Akustische Modalanalyse für niederfrequenten Schall in atmosphärischen Wellenleitern

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Stefan Jacob, Ph.D.; Professorin Dr.-Ing. Sabine C. Langer
• Fachliche Zuordnung: Akustik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 536842818

Niederfrequenter Schall kann sich in der atmosphärischen Grenzschicht aufgrund akustischer Wellenleitereffekte über große Distanzen hinweg ausbreiten und belästigt Mensch und Tierwelt mitunter in weiter Entfernung zur Schallquelle. Wellenleiter entstehen in der Regel aufgrund von starken Winden oder Temperaturinversionen, wobei letztere bevorzugt nachts auftreten. Um die Bekämpfung von Lärmbelastung und der damit verbundenen negativen Auswirkungen auf die Gesundheit zu unterstützen, schlagen wir die Entwicklung einer Methode zur Charakterisierung und Vorhersage des niederfrequenten Lärms in atmosphärischen Wellenleitern vor. Die Methode basiert auf der Modellierung von Schallfeldern mithilfe akustischer Moden. Sie wird Ingenieuren und Ingenieurinnen ermöglichen, niederfrequente Lärmausbreitung unter Berücksichtigung komplexer atmosphärischer Bedingungen effizient auch über große Distanzen hinweg zu berechnen. Im Gegensatz dazu sind bestehende Lärmvorhersagemethoden, die oft für mittlere bis hohe Frequenzen entwickelt wurden, rechnerisch komplex und daher ungeeignet für Szenarien, die schnelle und genaue Vorhersagen von niederfrequentem Lärm über große Entfernungen erfordern. Im Projekt möchten wir gezielt die Möglichkeit untersuchen, komplexe Felder in gut interpretierbare Modalspektren zu zerlegen, da diese bei der Vorhersage und Auswertung große Vorteile bilden. Modale Zerlegung ist in anderen Bereichen, in denen geführte Wellen betrachtet werden, weit verbreitet, wie beispielsweise in der Optik, dem Ultraschall und der Aeroakustik. Akustische Modalspektren können zur Vorhersage von Lärm unter verschiedenen nicht gemessenen Bedingungen genutzt werden, und geben gleichzeitig Einblicke in die Physik und Mechanismen der Lärmquellen. Modale Ansätze und die Zerlegungen in Modalspektren wurden bisher nicht für die Lärmcharakterisierung in der unteren Atmosphäre genutzt. Das Ziel des Projekts ist daher die präzise Untersuchung der in diesem Zusammenhang kritische Fragen, einschließlich der effizienten numerischen Berechnung von Modalmerkmalen für komplexe Atmosphären, der Zerlegung von Schallfeldern in diese Modalmerkmale und der Beurteilung von Unsicherheiten der Methodik. Nach Abschluss des Projekts werden wir konzeptionelle und rechnerische Protokolle empfehlen, um die Methode in experimentellen Kampagnen anzuwenden. Somit soll die Grundlage geschaffen werden, die Methode für Ingenieure und Ingenieurinnen in Industriezweigen, die schnelle und genaue Lärmvorhersagemethoden erfordern, zu einem voll funktionsfähigen Werkzeug weiterzuentwickeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Ulrich Römer