese Konfiguration nutzt Signal- und Phasendifferenztechniken, um die Richtung dominanter Rauschquellen über beide Achsen genau zu bestimmen. Diese innovative Methode ermöglicht die Aufzeichnung äquivalenter Dauerschallpegel (Leq) über verschiedene Winkelsektoren im Zeitverlauf, erleichtert eine differenzierte Datenanalyse und verbessert die Berichtsfähigkeiten durch effektive Geräuschquellenidentifizierung und Datenfilterung.

Messeinstellungen

Die Messeinstellungen wurden so eingestellt, dass Daten aufgezeichnet werden, die einen 1-s-Zeitverlauf der LAeq-, LAmax- und Terzanalyse, Rauschrichtung in XY- und Z-Richtung und Audioaufzeichnung zum Anhören (24 kHz) enthalten. Das eingebaute GPS wurde zur Zeitsynchronisation und Lokalisierung verwendet.

Messpunkte befanden sich in der Nähe eines Flughafens an zwei Orten::

Messpunkt A: in der Nähe eines Haushalts und einer Straße, in der Nähe der Flugbahn gelegen
Messpunkt B: in einem offenen Feld in der Nähe der Flugbahn

Die Messungen wurden an verschiedenen Tagen während der Betriebszeit des Flughafens durchgeführt.

In beiden Fällen wurde das Mikrofon in einer Höhe von 4 Metern angebracht. Beim ersten Standort kamen die nächsten Reflexionen jedoch von der Gebäudewand in der Nähe von etwa 3 m vom Mikrofon und von einem Baum, der etwa 4 m vom Mikrofon entfernt war.

Abbildung 3. Standort des Überwachungspunkts A in der Nähe eines Haushalts.

Abbildung 4. Lage des Überwachungspunkts B im freien Feld.

Extraktion von Geräuschereignissen aus dem Zeitverlauf

Nach ISO 1996-2:2017 erfordern Umgebungslärmmessungen eine Nachbearbeitung der Messdaten. Die in ISO 20906 beschriebene Methode unterscheidet drei Phasen der Datennachverarbeitung: Ereignisextraktion, Ereignisklassifizierung und Ereignisidentifizierung.

Die Extraktion von Geräuschereignissen basiert auf akustischen Kriterien wie A-bewerteten Schalldruckpegeln. Normalerweise bietet Nachbearbeitungssoftware Tools für die Datensuche nach einer bestimmten Abfrage, z. B. LAeq über 55 dBA.
Die Klassifizierung von Lärmereignissen basiert auf zusätzlichen akustischen Informationen, beispielsweise einer Ereignisdauer, z. B. LAeq über 55 dBA mit einer Mindestdauer von 10 s. Moderne Überwachungssysteme nutzen Informationen über die Richtung des Lärms, um den Ereignisklassifizierungsprozess zu automatisieren; Zusätzlich zum Schwellenwert und der Mindestdauer werden Ereignisse anhand der Richtung des Lärms klassifiziert. Beispielsweise wird erwartet, dass der Lärm eines Flugzeugs von oberhalb des Mikrofons der Station kommt.
Die Identifizierung von Lärmereignissen nutzt nichtakustische Daten wie Informationen von einem Radar oder einen operativen Flugplan von einem Flughafen.

Bei der Auswertung der Messergebnisse ist es notwendig, unerwünschte Ereignisse zu beseitigen. Abhängig von den tatsächlichen Umständen können unterschiedliche Methoden zur Beseitigung unerwünschter Geräusche eingesetzt werden. Die Audioaufzeichnung ist ein wichtiges Hilfsmittel in der Phase der Ereigniserkennung. Im analysierten Fall half das Abhören des tatsächlichen Lärms dabei, das Hundegebell als unerwünschte Lärmquelle zu identifizieren, die von der weiteren Analyse ausgeschlossen wurde.

Abbildung 5. Auswahl der Flugzeugpassagen in Punkt A

Abbildung 6. Auswahl der Flugzeugpassagen in Punkt B

Klassifizierung und Identifizierung von Lärmereignissen

Mithilfe der Software SvanPC++ wurden Fluglärmpassagen aus der Zeitgeschichte extrahiert. Bei der Datenanalyse am Standort A wurden verdächtige Ereignisse festgestellt. Die Analyse der Richtwirkung zeigte deutlich, dass sich oberhalb des Mikrofons eine dominante Quelle befand. Obwohl sich die Form von Hängen von denen in Flugzeugen unterscheidet, ähnelt der Abstand zum Hintergrund dem von Flugzeugereignissen. Durch das Anhören der Audioaufnahmen konnten wir feststellen, dass die Geräuschquelle ein Hundegebell war.

Die Überprüfung der Geräuschrichtung war dank des im SV 200A integrierten GPS und der eingebetteten Google Maps-Funktion in SvanPC++ möglich. Abbildung 7 zeigt sowohl die vertikale als auch die horizontale Richtung, aus der der Lärm kam. Dennoch blieb die Frage bestehen: Wie konnte sich ein Hund über der Station in 4 m Höhe aufhalten? Können Hunde fliegen?

Zur weiteren Untersuchung wurde eine Funktion von Google Maps Street View genutzt. Die eindeutige XY-Lärmrichtungsanalyse und ein weiterer Zoom im Street View-Modus ließen die Annahme zu, dass der Hund bellend in der Nähe des Tors lief und der Lärm vom Dach des Hauses reflektiert wurde (Abbildung 7).

Abbildung 7. Identifizierung der Rauschrichtung mit der SvanPC++-Software im Google Maps-Satellitenmodus

Schlussfolgerungen

Die durchgeführte Studie bewies, dass die Wahl des Messortes einen großen Einfluss auf die Automatisierung der Ereigniserkennung in der Messdatennachbearbeitung hat. Die Lokalisierung des Messpunkts B in einem offenen Feld mit nicht reflektierender Oberfläche ermöglichte die automatische und genaue Erfassung von Flugzeugpassagen. Die Lokalisierung des Messpunkts A bereitete jedoch messtechnische Schwierigkeiten aufgrund von Schallreflexionen an der etwa 3 Meter vom Mikrofon entfernten Gebäudewand.

Bei der Datennachbearbeitung verwendete Werkzeuge wie Audioaufzeichnung, GPS-Lokalisierung und Lärmrichtwirkung ermöglichten eine präzise Ereignisverifizierung und bestätigten zu diesem Zeitpunkt, dass Hunde nicht fliegen können; Es ist der Lärm, der das kann.

Fordern Sie weitere Informationen an
auf dem SV 200A Lärmmonitor

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