BEWERTUNGSMETHODEN FÜR LÄRMINDIZES

(nach Artikel 6 der Richtlinie 2002/49/EG)

1.

EINLEITUNG

Die Werte L_den und L_night werden an den Messpunkten durch Berechnung anhand des in Kapitel 2 dargelegten Verfahrens und der in Kapitel 3 beschriebenen Daten bestimmt. Messungen können gemäß Kapitel 4 durchgeführt werden.

2.

GEBRÄUCHLICHE VERFAHREN ZUR LÄRMBEWERTUNG

2.1.

Allgemeine Bestimmungen — Straßenverkehrs-, Eisenbahn- und Industrie-/Gewerbelärm

2.1.1.

Definition der Indizes, Frequenzbereiche und Frequenzbänder

Die Lärmberechnung ist im Frequenzbereich 63 Hz bis 8 kHz vorzunehmen, und die Ergebnisse für die Frequenzbänder sind im entsprechenden Frequenzintervall vorzulegen. Die Berechnung des Straßenverkehrs-, Eisenbahn- und Industrie-/Gewerbelärms erfolgt in Oktavbändern, ausgenommen jedoch die Schallleistung der Quelle des Schienenverkehrslärms, bei der die Terzbänder genutzt werden. Für den Straßenverkehrs-, Eisenbahn- und Industrie-/Gewerbelärm, der auf diesen Oktavbandergebnissen beruht, wird der langfristige A-bewertete durchschnittliche Schalldruckpegel für den Zeitraum Tag, Abend und Nacht gemäß Anhang I und Artikel 5 der Richtlinie 2002/49/EG durch Summierung über alle Frequenzen berechnet:

LAeq,T10lgi110Leq,T,iAi10

(2.1.1)

Hierbei gilt:

A_i bezeichnet die A-Bewertungskorrektur gemäß IEC 61672-1

i = Frequenzbandindex

und T ist der Zeitraum Tag, Abend oder Nacht.

Lärmparameter:

Lp	Momentaner Schalldruckpegel	[dB] (re 2 · 10– 5 Pa)
LAeq,LT	Langfristiger Gesamtschallpegel LAeq ausgehend von allen Quellen und Spiegelquellen am Punkt R	[dB] (re 2 · 10– 5 Pa)
LW	In-Situ-Schallleistungspegel einer Punktquelle (Bewegung oder Stand)	[dB] (re 10– 12 W)
LW,i,dir	Gerichteter In-Situ-Schallleistungspegel für das i-te Frequenzband	[dB] (re 10– 12 W)
LW′	Durchschnittlicher In-Situ-Schallleistungspegel je Meter Quellenlinie	[dB/m] (re 10– 12 W)

Weitere physikalische Parameter:

p	Effektivwert des momentanen Schalldrucks	[Pa]
p0	Referenzschalldruck = 2 · 10– 5 Pa	[Pa]
W0	Referenzschallleistung = 10– 12 W	[Watt]

2.1.2.

Qualitätsrahmen

Genauigkeit der Eingangswerte

Alle Eingangswerte, die den Emissionspegel einer Quelle beeinflussen, sind mit mindestens der Genauigkeit zu bestimmen, die einer Unsicherheit von ± 2 dB (A) im Emissionspegel der Quelle entspricht (wobei alle anderen Parameter unverändert bleiben).

Nutzung von Standardwerten

Bei der Anwendung des Verfahrens müssen die Eingangswerte der tatsächlichen Nutzung entsprechen. Generell dürfen keine Standardeingangswerte oder -annahmen zugrunde gelegt werden. Standardeingangswerte und -annahmen werden akzeptiert, wenn die Erfassung realer Daten mit unverhältnismäßig hohen Kosten verbunden ist.

Qualität der für die Berechnungen verwendeten Software

Die Konformität der zur Durchführung der Berechnungen verwendeten Software mit den Verfahren gemäß diesem Anhang ist dadurch nachzuweisen, dass die Ergebnisse anhand von Testfällen bestätigt werden.

2.2.

Straßenverkehrslärm

2.2.1.

Beschreibung der Quellen

Klassifizierung der Fahrzeuge

Die Quelle von Straßenverkehrslärm wird durch Kombination der Schallemission jedes einzelnen Fahrzeugs, das Teil des Verkehrsflusses ist, bestimmt. Die Fahrzeuge werden ausgehend von den Merkmalen ihrer Schallemission in fünf Klassen eingeteilt:

Klasse 1:

Leichte Kraftfahrzeuge,

Klasse 2:

Mittelschwere Fahrzeuge,

Klasse 3:

Schwere Fahrzeuge,

Klasse 4:

Zweirädrige Kraftfahrzeuge,

Klasse 5:

Offene Kategorie.

Bei den zweirädrigen Kraftfahrzeugen erfolgt eine weitere Unterteilung in zwei Teilklassen, nämlich Mopeds und leistungsstärkere Krafträder, da sie sehr unterschiedlich gefahren werden und in der Regel zahlenmäßig weit auseinander liegen. Die ersten vier Klassen sind zwingend vorgeschrieben, die fünfte Klasse ist optional. Sie ist für neue Fahrzeuge vorgesehen, die möglicherweise in Zukunft entwickelt werden und deren Schallemission sich so weit unterscheidet, dass für sie eine zusätzliche Klasse festgelegt werden muss. Dies könnten beispielsweise Elektro- oder Hybridfahrzeuge sein, die künftig entwickelt werden und sich erheblich von den Fahrzeugen in den Klassen 1 bis 4 unterscheiden. Genaue Angaben zu den verschiedenen Fahrzeugklassen finden sich in Tabelle [2.2.a].

Tabelle [2.2.a]

Fahrzeugklassen

Klasse	Bezeichnung	Beschreibung		Fahrzeugklasse in EG-Typgenehmigung für vollständige Fahrzeuge(1)
1	Leichte Kraftfahrzeuge	PKW, Lieferwagen ≤ 3,5 t, Geländewagen (SUV)(2), Großraumlimousinen(3), einschließlich Anhänger und Wohnwagen		M1 und N1
2	Mittelschwere Fahrzeuge	Mittelschwere Fahrzeuge, Lieferwagen > 3,5 t, Busse, Wohnmobile usw. mit zwei Achsen und Doppelbereifung auf der Hinterachse		M2, M3 und N2, N3
3	Schwere Fahrzeuge	Schwere Nutzfahrzeuge, Reisebusse, Busse, mit drei oder mehr Achsen		M2 und N2 mit Anhänger, M3 und N3
4	Zweirädrige Kraftfahrzeuge	4a	Zwei-, drei- und vierrädrige Mopeds	L1, L2, L6
		4b	Motorräder mit und ohne Seitenwagen, drei- und vierrädrige Motorräder	L3, L4, L5, L7
5	Offene Klasse	Entsprechend dem künftigen Bedarf		k. A.

Anzahl und Position äquivalenter Schallquellen

Bei diesem Verfahren wird jedes Fahrzeug (Klasse 1, 2, 3, 4 und 5) durch eine einzige Punktquelle dargestellt, die gleichförmig in den 2π-Halbraum über dem Boden abstrahlt. Die erste Reflexion an der Straßenoberfläche wird implizit behandelt. Wie in Abbildung [2.2.a] dargestellt, befindet sich die Punktquelle 0,05 m über der Straßenoberfläche. Die Darstellung des Verkehrsflusses erfolgt durch eine Quellenlinie. Bei der Modellierung einer Straße mit mehreren Fahrspuren sollte idealerweise jede Fahrspur durch eine in ihrer Mitte verlaufende Quellenlinie repräsentiert werden. Es ist jedoch auch akzeptabel, bei einer Straße mit zwei Richtungsfahrbahnen eine Quellenlinie in der Straßenmitte oder bei mehrspurigen Straßen eine Quellenlinie je Fahrbahn in der äußeren Fahrspur zu modellieren.

Schallleistungsemission

Da die Schallleistung der Quelle im „halbfreien Schallfeld” definiert wird, umfasst die Schallleistung auch den Effekt der Reflexion am Boden direkt unter der modellierten Quelle, wo es, abgesehen von der Reflexion an der Straßenoberfläche, die sich nicht direkt unter der modellierten Quelle befindet, keine störenden Gegenstände im unmittelbaren Umfeld gibt. Die Schallemission eines Verkehrsflusses wird durch eine Quellenlinie dargestellt, die durch ihre gerichtete Schallleistung je Meter pro Frequenz gekennzeichnet ist. Dies entspricht der Summe der Schallemission der einzelnen Fahrzeuge im Verkehrsfluss unter Berücksichtigung der von den Fahrzeugen im untersuchten Straßenabschnitt verbrachten Zeit. Die Darstellung des einzelnen Fahrzeugs im Fluss erfordert die Anwendung eines Verkehrsflussmodells. Wird ein stetiger Verkehrsfluss von Q_m Fahrzeugen der Klasse m je Stunde mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit v_m (in km/h) angenommen, so wird die gerichtete Schallleistung je Meter im Frequenzband i der Quellenlinie L_{W', eq,line,i,m} bestimmt durch:

LW′,eq,line,i,mLW,i,m10lgQm1000vm

(2.2.1)

wobei L_W,i,m die gerichtete Schallleistung eines einzelnen Fahrzeugs ist. L_W',m wird in dB angegeben (re 10^{– 12} W/m). Diese Schallleistungspegel werden für jedes Oktavband i von 125 Hz bis 4 kHz berechnet. Verkehrsflussdaten Q_m sind als Jahresdurchschnitt je Stunde, je Zeitraum (Tag-Abend-Nacht), je Fahrzeugklasse und je Quellenlinie anzugeben. Für alle Klassen sind die Eingabedaten für den Verkehrsfluss zu verwenden, die im Rahmen von Straßenverkehrszählungen oder mithilfe von Verkehrsmodellen ermittelt wurden. Die Geschwindigkeit v_m ist eine repräsentative Geschwindigkeit je Fahrzeugklasse: in den meisten Fällen die gesetzliche Höchstgeschwindigkeit für den Straßenabschnitt oder die gesetzliche Höchstgeschwindigkeit für die Fahrzeugklasse, je nachdem, welcher Wert niedriger ist. Stehen vor Ort erfasste Messdaten nicht zur Verfügung, wird die gesetzliche Höchstgeschwindigkeit für die Fahrzeugklasse verwendet. Im Verkehrsfluss wird für alle Fahrzeuge der Klasse m angenommen, dass sie mit der gleichen Geschwindigkeit fahren, also v_m, der Durchschnittsgeschwindigkeit des Verkehrsflusses der Klasse. Ein Straßenfahrzeug wird mittels einer Reihe mathematischer Gleichungen modelliert, die die beiden Hauptlärmquellen repräsentieren:

1.

Rollgeräusche aufgrund der Wechselwirkung Reifen/Straße;

2.

Antriebsgeräusche, die vom Antriebssystem (Motor, Auspuff usw.) des Fahrzeugs erzeugt werden.

Aerodynamische Geräusche sind in der Quelle für Rollgeräusche inbegriffen. Für leichte, mittelschwere und schwere Kraftfahrzeuge (Klassen 1, 2 und 3) entspricht die Gesamtschallleistung der energetischen Summe der Roll- und der Antriebsgeräusche. Somit wird der Gesamtschallleistungspegel der Quellenlinien m = 1, 2 oder 3 definiert durch:

LW,i,mvm10lg10LWR,i,mvm1010LWP,i,mvm10

(2.2.2)

wobei L_WR,i,m der Schallleistungspegel für Rollgeräusche und L_WP,i,m der Schallleistungspegel für Antriebsgeräusche ist. Dies gilt für alle Geschwindigkeitsbereiche. Bei Geschwindigkeiten unter 20 km/h entspricht der Schallleistungspegel dem Wert, wie er durch die Formel für v_m = 20 km/h bestimmt ist. Für zweirädrige Kraftfahrzeuge (Klasse 4) werden für die Quelle nur die Antriebsgeräusche berücksichtigt:

LW,i,m = 4(vm = 4) = LWP,i,m = 4(vm = 4)

(2.2.3)

Dies gilt für alle Geschwindigkeitsbereiche. Bei Geschwindigkeiten unter 20 km/h entspricht der Schallleistungspegel dem Wert, wie er durch die Formel für v_m = 20 km/h bestimmt ist.

2.2.2.

Referenzbedingungen

Die Quellengleichungen und -koeffizienten gelten für folgende Referenzbedingungen:

—

konstante Fahrzeuggeschwindigkeit,

—

ebene Straße,

—

Lufttemperatur von τ_ref = 20 °C,

—

virtuelle Referenzstraßenoberfläche, bestehend aus einem einen durchschnittlichen Verdichtungsgrad aufweisenden Asphaltbeton 0/11 und Splittmastixasphalt 0/11, zwei bis sieben Jahre alt und in einem repräsentativen Instandhaltungszustand,

—

eine trockene Straßenoberfläche,

—

keine Spikereifen.

2.2.3.

Rollgeräusche

Allgemeine Gleichung

Der Schallleistungspegel der Rollgeräusche im Frequenzband i für ein Fahrzeug der Klasse m = 1, 2 oder 3 wird definiert als:

LWR,i,mAR,i,mBR,i,mlgvmvrefΔLWR,i,m

(2.2.4)

Die Koeffizienten A_R,i,m und B_R,i,m sind für jede Fahrzeugklasse und für eine Referenzgeschwindigkeit von v_ref = 70 km/h in Oktavbändern gegeben. ΔL_WR,i,m entspricht der Summe der Korrekturkoeffizienten, die auf die Rollgeräuschemissionen bei bestimmten Straßen- oder Fahrzeugbedingungen angewendet werden, die von den Referenzbedingungen abweichen:

ΔLWR,i,m = ΔLWR,road,i,m + ΔLstuddedtyres,i,m + ΔLWR,acc,i,m + ΔLW,temp

(2.2.5)

ΔL_WR,road,i,m dient der Berücksichtigung des Einflusses, den eine Straßenoberfläche mit akustischen Eigenschaften, die von denen der virtuellen Referenzoberfläche nach Abschnitt 2.2.2 abweichen, auf die Rollgeräusche ausübt. Der Wert schließt den Einfluss sowohl auf die Ausbreitung als auch auf die Entstehung ein. ΔL_{studded tyres,i,m} ist ein Korrekturkoeffizient für die höheren Rollgeräusche leichter Fahrzeuge mit Spikereifen. ΔL_WR,acc,i,m dient der Berücksichtigung des Einflusses, den eine Kreuzung mit Verkehrsampeln oder ein Kreisverkehr auf die Rollgeräusche ausübt. Der Wert schließt den Einfluss der Geschwindigkeitsveränderung auf die Geräuscherzeugung ein. ΔL_W,temp ist ein Term zur Korrektur einer Durchschnittstemperatur τ, die von der Referenztemperatur τ_ref = 20 °C abweicht.

Korrektur um den Einfluss von Spikereifen

In den Fällen, in denen eine erhebliche Anzahl leichter Fahrzeuge im Verkehrsfluss jedes Jahr mehrere Monate lang Spikereifen benutzt, ist der dadurch bewirkte Einfluss auf die Rollgeräusche zu berücksichtigen. Für jedes Fahrzeug der Klasse m = 1, das mit Spikereifen ausgestattet ist, wird der geschwindigkeitsabhängige Anstieg der Rollgeräuschemissionen wie folgt bewertet:

Δstud,i(v) =	ai + bi × lg(50/70) für v < 50 km/h	(2.2.6)
	ai + bi × lg(v/70) für 50 ≤ v ≤ 90 km/h
	ai + bi × lg(90/70) für v > 90 km/h

wobei die Koeffizienten a_i und b_i für jedes Oktavband gegeben sind. Die Zunahme der Rollgeräuschemissionen wird nur gemäß dem Anteil leichter Fahrzeuge mit Spikereifen und für einen begrenzten Zeitraum T_s (in Monaten) über das Jahr angerechnet. Wenn Q_stud,ratio der durchschnittliche Anteil der mit Spikereifen ausgestatteten leichten Fahrzeuge am Gesamtaufkommen dieser Fahrzeuge je Stunde im Zeitraum T_s (in Monaten) ist, dann wird der jährliche durchschnittliche Anteil von mit Spikereifen ausgestatteten Fahrzeugen p_s angegeben durch:

psQstud,ratioTs12

(2.2.7)

Die resultierende Korrektur der Schallleistung der Rollgeräuschemissionen aufgrund des Gebrauchs von Spikereifen für Fahrzeuge der Klasse m = 1 im Frequenzband i ist demnach:

ΔLstuddedtyres,i,m110lg1psps 10Δstud,i,m110

(2.2.8)

Für die Fahrzeuge der anderen Klassen ist keine Korrektur vorzunehmen:

ΔLstuddedtyres,i,m ≠ 1 = 0

(2.2.9)

Einfluss der Lufttemperatur auf die Rollgeräuschkorrektur

Die Lufttemperatur beeinflusst die Rollgeräuschemissionen in der Form, dass der Schallleistungspegel der Rollgeräusche mit steigender Lufttemperatur absinkt. Der Einfluss der Lufttemperatur wird in die Korrektur der Rollgeräusche auf der Straßenoberfläche einbezogen. Die Korrektur der Rollgeräusche auf der Straßenoberfläche wird normalerweise bei einer Lufttemperatur von τ_ref = 20 °C bewertet. Im Falle einer anderen Jahresdurchschnittslufttemperatur (in °C) wird der durch die Straßenoberfläche verursachte Schall korrigiert durch:

ΔLW,temp,m(τ) = Km × (τref – τ)

(2.2.10)

Der Korrekturterm ist bei Temperaturen unter 20 °C positiv (d. h. der Schallpegel steigt) und bei höheren Temperaturen negativ (d. h. der Schallpegel sinkt). Der Koeffizient K ist abhängig von der Straßenoberfläche und den Reifenmerkmalen und weist im Allgemeinen eine gewisse Frequenzabhängigkeit auf. Bei allen Straßenoberflächen ist ein generischer Koeffizient für leichte Fahrzeuge (Klasse 1) von K_{m = 1} = 0,08 dB/°C und für schwere Fahrzeuge (Klassen 2 und 3) von K_{m = 2} = K_{m = 3} = 0,04 dB/°C anzuwenden. Der Korrekturkoeffizient ist auf alle Oktavbänder von 63 Hz bis 8000 Hz gleichmäßig anzuwenden.

2.2.4.

Antriebsgeräusche

Allgemeine Gleichung

Die Emission der Antriebsgeräusche umfasst die Gesamtheit der Anteile, die auf Motor, Auspuff, Getriebe, Lufteinlass usw. entfallen. Der Schallleistungspegel für die Antriebsgeräusche im Frequenzband i für ein Fahrzeug der Klasse m wird definiert als:

LWP,i,mAP,i,mBP,i,mvmvrefvrefΔLWP,i,m

(2.2.11)

Die Koeffizienten A_P,i,m und B_P,i,m werden in Oktavbändern für jede Fahrzeugklasse und für eine Referenzgeschwindigkeit v_ref = 70 km/h angegeben. ΔL_WP,i,m entspricht der Summe der Korrekturkoeffizienten, die auf die Emission von Antriebsgeräuschen bei bestimmten Fahr- oder regionalen Bedingungen anzuwenden sind, die von den Referenzbedingungen abweichen:

ΔLWP,i,m = ΔLWP,road,i,m + ΔLWP,grad,i,m + ΔLWP,acc,i,m

(2.2.12)

ΔL_WP,road,i,m dient der Berücksichtigung des Einflusses, den die Straßenoberfläche auf die Antriebsgeräusche mittels Absorption ausübt. Die Berechnung wird gemäß Abschnitt 2.2.6 durchgeführt. ΔL_WP,acc,i,m und ΔL_WP,grad,i,m dienen der Berücksichtigung des Einflusses, den Straßensteigungen und das Abbremsen und Beschleunigen der Fahrzeuge an Straßenkreuzungen ausüben. Sie werden gemäß Abschnitt 2.2.4 bzw. 2.2.5 berechnet.

Einfluss von Straßensteigungen

Die Straßensteigung wirkt sich in zweierlei Hinsicht auf die Schallemission des Fahrzeugs aus: zum einen auf die Fahrzeuggeschwindigkeit und damit auf die Emission von Roll- und Antriebsgeräuschen des Fahrzeugs; zum anderen auf die Motorleistung und die Motordrehzahl je nach eingelegtem Gang und damit auf die Emission von Antriebsgeräuschen des Fahrzeugs. In diesem Abschnitt wird nur der Einfluss auf die Antriebsgeräusche betrachtet, wobei eine gleichbleibende Geschwindigkeit angenommen wird. Der Einfluss der Straßensteigung auf die Antriebsgeräusche wird durch den Korrekturterm ΔL_WP,grad,m berücksichtigt, der von der Neigung s (in %), der Fahrzeuggeschwindigkeit v_m (in km/h) und der Fahrzeugklasse m abhängig ist. Bei einem Verkehrsfluss mit Gegenverkehr muss der Fluss in zwei Komponenten aufgespalten und zur Hälfte für bergauf und zur Hälfte für bergab korrigiert werden. Der Korrekturterm wird allen Oktavbändern gleichmäßig angerechnet:

Für m = 1

ΔLWP,grad,i,m = 1(vm) =	Min12 %;s6 %1 %	für s < – 6 %	(2.2.13)
	0	für – 6 % ≤ s ≤ 2 %
	Min12 %;s2 %1,5 %vm100	für s > 2 %

Für m = 2

ΔLWP,grad,i,m = 2(vm) =	Min12 %;s4 %0,7 %vm20100	für s < – 4 %	(2.2.14)
	0	für – 4 % ≤ s ≤ 0 %
	Min 12 %;s1 %vm100	für s > 0 %

Für m = 3

ΔLWP,grad,i,m = 3(vm) =	Min12 %;s4 %0,5 %vm10100	für s < – 4 %	(2.2.15)
	0	für – 4 % ≤ s ≤ 0 %
	Min 12 %;s0,8 %vm100	für s > 0 %

Für m = 4

ΔLWP,grad,i,m = 4 = 0

(2.2.16)

Die Korrektur ΔL_WP,grad,m schließt implizit den Einfluss einer Neigung auf die Geschwindigkeit ein.

2.2.5.

Einfluss des Beschleunigens und Abbremsens von Fahrzeugen

Zur Berücksichtigung des Einflusses des Beschleunigens und Abbremsens vor bzw. nach Kreuzungen mit Verkehrsampeln und Kreisverkehren ist eine Korrektur wie nachfolgend beschrieben vorzunehmen. Die Korrekturterme für Rollgeräusche, ΔL_WR,acc,m,k, und Antriebsgeräusche, ΔL_WP,acc,m,k, sind lineare Funktionen der Entfernung x (in m) der Punktquelle vom nächstgelegenen Schnittpunkt der entsprechenden Quellenlinie mit einer anderen Quellenlinie. Sie werden allen Oktavbändern gleichmäßig angerechnet:

ΔLWR,acc,m,kCR,m,kMax1x100 ;0	(2.2.17)
ΔLWP,acc,m,kCP,m,kMax1x100 ;0	(2.2.18)

Die Koeffizienten C_R,m,k und C_P,m,k sind abhängig von der Art des Straßenknotenpunkts k (k = 1 für eine Kreuzung mit Verkehrsampeln; k = 2 für einen Kreisverkehr) und werden für jede einzelne Fahrzeugklasse angegeben. Die Korrektur schließt den Einfluss der Geschwindigkeitsänderung beim Heranfahren an eine Kreuzung/einen Kreisverkehr bzw. beim Verlassen der Kreuzung/des Kreisverkehrs ein. Zu beachten ist, dass bei einer Entfernung von |x| ≥ 100 m Folgendes gilt: ΔL_WR,acc,m,k = ΔL_WP,acc,m,k = 0.

2.2.6.

Einfluss der Art der Straßenoberfläche

Allgemeine Grundsätze

Bei Straßenoberflächen mit akustischen Eigenschaften, die von denen der Referenzoberfläche abweichen, ist sowohl für die Rollgeräusche als auch für die Antriebsgeräusche ein Spektralkorrekturterm anzuwenden. Für die Rollgeräuschemissionen wird der in Bezug auf die Straßenoberfläche anzuwendende Korrekturterm angegeben durch:

ΔLWR,road,i,mαi,mβmlgvmvref

(2.2.19)

Hierbei gilt:

α_i,m ist die Spektralkorrektur in dB bei Referenzgeschwindigkeit v_ref für Klasse m (1, 2 oder 3) und Spektralband i.

β_m ist der Einfluss der Geschwindigkeit auf die Verringerung der Rollgeräusche bei Klasse m (1, 2 oder 3) und ist für alle Frequenzbänder identisch.

Für die Antriebsgeräuschemissionen wird der in Bezug auf die Straßenoberfläche anzuwendende Korrekturterm angegeben durch:

ΔLWP,road,i,m = min{αi,m;0}

(2.2.20)

Die Antriebsgeräusche werden durch absorbierende Oberflächen verringert, durch nicht absorbierende Oberflächen aber nicht verstärkt.

Einfluss der Gebrauchsdauer auf die Geräuscheigenschaften von Straßenoberflächen

Die Geräuschmerkmale von Straßenoberflächen variieren je nach Gebrauchsdauer und Instandhaltungszustand, wobei die Lautstärke im Zeitverlauf tendenziell zunimmt. Bei diesem Verfahren werden die Straßenoberflächenparameter so abgeleitet, dass sie für die akustische Leistung der jeweiligen Straßenoberfläche repräsentativ sind und für eine repräsentative Gebrauchsdauer gemittelt werden, wobei eine ordnungsgemäße Instandhaltung angenommen wird.

2.3.

Eisenbahnlärm

2.3.1.

Beschreibung der Quellen

Klassifizierung der Fahrzeuge

Für die Zwecke dieses Lärmberechnungsverfahrens wird ein Fahrzeug definiert als eine Teileinheit eines Zuges (typischerweise eine Lokomotive, ein Triebwagen, ein Reisezugwagen oder ein Güterwagen), die unabhängig bewegt und vom Rest des Zuges abgehängt werden können. Für Teileinheiten eines Zuges, die Teil einer nicht abtrennbaren Gruppe sind, können spezielle Umstände gelten, z. B. bei einem gemeinsamen Drehgestell. Für die Zwecke dieses Berechnungsverfahrens werden alle diese Teileinheiten zu einem einzigen Fahrzeug zusammengefasst. Im Sinne dieses Berechnungsverfahrens besteht ein Zug aus einer Reihe von aneinander gekoppelten Fahrzeugen. Tabelle [2.3.a] gibt die Terminologie zur Beschreibung der Fahrzeugtypen in der Quellendatenbank vor. Sie beinhaltet die relevanten Deskriptoren für die vollständige Klassifizierung der Fahrzeuge. Diese Deskriptoren entsprechen den Eigenschaften des Fahrzeugs, die die akustische gerichtete Schallleistung je Meter Länge der modellierten äquivalenten Quellenlinie beeinflussen. Die Anzahl der Fahrzeuge je Typ ist für jeden einzelnen Streckenabschnitt für jeden Zeitabschnitt zu bestimmen, der bei der Lärmberechnung zugrunde gelegt werden soll. Sie ist als mittlere Fahrzeugzahl je Stunde anzugeben, die ermittelt wird, indem aus der Gesamtzahl der in einem bestimmten Zeitraum vorbeifahrenden Fahrzeuge und der Länge dieses Zeitraums in Stunden der Quotient gebildet wird (z. B. 24 Fahrzeuge in vier Stunden bedeutet sechs Fahrzeuge pro Stunde). Alle Fahrzeugtypen, die den jeweiligen Gleisabschnitt passieren, sind einzubeziehen.

Tabelle [2.3.a]

Klassifizierung und Deskriptoren für Schienenfahrzeuge

Stelle	1	2	3	4
Deskriptor	Fahrzeugtyp	Anzahl der Achsen je Fahrzeug	Bremsentyp	Maßnahmen in Bezug auf die Räder
Erläuterung des Deskriptors	Ein Buchstabe, der den Typ beschreibt	Die tatsächliche Anzahl der Achsen	Ein Buchstabe, der den Bremsentyp beschreibt	Ein Buchstabe, der die Art der Maßnahme zur Lärmminderung beschreibt
Mögliche Deskriptoren	h Hochgeschwindigkeitsfahrzeug (> 200 km/h)	1	c Grauguss	n keine Maßnahme
	m Personentriebwagen	2	k Sohlen aus Verbundstoff oder Sintermetall	d Schalldämpfer
	p Reisezugwagen	3	n nicht laufflächengebremst, wie etwa Scheiben-, Trommel- oder Magnetbremsen	s Schallschirme
	c Straßenbahn oder Stadtbahn, Wagen mit und ohne eigenen Antrieb	4		o andere
	d Diesellok	usw.
	e Elektrolok
	a alle generischen Güterfahrzeuge
	o sonstige (d. h. Wartungsfahrzeuge usw.)

Klassifizierung von Gleisen und Bettung

Die bestehenden Strecken unterscheiden sich, weil verschiedene Elemente zu ihren akustischen Eigenschaften beitragen und diese charakterisieren. Eine Übersicht über die bei diesem Verfahren verwendeten Schienentypen wird in Tabelle [2.3.b] gegeben. Einige Elemente haben einen großen Einfluss auf die akustischen Eigenschaften, andere hingegen kaum. Die Lärmemission von Eisenbahnen wird im Allgemeinen von folgenden Faktoren beeinflusst: Schienenrauheit, Steifheit der Unterlagsplatten, Unterbau, Schienenstöße und Bogenhalbmesser der Strecke. Alternativ können die allgemeinen Streckenmerkmale definiert werden, wobei in diesem Fall die Schienenrauheit und die Gleisabklingrate (Track Decay Rate) gemäß ISO 3095 die beiden akustisch wesentlichen Parameter sind; hinzu kommt der Bogenhalbmesser der Strecke. Ein Gleisabschnitt wird als Teil eines einzelnen Gleises auf einer Eisenbahnstrecke oder einem Bahnhof oder einem Betriebsbahnhof definiert, auf dem sich die physikalischen Eigenschaften und Grundbestandteile der Strecke nicht ändern. Laut Tabelle [2.3.b] ist zur Beschreibung der Streckenarten in der Quellendatenbank die folgende Terminologie zu verwenden.

Tabelle [2.3.b]

Stelle	1	2	3	4	5	6
Deskriptor	Unterbau	Schienenrauheit	Art der Unterlagsplatten	Zusatzmaßnahmen	Schienenstöße	Bogen
Erläuterung des Deskriptors	Art des Unterbaus	Indikator für Rauheit	Gibt einen Hinweis auf die „akustische” Steifheit	Ein Buchstabe zur Beschreibung akustischer Vorrichtungen	Vorhandensein von Stößen und Abstände	Angabe zum Radius eines Bogens in m
Zulässige Codes	B Gleisbett	E Gut instandgehalten und sehr eben	S Weich (150-250 MN/m)	N Keine	N Keine	N Gerade Strecke
	S Feste Fahrbahn	M Normal instandgehalten	M Mittel (250 bis 800 MN/m)	D Schienendämpfer	S Einzelner Stoß oder Weiche	L Niedrig (1000-500 m)
	L Brücke mit Schotterbett	N Nicht gut instandgehalten	H Steif (800-1000 MN/m)	B Niedrige Schutzwand	D Zwei Stöße oder Weichen je 100 m	M Mittel (Weniger als 500 m und mehr als 300 m)
	N Schotterlose Brücke	B Nicht instandgehalten und schlechter Zustand		A Schalldämpfende Platte auf fester Fahrbahn	M Mehr als zwei Stöße oder Weichen je 100 m	H Hoch (Weniger als 300 m)
	T Eingelassene Fahrbahn			E Eingelassenes Gleis
	O Andere			O Andere

Anzahl und Position der äquivalenten Schallquellen

Die verschiedenen äquivalenten Lärmlinienquellen werden in unterschiedlichen Höhen und in der Mitte der Fahrspur platziert. Alle Höhen beziehen sich auf die tangential zu den beiden oberen Oberflächen der beiden Schienen verlaufende Ebene. Die äquivalenten Quellen umfassen verschiedene physikalische Quellen (Index p). Diese physikalischen Quellen werden je nach Hervorrufungsmechanismus in verschiedene Kategorien unterteilt: 1) Rollgeräusche (dazu gehören nicht nur Schwingungen des Gleises und des Unterbaus sowie Schwingungen der Räder, sondern gegebenenfalls auch Geräusche der Aufbauten von Güterfahrzeugen); 2) Antriebsgeräusche; 3) aerodynamische Geräusche; 4) stoßartige Geräusche (von Kreuzungen, Weichen und Schienenstößen); 5) Bremsgeräusche und 6) Geräusche aufgrund zusätzlicher Einflussfaktoren wie Brücken und Viadukte.

1)

Die Rauheit der Räder und der Schienenköpfe macht über die drei Übertragungswege zu den abstrahlenden Oberflächen (Schienen, Räder und Aufbauten) die Rollgeräusche aus. Die Zuordnung erfolgt auf Höhe h = 0,5 m (abstrahlende Oberflächen A), um den Anteil der Fahrbahn, einschließlich der Effekte der Fahrbahnoberfläche und insbesondere fester Fahrbahnen (gemäß dem Ausbreitungsteil), den Anteil der Räder und (bei Güterwagen) den Anteil der Fahrzeugaufbauten an der Geräuscherzeugung abzubilden.

2)

Die Höhe der äquivalenten Quellen für Antriebsgeräusche liegt in Abhängigkeit von der physischen Position der betreffenden Komponente im Bereich von 0,5 m (Quelle A) und 4,0 m (Quelle B). Quellen wie Getriebe und Elektromotoren befinden sich oft auf der Achsenhöhe von 0,5 m (Quelle A). Lüftungsgitter und Lüftungsschlitze können sich auf unterschiedlichen Höhen befinden; bei Dieselfahrzeugen befindet sich der Auspuff häufig auf der Dachhöhe von 4,0 m (Quelle B). Andere Antriebsquellen wie Gebläse oder Dieselmotorblöcke können sich auf einer Höhe von 0,5 m (Quelle A) oder 4,0 m (Quelle B) befinden. Liegt die genaue Quellenhöhe zwischen den Modellhöhen, wird die Schallenergie proportional auf die nächstgelegenen Quellenhöhen verteilt.

Aus diesem Grund sind für das Verfahren zwei Quellenhöhen vorgesehen, eine bei 0,5 m (Quelle A) und eine bei 4,0 m (Quelle B), wobei die jeweils mit einer Höhe verbundene äquivalente Schallleistung zwischen den beiden Höhen je nach der konkreten Anordnung der Quellen an der Einheit aufgeteilt wird.

3)

Die aerodynamischen Geräuscheffekte sind mit der Quelle bei 0,5 m (Abdeckungen und Abschirmungen, Quelle A) und der Quelle bei 4,0 m (Modellierung aller Dachaggregate und der Stromabnehmer, Quelle B) verbunden. Die Wahl von 4,0 m für Stromabnehmereffekte ist bekanntermaßen ein einfaches Modell und muss sorgfältig geprüft werden, wenn die geeignete Höhe für Lärmschutzwände gefunden werden soll.

4)

Stoßartige Geräusche sind mit der Quelle bei 0,5 m (Quelle A) verbunden.

5)

Bremsgeräusche sind mit den Quellen bei 0,5 m (Quelle A) verbunden.

6)

Brückendröhnen ist mit der Quelle bei 0,5 m (Quelle A) verbunden.

2.3.2.

Schallleistungsemission

Allgemeine Gleichungen

Das Modell für den Schienenverkehrslärm beschreibt — analog zum Straßenverkehrslärm — die Schallemission einer bestimmten Kombination von Fahrzeugtyp und Fahrbahntyp, die eine Reihe von Voraussetzungen erfüllt, die in der Fahrzeug- und Fahrbahnklassifizierung in Bezug auf die Schallleistung für jedes einzelne Fahrzeug beschrieben sind (L_W,0). Die Schallemission eines Verkehrsflusses auf jedem Gleis ist durch jeweils zwei Quellenlinien darzustellen, die durch ihre gerichtete Schallleistung je Meter je Frequenzband gekennzeichnet sind. Dies entspricht der Summe der Schallemissionen aller im Verkehrsfluss vorbeifahrenden Fahrzeuge, wobei im speziellen Fall stehender Fahrzeuge die Zeit berücksichtigt wird, die die Fahrzeuge im untersuchten Streckenabschnitt verbringen. Die gerichtete Schallleistung je Meter je Frequenzband aller in jedem Streckenabschnitt auf dem Gleistyp (j) vorbeifahrenden Fahrzeuge wird ermittelt

—

für jedes Frequenzband (i),

—

für jede gegebene Quellenhöhe (h) (für Quellen bei 0,5 m h = 1 und bei 4,0 m h = 2),

und ist die Energiesumme aller Anteile aller Fahrzeuge, die den speziellen j-ten Streckenabschnitt befahren. Der jeweilige Anteil geht auf Folgendes zurück:

—

alle Fahrzeugtypen (t),

—

die jeweilige Geschwindigkeit (s),

—

die besonderen Fahrbedingungen (gleichbleibende Geschwindigkeit) (c),

—

die einzelnen physikalischen Quellen (Roll-, stoßartige, Quietsch-, Brems- und Antriebsgeräusche, aerodynamische und andere Geräusche wie etwa Brückendröhnen) (p).

Zur Berechnung der gerichteten Schallleistung je Meter (Eingabe in den Verbreitungsteil) ausgehend vom durchschnittlichen Verkehrsmix auf dem j-ten Streckenabschnitt wird folgende Gleichung verwendet:

LW′,eq,T,dir,i10lgXx110Lw′,eq,line,x10

(2.3.1)

Hierbei gilt:

T_ref=

Referenzzeitraum, für den der durchschnittliche Verkehr untersucht wird,

_X=

Gesamtzahl vorhandener Kombinationen von i, t, s, c und p für jeden j-ten Streckenabschnitt,

t=

Index der Fahrzeugtypen im j-ten Streckenabschnitt,

s=

Index der Zuggeschwindigkeit: Es gibt so viele Indizes wie durchschnittliche Zuggeschwindigkeiten im j-ten Streckenabschnitt,

c=

Index der Fahrbedingungen: 1 (für konstante Geschwindigkeit), 2 (Stand),

p=

Index der physikalischen Quellen: 1 (Rollgeräusche und stoßartige Geräusche), 2 (Kurvenkreischen), 3 (Antriebsgeräusche), 4 (aerodynamische Geräusche), 5 (zusätzliche Wirkungen),

_{LW',eq,line,x}=

x-te gerichtete Schallleistung je Meter für eine Quellenlinie einer Kombination von t, s, c und p in jedem j-ten Streckenabschnitt.

Wenn ein stetiger Fluss von Q Fahrzeugen pro Stunde mit einer mittleren Geschwindigkeit v angenommen wird, dann ist im Durchschnitt zu jedem Zeitpunkt eine äquivalente Anzahl von Q/v-Fahrzeugen je Längeneinheit des Schienenabschnitts vorhanden. Die Schallemission des Fahrzeugflusses in Form der gerichteten Schallleistung je Meter L_{W'′,eq,line} (ausgedrückt in dB/m (re 10^{– 12} W)) wird integriert durch:

LW′,eq,line,iψ,φLW,0,dir,iψ,φ10lgQ1000v(für c = 1)

(2.3.2)

Hierbei gilt:

—

Q ist die durchschnittliche Anzahl von Fahrzeugen je Stunde im j-ten Streckenabschnitt für den Fahrzeugtyp t, die mittlere Zuggeschwindigkeit s und die Fahrbedingung c;

—

v ist deren Geschwindigkeit im j-ten Streckenabschnitt für den Fahrzeugtyp t und die mittlere Zuggeschwindigkeit s;

—

L_W,0,dir ist der Pegel der gerichteten Schallleistung des jeweiligen Geräuschs (Roll-, stoßartige, Quietsch-, Brems- und Antriebsgeräusche, aerodynamische und andere Geräusche) eines einzelnen Fahrzeugs in den Richtungen ψ und φ, und zwar in Bezug gesetzt zur Bewegungsrichtung des Fahrzeugs (siehe Abbildung [2.3.b]).

Im Falle einer stationären Quelle, wie etwa bei einem Betriebshalt, wird angenommen, dass das Fahrzeug für eine Gesamtzeit T_idle an einem Ort innerhalb eines Streckenabschnitts mit der Länge L verbleibt. Deshalb wird mit dem Referenzzeitraum T_ref zur Einschätzung der Lärmbelastung (z. B. 12 Stunden, 4 Stunden, 8 Stunden) die gerichtete Schallleistung je Längeneinheit auf diesem Streckenabschnitt wie folgt definiert:

LW′,eq,line,iψ,φLW,0,dir,iψ,φ10lgTidleTrefL(für c = 2)

(2.3.4)

Generell errechnet sich die gerichtete Schallleistung für jede spezifische Quelle wie folgt:

LW,0,dir,i(ψ,φ) = LW,0,i + ΔLW,dir,vert,i + ΔLW,dir,hor,i

(2.3.5)

Hierbei gilt:

—

ΔL_W,dir,vert,i ist die Korrekturfunktion für die vertikale Richtwirkung (dimensionslos) von ψ (Abbildung [2.3.b]),

—

ΔL_W,dir,hor,i ist die Korrekturfunktion für die horizontale Richtwirkung (dimensionslos) von φ (Abbildung [2.3.b]).

Dabei ist L_{W,0,dir,i(ψ,φ)} nach der Ableitung in Terzbänder in Oktavbändern auszudrücken, indem die betreffenden Terzbänder energetisch zu dem entsprechenden Oktavband addiert werden. Um der Richtwirkung der Quellen in vertikaler und horizontaler Richtung mittels zusätzlicher Korrekturen Rechnung zu tragen, wird die Stärke der Quelle bei den Berechnungen dann spezifisch als gerichtete Schallleistung je 1 m Länge der Strecke L_W',tot,dir,_i ausgedrückt. Für jede Kombination aus Fahrzeug, Strecke, Geschwindigkeit und Fahrt werden mehrere L_W,0,dir,i (ψ, φ) berücksichtigt:

—

für ein Terzband (i),

—

für jeden Streckenabschnitt (j),

—

Quellenhöhe (h) (für Quellen bei 0,5 m h = 1 und bei 4,0 m h = 2),

—

Richtwirkung (d) der Quelle.

Für jede Kombination aus Fahrzeug, Strecke, Geschwindigkeit und Fahrt, jeden Streckenabschnitt, die Höhen entsprechend h=1 und h=2 und die Richtwirkung wird die Menge L_W,0,dir,i (ψ,φ) berücksichtigt.

Rollgeräusche

Der Fahrzeuganteil und der Fahrbahnanteil an den Rollgeräuschen werden in die folgenden vier Hauptelemente unterteilt: Radrauheit, Schienenrauheit, Fahrzeugtransferfunktion auf die Räder und die Aufbauten (Behältnisse) und Transferfunktion von den Schienen. Rad- und Schienenrauheit bilden die Ursache für die Anregung von Schwingungen am Kontaktpunkt zwischen Schiene und Rad; bei den Transferfunktionen handelt es sich um zwei empirische oder modellierte Funktionen, die das gesamte komplexe Phänomen der Entstehung mechanischer Schwingungen und von Schall an den Oberflächen des Rades, der Schiene, der Schwelle und des Schienenunterbaus darstellen. Diese Unterteilung spiegelt den physikalischen Tatbestand wider, dass die Rauheit auf einer Schiene die Schwingung der Schiene anregen kann, aber auch die Schwingung des Rades und umgekehrt anregt. Bliebe einer dieser vier Parameter unberücksichtigt, so würde der Zusammenhang, der mit der Klassifizierung von Schienen und Zügen hergestellt wird, aufgehoben.

Rad- und Schienenrauheit

Rollgeräusche werden hauptsächlich durch Schienen- und Radrauheit im Wellenlängenbereich 5–500 mm angeregt. Der Rauheitsgrad L_r wird definiert als der zehnfache Zehnerlogarithmus des Verhältnisses aus dem Quadrat des Effektivwertes r² der Rauheit der Lauffläche einer Schiene oder eines Rades in Bewegungsrichtung (Längsrichtung) gemessen in μm über eine bestimmte Schienenlänge oder den gesamten Raddurchmesser und des Quadrats des Referenzwertes r20:

Lr10lgrr02dB

(2.3.6)

Hierbei gilt:

r₀=

1 μm,

r=

Effektivwert (rms) der Differenz der vertikalen Verdrängung der Kontaktoberfläche zum Mittelwert.

Der Rauheitsgrad L_r wird typischerweise als Spektrum der Wellenlänge λ bestimmt und muss in ein Frequenzspektrum f = v/λ konvertiert werden, wobei f die Mittenfrequenz eines bestimmten Terzbands in Hz, λ die Wellenlänge in m und v die Zuggeschwindigkeit in km/h ist. Das Rauheitsspektrum als Funktion der Frequenz verschiebt sich bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten entlang der Frequenzachse. Üblicherweise müssen nach einer Konvertierung in das Frequenzspektrum mittels der Geschwindigkeit neue Terzbandwerte bestimmt werden, indem der Mittelwert von zwei entsprechenden Terzbändern im Wellenlängenbereich gebildet wird. Um das gesamte Frequenzspektrum der effektiven Rauheit entsprechend der zugehörigen Zuggeschwindigkeit zu bestimmen, ist der Mittelwert der beiden im Wellenlängenbereich definierten entsprechenden Terzbänder energetisch und proportional zu ermitteln. Der Schienenrauheitsgrad (schienenseitige Rauheit) für das i-te Wellenzahlband wird definiert als L_r,TR,i. Analog wird der Radrauheitsgrad (fahrzeugseitige Rauheit) für das i-te Wellenzahlband definiert als L_r,VEH,i Der Grad der effektiven Gesamtrauheit für das Wellenzahlband i (L_R,tot,i) wird zur Berücksichtigung der Filterwirkung der Kontaktfläche zwischen Schiene und Rad definiert als die Energiesumme der Rauheitsgrade der Schiene und des Rades zuzüglich des Kontaktfilters A3(λ); die Angabe erfolgt in dB:

LR,TOT,i10lg10Lr,TR,i1010Lr,VEH,i10A3,i

(2.3.7)

wobei er als Funktion des i-ten Wellenzahlbands entsprechend der Wellenlänge λ ausgedrückt wird. Der Kontaktfilter ist abhängig vom Schienen- und Radtyp sowie der Ladung. Im Verfahren ist die effektive Gesamtrauheit für den j-ten Streckenabschnitt und jeden t-ten Fahrzeugtyp bei seiner entsprechenden Geschwindigkeit v zu verwenden.

Fahrzeug-, Gleis- und Aufbautentransferfunktion

Es werden drei geschwindigkeitsunabhängige Transferfunktionen L_H,TR,i L_H,VEH,i und L_H,VEH,SUP,i bestimmt: die erste für jeden j-ten Streckenabschnitt und die beiden anderen für jeden t-ten Fahrzeugtyp. Sie setzen den Grad der effektiven Gesamtrauheit in Bezug zur Schallleistung der Schienen, der Räder bzw. der Aufbauten. Der Aufbautenanteil wird nur für Güterwagen und deshalb nur für den Fahrzeugtyp „a” berücksichtigt. Aus diesem Grunde wird bei den Rollgeräuschen der Anteil der Schiene und des Fahrzeugs durch diese Transferfunktionen und den Grad der effektiven Gesamtrauheit vollständig beschrieben. Wenn sich ein Zug im Stand befindet (Betriebshalt), bleiben die Rollgeräusche unberücksichtigt. Für die Schallleistung je Fahrzeug werden die Rollgeräusche auf Achsenhöhe berechnet; Ausgangswerte dafür sind der Grad der effektiven Gesamtrauheit L_R,TOT,i als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit v, die Schienen-, Fahrzeug- und Aufbautentransferfunktionen L_H,TR,i, L_H,VEH,i bzw. L_H,VEH,SUP,i sowie die Gesamtachsenzahl N_a: für h = 1:

LW,0,TR,i = LR,TOT,i + LH,TR,i + 10 × lg(Na)	dB	(2.3.8),
LW,0,VEH,i = LR,TOT,i + LH,VEH,i + 10 × lg(Na)	dB	(2.3.9),
LW,0,VEHSUP,i = LR,TOT,i + LH,VEHSUP,i + 10 × lg(Na)	dB	(2.3.10),

wobei N_a die Anzahl der Achsen je Fahrzeug für den t-ten Fahrzeugtyp ist. Zum Ausgleich des potenziellen Fehlers infolge der Vereinfachung der Definition der Rollgeräusche, der Definition der Bremsgeräusche und der Definition der stoßartigen Geräusche auf Kreuzungen und Weichen ist zur Ermittlung der effektiven Gesamtrauheit und damit der Schallleistung der Fahrzeuge eine Mindestgeschwindigkeit von 50 km/h (30 km/h nur bei Straßenbahnen und Stadtbahnen) (diese Geschwindigkeit berührt nicht die Berechnung des Fahrzeugstroms) zu verwenden.

Stoßartige Geräusche (Kreuzungen, Weichen und Schienenstöße)

Stoßartige Geräusche können durch Kreuzungen, Weichen und Schienenstöße verursacht werden. Sie können unterschiedlich stark sein und die Rollgeräusche dominieren. Stoßartige Geräusche sind für verschweißte Schienen zu berücksichtigen. Für stoßartige Geräusche aufgrund von Weichen, Kreuzungen und Schienenstößen in Gleisabschnitten mit einer Geschwindigkeit von unter 50 km/h (30 km/h nur für Straßenbahnen und Stadtbahnen) ist auf die Modellierung zu verzichten, da die Mindestgeschwindigkeit von 50 km/h (30 km/h nur für Straßenbahnen und Stadtbahnen) verwendet wird, um mehr Einflüsse gemäß der Beschreibung im Abschnitt „Rollgeräusche” einzubeziehen. Unnötig ist die Modellierung stoßartiger Geräusche auch bei der Fahrbedingung c = 2 (Stand). Stoßartige Geräusche werden in den Term für Rollgeräusche einbezogen, indem ein ergänzender fiktiver Rauheitsgrad für Stöße zum Grad der fiktiven Gesamtrauheit auf jedem spezifischen j-ten Streckenabschnitt (energetisch) hinzuaddiert wird, auf dem sie vorhanden sind. In diesem Fall ist anstelle von L_R,TOT,i ein neuer Term L_{R,TOT + IMPACT,i} zu verwenden, der dann folgende Form hat:

LR,TOT IMPACT,i10lg10LR,TOT,i1010LR,IMPACT,i10

dB

(2.3.11)

L_R,IMPACT,i ist ein Terzbandspektrum (als Funktion der Frequenz). Um dieses Frequenzspektrum zu bestimmen, ist ein Spektrum als Funktion der Wellenlänge λ gegeben und wird dann in das verlangte Spektrum als Funktion der Frequenz mittels der Formel λ = v/f konvertiert, wobei f die Mittenfrequenz eines Terzbandes in Hz und v die s-te Fahrzeuggeschwindigkeit des t-ten Fahrzeugtyps in km/h ist. Stoßartige Geräusche sind abhängig von der Schwere und Anzahl der Stöße je Längeneinheit bzw. der Schienenstoßdichte; wenn also mehrfach stoßartige Geräusche gegeben sind, ist der in der Gleichung zu verwendende Rauheitsgrad für stoßartige Geräusche wie folgt zu berechnen:

LR,IMPACT,iLR, IMPACT SINGLE,i10lgnl0,01

dB

(2.3.12),

wobei L_{R,IMPACT–SINGLE,i} der für einen einzigen Stoß angegebene Rauheitsgrad für stoßartige Geräusche und die Schienenstoßdichte ist. Der standardmäßige Rauheitsgrad für stoßartige Geräusche wird für eine Schienenstoßdichte von n_l = 0,01 m^{– 1} angegeben, was einem Schienenstoß pro 100 m Gleis entspricht. Bei einer anderen Anzahl von Schienenstößen erfolgt eine Näherung durch Korrektur der Schienenstoßdichte n_l. Zu beachten ist, dass bei der Modellierung des Layouts und der Segmentierung der Fahrstrecke die Schienenstoßdichte zu berücksichtigen ist, d. h. für einen Gleisbereich mit mehr Schienenstößen könnte es notwendig sein, ein gesondertes Quellensegment zu verwenden. Der L_W,0 des Schienen-, Rad-/Drehgestell- und Aufbautenanteils wird für +/– 50 m vor und nach dem Schienenstoß mittels L_R,IMPACT,i erhöht. Im Falle einer Vielzahl von Schienenstößen wird die Erhöhung auf die Strecke zwischen –50 m vor dem ersten Schienenstoß und + 50 m nach dem letzten Schienenstoß erweitert. Die Anwendbarkeit dieser Schallleistungsspektren ist in der Regel vor Ort zu überprüfen. Für verschweißte Schienen ist ein Standardwert n_l von 0,01 anzuwenden.

Kreischen

Das Kurvenkreischen ist eine besondere Quelle, die nur für Bögen relevant und somit örtlich begrenzt ist. Da es in signifikantem Maße auftreten kann, ist eine angemessene Beschreibung notwendig. Kurvenkreischen ist generell abhängig von der Bogenkrümmung, den Reibungsbedingungen, der Zuggeschwindigkeit sowie der Schiene-Rad-Geometrie und -Dynamik. Der zu verwendende Emissionspegel wird für Bögen mit einem Radius von unter oder gleich 500 m sowie für engere Bögen und Abzweigungen von Weichen mit Radien unter 300 m bestimmt. Die Schallemission sollte sich konkret auf die einzelnen Arten von Fahrzeugen beziehen, da bestimmte Rad- und Drehgestelltypen deutlich weniger anfällig für Kreischen sind als andere. Die Anwendbarkeit dieser Schallleistungsspektren ist in der Regel vor Ort zu überprüfen, insbesondere für Straßenbahnen. Bei einem einfachen Ansatz ist das Kreischen zu berücksichtigen, indem zu den Schallleistungsspektren der Rollgeräusche bei sämtlichen Frequenzen 8 dB für R<300 m und 5 dB für 300 m<R<500 m hinzuaddiert werden. Der Anteil des Kreischens ist bei Gleisabschnitten anzuwenden, bei denen der Radius auf mindestens 50 m der Strecke in den vorstehend genannten Bereichen liegt.

Antriebsgeräusche

Die Antriebsgeräusche weisen im Allgemeinen zwar für die typischen Betriebsbedingungen wie gleichbleibende Geschwindigkeit, Abbremsen, Beschleunigen und Stand eine entsprechende Spezifik auf, doch werden nur die beiden Bedingungen „gleichbleibende Geschwindigkeit” (dies gilt auch beim Abbremsen und Beschleunigen der Züge) und „Stand” modelliert. Modelliert wird nur die Schallstärke der Quellen beim Maximum der Leistungsbedingungen, was zu den Größen L_W,0,const,i = L_W,0,idling,i führt. Ferner entspricht L_W,0,idling,i dem Anteil aller physischen Quellen eines bestimmten Fahrzeugs, die einer bestimmten Höhe zuzuschreiben sind (siehe 2.3.1). L_W,0,idling,i wird als statische Schallquelle im Leerlaufzustand für die Dauer des Betriebshalts ausgedrückt und ist als feste Punktquelle entsprechend der Beschreibung im Abschnitt „Industrie- und Gewerbelärm” modelliert zu verwenden. Sie ist nur zu berücksichtigen, wenn sich Züge länger als 0,5 Stunden im Stand (Betriebshalt) befinden. Diese Mengen können entweder durch Messung aller Quellen in den verschiedenen Betriebszuständen ermittelt werden, oder die Teilquellen können einzeln charakterisiert werden, und zwar durch Bestimmung ihrer Parameterabhängigkeit und relativen Stärke. Dies kann durch Messungen an einem stehenden Fahrzeug geschehen, indem gemäß ISO 3095:2005 die Drehzahl verändert wird. Gegebenenfalls müssen mehrere Antriebsgeräuschquellen charakterisiert werden, die nicht unmittelbar von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig sind:

—

Geräusche von Antrieb, wie etwa Dieselmotoren (einschließlich Einlass, Auspuff und Motorblock), Getriebe, Elektrogeneratoren, abhängig vor allem von der Motordrehzahl (U/min), und elektrische Schallquellen wie Wandler, bei denen überwiegend Lastabhängigkeit besteht;

—

Geräusche von Gebläsen und Kühlsystemen je nach Drehzahl des Ventilators (U/min); in einigen Fällen sind Gebläse direkt an die Antriebswelle gekoppelt;

—

intermittierende Schallquellen wie Kompressoren, Ventile und andere Aggregate mit charakteristischer Betriebsdauer und der sich daraus ergebenden betriebszyklusbedingten Korrektur der Schallemission.

Da sich jede dieser Quellen in jedem Betriebszustand anders verhalten kann, sind die Antriebsgeräusche entsprechend zu spezifizieren. Die Schallstärke der Quellen wird mit Messungen unter kontrollierten Bedingungen bestimmt. Bei Lokomotiven weist die Belastung tendenziell eine größere Schwankungsbreite auf, da die Zahl der angekuppelten Eisenbahnwagen und damit die Lokomotivleistung sehr unterschiedlich sein können, während bei festen Zugzusammenstellungen wie Elektro- und Dieseltriebzügen sowie Hochgeschwindigkeitszügen die Leistung klarer definiert ist. Es wird keine Vorabzuweisung der Schallleistung der Quelle zur Höhenposition der Quelle vorgenommen, da sich diese Entscheidung nach dem konkret zu bewertenden Schall und Fahrzeug richtet. Die Modellierung erfolgt an Quelle A (h = 1) und an Quelle B (h = 2).

Aerodynamische Geräusche

Aerodynamisch angeregte Geräusche sind nur bei hohen Geschwindigkeiten über 200 km/h von Belang, weshalb zunächst überprüft werden sollte, ob sie für die Anwendung tatsächlich erforderlich sind. Wenn die Rollgeräuschrauheit und die Transferfunktionen bekannt sind, können sie auf höhere Geschwindigkeiten extrapoliert werden, und es kann ein Vergleich mit vorhandenen Hochgeschwindigkeitsdaten angestellt werden, um nachzuprüfen, ob durch aerodynamisch angeregte Geräusche höhere Pegel erzeugt werden. Liegen die Zuggeschwindigkeiten in einem Netz über 200 km/h, jedoch nicht über 250 km/h, können die aerodynamischen Geräusche in Abhängigkeit von der Fahrzeugkonstruktion in einigen Fällen unberücksichtigt bleiben. Der Anteil aerodynamischer Geräusche wird als Funktion der Geschwindigkeit angegeben:

LW,0,iLW,0,1,iv0α1,ilgvv0	dB	für h = 1	(2.3.13)
LW,0,iLW,0,2,iv0α2,ilgvv0	dB	für h = 2	(2.3.14)

Hierbei gilt:

v₀ ist eine Geschwindigkeit, bei der aerodynamische Geräusche dominant sind und die auf 300 km/h festgelegt ist.

L_W,0,1,i ist eine Referenzschallleistung, die an zwei oder mehr Messpunkten für Quellen ermittelt wird, deren Höhe bekannt ist, beispielsweise das erste Drehgestell.

L_W,0,2,i ist eine Referenzschallleistung, die an zwei oder mehr Messpunkten für Quellen ermittelt wird, deren Höhe bekannt ist, beispielsweise die Stromabnehmeraussparung.

α_1,i ist ein Koeffizient, der an zwei oder mehr Messpunkten für Quellen ermittelt wird, deren Höhe bekannt ist, beispielsweise das erste Drehgestell.

α_2,i ist ein Koeffizient, der an zwei oder mehr Messpunkten für Quellen ermittelt wird, deren Höhe bekannt ist, beispielsweise die Stromabnehmeraussparung.

Richtverhalten der Quellen

Die horizontale Richtwirkung ΔL_W,dir,hor,i in dB wird in der horizontalen Ebene bestimmt und kann als Dipol für Roll-, stoßartige (Schienenstöße usw.), Kreisch-, Brems-, Gebläse- und aerodynamische Einflüsse angesehen werden, die für jedes i-te Frequenzband angegeben werden durch:

ΔLW,dir,hor,i = 10 × lg(0,01 + 0,99 · sin2φ)

(2.3.15)

Die vertikale Richtwirkung ΔL_W,dir,ver,i in dB wird in der vertikalen Ebene für Quelle A (h = 1) als Funktion der Mittelbandfrequenz f_c,i jedes einzelnen i-ten Frequenzbands sowie für den Bereich – π/2<ψ<π/2 angegeben durch:

ΔLW,dir,ver,i40323sin2ψsinψlgfc,i600200

(2.3.16)

Für Quelle B (h = 2) gilt für die aerodynamischen Einflüsse:

ΔLW,dir,ver,i = 10 × lg(cos2ψ)

für ψ < 0

(2.3.17)

ΔL_W,_dir,ver,i = 0 an anderer Stelle Die Richtwirkung ΔL_dir,ver,i wird für die Quelle B (h = 2) hinsichtlich sonstiger Einflüsse nicht berücksichtigt, da für diese Quellen an dieser Position eine Rundumrichtwirkung angenommen wird.

2.3.3.

Zusätzliche Einflüsse

Korrektur um den Wert der baulichen Abstrahlung (Brücken und Viadukte)

Befindet sich der Gleisabschnitt auf einer Brücke, so müssen die zusätzlichen Geräusche berücksichtigt werden, die durch die Schwingung der Brücke infolge der Anregung durch die Anwesenheit des Zuges erzeugt werden. Da es wegen der komplexen Formen von Brücken nicht einfach ist, die Brückenemission als zusätzliche Quelle zu modellieren, wird ein Anstieg der Rollgeräusche verwendet, um dem Brückendröhnen Rechnung zu tragen. Der Anstieg ist ausschließlich durch einen festen Schallleistungszuschlag der Geräusche für jedes Terzband zu modellieren. Die Schallleistung nur der Rollgeräusche ändert sich dann, wenn die Korrektur vorgenommen wird, so dass der neue Term L_{W,0,rolling–and–bridge,i} anstelle von L_{W,0,rolling-only,i} lautet:

LW,0,rolling–and–bridge,i = LW,0,rolling–only,i + Cbridge

dB

(2.3.18),

wobei C_bridge eine Konstante ist, die vom Brückentyp abhängig ist, und L_{W,0,rolling–only,i} die Schallleistung der Rollgeräusche auf der betreffenden Brücke, die nur von den Fahrzeug- und Streckeneigenschaften abhängig ist.

Korrektur um weitere eisenbahnbezogene Schallquellen

Verschiedene Quellen wie Betriebsbahnhöfe, Be-/Entladebereiche, Bahnhöfe/Haltestellen, Klingeln, Lautsprecher auf Bahnhöfen bzw. an Haltestellen usw. können vorhanden sein und werden dem Eisenbahnlärm zugeordnet. Diese Quellen sind als Industrie-/Gewerbelärmquellen (feste Schallquellen) zu behandeln und erforderlichenfalls gemäß dem nachfolgenden Abschnitt „Industrie und Gewerbelärm” zu modellieren.

2.4.

Industrie- und Gewerbelärm

2.4.1.

Beschreibung der Quellen

Klassifizierung der Quellenarten (Punkt, Linie, Fläche)

Die Quellen von Industrie-/Gewerbelärm weisen sehr unterschiedliche Ausmaße auf. Es kann sich um große Industrieanlagen oder auch kleine konzentrierte Quellen handeln wie kleine Werkzeuge oder Maschinen in einer Fabrik. Deshalb bedarf es eines geeigneten Modellierungsverfahrens für die jeweilige zu bewertende Quelle. Je nach Größe und Ausbreitung mehrerer Einzelquellen über eine Fläche, die alle zum selben Industriestandort gehören, können diese als Punktquellen, Quellenlinien oder Flächenquellen modelliert werden. In der Praxis beruhen die Berechnungen der Schalleinflüsse stets auf Punktquellen, jedoch können mehrere Punktquellen verwendet werden, um eine komplexe Quelle darzustellen, die sich überwiegend über eine Linie oder eine Fläche erstreckt.

Anzahl und Position äquivalenter Schallquellen

Die realen Schallquellen werden mittels äquivalenter Schallquellen modelliert, die durch eine oder mehrere Punktquellen dargestellt werden, so dass die Gesamtschallleistung der realen Quelle der Summe der einzelnen Schallleistungen entspricht, die den verschiedenen Punktquellen zugeordnet werden. Für die Festlegung der Anzahl zu verwendender Punktquellen gelten folgende allgemeine Regeln:

—

Linien- oder Flächenquellen, deren größte Abmessung weniger als die Hälfte des Abstands zwischen der Quelle und dem Empfänger beträgt, können als einzelne Punktquellen modelliert werden.

—

Quellen, deren größte Abmessung mehr als die Hälfte des Abstands zwischen der Quelle und dem Empfänger beträgt, sollten als eine Reihe nicht zusammenhängender Punktquellen in einer Linie oder als eine Reihe nicht zusammenhängender Punktquellen über eine Fläche so modelliert werden, dass für jede dieser Quellen die Bedingung des halben Abstands erfüllt ist. Die Verteilung über eine Fläche kann auch die vertikale Verteilung von Punktquellen einschließen.

—

Bei Quellen, deren größte Abmessung in der Höhe über 2 m oder nahe dem Boden beträgt, sollte die Höhe der Quelle mit besonderer Sorgfalt behandelt werden. Eine Verdoppelung der Quellenzahl, indem die Quellen lediglich in der z-Komponente verteilt werden, führt nicht unbedingt zu einem wesentlich besseren Ergebnis.

—

Für jede Quelle gilt, dass eine Verdoppelung der Quellenzahl im Quellenbereich (in allen Dimensionen) nicht unbedingt zu einem signifikant besseren Ergebnis führt.

Die Position der äquivalenten Schallquellen lässt sich angesichts der Vielfalt an möglichen Konfigurationen eines Industrie-/Gewerbestandorts nicht festlegen. Hier sind im Regelfall bewährte Praktiken anzuwenden.

Schallleistungsemission

Die folgenden Angaben bilden das komplette Paket von Eingangsdaten für Berechnungen der Schallausbreitung mit den für die Erstellung von Lärmkarten verwendeten Verfahren:

—

Spektrum der abgestrahlten Schallleistungspegel in Oktavbändern,

—

Betriebszeiten (Tag, Abend, Nacht, im Jahresdurchschnitt),

—

Ort (Koordinaten x, y) und Höhe (z) der Schallquelle,

—

Art der Quelle (Punkt, Linie, Fläche),

—

Abmessungen und Ausrichtung,

—

Betriebsbedingungen der Quelle,

—

Richtverhalten der Quelle.

Die Schallleistung von Punkt-, Linien- und Flächenquellen ist wie folgt zu bestimmen:

—

für eine Punktquelle die Schallleistung L_W und die Richtwirkung als Funktion der drei orthogonalen Koordinaten (x, y, z).

—

Es lassen sich zwei Arten von Quellenlinien bestimmen:

—

Quellenlinien, die Förderbänder, Rohrleitungen usw. darstellen, die Schallleistung je Meter Länge L_W' und die Richtwirkung als Funktion der beiden zur Achse der Quellenlinie orthogonalen Koordinaten;

—

Quellenlinien, die Fahrzeuge in Bewegung darstellen, die jeweils mit der Schallleistung L_W und der Richtwirkung als Funktion der beiden zur Achse der Quellenlinie orthogonalen Koordinaten und der Schallleistung je Meter L_W' in Verbindung gebracht werden, abgeleitet aus der Geschwindigkeit und der Anzahl der Fahrzeuge, die am Tage, am Abend und in der Nacht entlang dieser Linie fahren. Der Korrekturwert für die Betriebszeiten, der zur Ermittlung der korrigierten Schallleistung zur Quellenschallleistung hinzuzurechnen ist, die für die Berechnungen über den jeweiligen Zeitraum zu verwenden ist, wird als C_W in dB wie folgt berechnet:

CW10lgl n1000V T0

(2.4.1)

Hierbei gilt:

V

Geschwindigkeit des Fahrzeugs [km/h],

n

Anzahl der Fahrzeugdurchfahrten je Zeitraum [-],

l

Gesamtlänge der Quelle [m]

—

für eine Flächenquelle die Schallleistung je Quadratmeter L_W/m2, und keine Richtwirkung (wirkt horizontal oder vertikal).

Die Betriebszeiten sind ein wesentlicher Eingangswert für die Berechnung von Schallpegeln. Die Betriebszeiten sind für den Tag, den Abend und die Nacht anzugeben; kommen für die Ausbreitung verschiedene meteorologische Kategorien zur Anwendung, die jeweils für die Zeiträume Tag, Nacht und Abend definiert sind, so ist eine detailliertere Verteilung der Betriebszeiten in Teilzeiträumen anzugeben, die der Verteilung der meteorologischen Kategorien entsprechen. Diese Angaben müssen auf einem Jahresdurchschnitt beruhen. Der Korrekturwert für die Betriebszeiten, der für die Ermittlung der korrigierten Schallleistung zur Quellenschallleistung hinzuzurechnen ist, die für die Berechnungen über den jeweiligen Zeitraum zu verwenden ist, wird als C_W in dB wie folgt berechnet:

CW10lgTTref

(2.4.2)

Hierbei gilt:

T ist die aktive Zeit der Quelle je Zeitraum im Jahresdurchschnitt in Stunden.

T_ref ist der Referenzzeitraum in Stunden (z. B. Tag mit 12 Stunden, Abend mit 4 Stunden, Nacht mit 8 Stunden).

Für die dominierenderen Quellen ist der Korrekturwert für die Betriebszeiten im Jahresdurchschnitt mit mindestens einer Toleranz von 0,5 dB anzusetzen, um eine akzeptable Genauigkeit zu erreichen (dies ist gleichbedeutend mit einer Unsicherheit von weniger als 10 % bei der Festlegung der aktiven Zeit der Quelle).

Richtverhalten der Quelle

Die Richtwirkung einer Quelle ist in hohem Maße abhängig von der Position der äquivalenten Schallquelle in Bezug auf Flächen in der Nähe. Da bei der Ausbreitungsmethode die Reflexion von Flächen in der Nähe ebenso wie deren schalldämpfende Wirkung berücksichtigt werden, ist der Position dieser Flächen besondere Beachtung zu schenken. Üblicherweise werden die beiden folgenden Fälle unterschieden:

—

Die Schallleistung und Richtwirkung einer Quelle werden bestimmt und bezogen auf eine bestimmte reale Quelle angegeben, wenn diese sich im freien Schallfeld befindet (ohne Berücksichtigung des Geländeeinflusses). Dies erfolgt gemäß den Festlegungen zur Ausbreitung, wenn angenommen wird, dass keine Fläche in der Nähe weniger als 0,01 m von der Quelle entfernt ist und Flächen in einer Entfernung von 0,01 m oder mehr in die Berechnung der Ausbreitung einbezogen werden.

—

Die Schallleistung und Richtwirkung einer Quelle werden bestimmt und relativ zu einer bestimmten realen Quelle angegeben, wenn diese sich an einem bestimmten Ort befindet und deshalb die Schallleistung und Richtwirkung der Quelle tatsächlich „äquivalent” sind, da sie die Modellierung des Einflusses der Flächen in der Nähe einschließt. Dies erfolgt in einem „halbfreien Schallfeld” gemäß der Definition der Schallausbreitung. In diesem Fall sind die modellierten Flächen in der Nähe bei der Berechnung der Ausbreitung nicht zu berücksichtigen.

Die Richtwirkung ist in der Berechnung als ein Faktor ΔL_W,dir,xyz (x, y, z) auszudrücken, der zur Schallleistung hinzuzurechnen ist, um die korrekte gerichtete Schallleistung einer Referenzschallquelle bei Schallausbreitung in der angegebenen Richtung zu erhalten. Der Faktor kann als Funktion des durch (x, y, z) definierten Richtungsvektors mit x2y2z21 angegeben werden. Diese Richtwirkung kann auch mittels anderer Koordinatensysteme, wie etwa Winkelkoordinatensysteme, ausgedrückt werden.

2.5.

Berechnung der Schallausbreitung von Straßen-, Eisenbahn- und Industrie-/Gewerbequellen

2.5.1.

Anwendungsbereich und Anwendbarkeit des Verfahrens

In diesem Dokument wird ein Verfahren zur Berechnung der Abschwächung von Schall während seiner Ausbreitung im Freien beschrieben. Ausgehend von den bekannten Eigenschaften der Quelle wird mit diesem Verfahren der äquivalente kontinuierliche Schalldruckpegel am Empfängerpunkt unter zwei Zuständen der atmosphärischen Bedingungen vorausberechnet:

—

Ausbreitung unter den Bedingungen der Abwärtsbrechung (positiver vertikaler Gradient der effektiven Schallgeschwindigkeit) von der Quelle zum Empfänger;

—

homogene atmosphärische Bedingungen (kein vertikaler Gradient der effektiven Schallgeschwindigkeit) über die gesamte Ausbreitungsfläche.

Das in diesem Dokument beschriebene Berechnungsverfahren gilt für Industrie-/Gewerbeanlagen sowie Anlagen für die Beförderung auf dem Landweg. Es gilt somit insbesondere für Straßen- und Eisenbahnverkehrsanlagen. Der Flugverkehr fällt nur beim Schall, der während Arbeiten am Boden entsteht, in den Anwendungsbereich des Verfahrens; Starts und Landungen gehören nicht dazu. Einrichtungen der industriellen/gewerblichen Infrastruktur, die impulsförmige oder starke tonale Geräusche entsprechend der Beschreibung in ISO 1996-2:2007 emittieren, fallen nicht in den Anwendungsbereich dieses Verfahrens. Das Berechnungsverfahren liefert keine Ergebnisse für die Bedingungen der Aufwärtsbrechung (negativer vertikaler Gradient der effektiven Schallgeschwindigkeit); eine Näherung dieser Bedingungen kann vielmehr durch homogene Bedingungen bei der Berechnung von L_den gefunden werden. Zur Berechnung der Abschwächung aufgrund der Absorption in der Atmosphäre im Falle von Transportinfrastruktur werden die Bedingungen von Temperatur und Feuchtigkeit nach ISO 9613-1:1996 berechnet. Das Verfahren liefert Ergebnisse je Oktavband von 63 Hz bis 8000 Hz. Diese Berechnungen werden für jede Mittenfrequenz vorgenommen. Teilabdeckungen und Hindernisse mit einem Gefälle (bei der Modellierung) von mehr als 15° bezogen auf die Vertikale fallen nicht in den Anwendungsbereich dieses Berechnungsverfahrens. Eine einzelne Abschirmung wird als einzelne Beugung berechnet, zwei oder mehr Abschirmungen in einem einzigen Ausbreitungsweg werden unter Anwendung des nachstehend beschriebenen Verfahrens als aufeinanderfolgende Reihe einzelner Beugungen behandelt.

2.5.2.

Verwendete Begriffe

Alle in diesem Dokument verwendeten Abstände, Höhen und Dimensionen werden in Metern (m) angegeben. Die Bezeichnung MN steht für den Abstand in drei Dimensionen (3D) zwischen den Punkten M und N, der über eine diese Punkte verbindende gerade Linie gemessen wird. Die Bezeichnung M̂N steht für die Länge des gebogenen Ausbreitungswegs zwischen den Punkten M und N bei günstigen Bedingungen. Reale Höhen werden üblicherweise vertikal im rechten Winkel zur horizontalen Ebene gemessen. Höhen von Punkten über dem lokalen Boden werden mit h bezeichnet, absolute Höhen von Punkten und absolute Höhen des Bodens sind mit dem Buchstaben H zu bezeichnen. Zur Berücksichtigung des tatsächlichen Reliefs des Geländes entlang eines Ausbreitungswegs wird der Begriff „äquivalente Höhe” eingeführt, der mit dem Buchstaben z bezeichnet wird. Er ersetzt in den Gleichungen zu den Bodeneffekten die realen Höhen. Die mit dem Großbuchstaben L bezeichneten Schallpegel werden in Dezibel (dB) je Frequenzband angegeben, und zwar ohne den Index A. Die Schallpegel in Dezibel dB(A) enthalten den Index A. Die Summe der Schallpegel aufgrund zueinander inkohärenter Quellen werden mit dem Zeichen  entsprechend der folgenden Definition bezeichnet:

(2.5.1)

2.5.3.

Geometrische Betrachtungen

Quellensegmentierung

Reale Quellen werden durch eine Reihe von Punktquellen oder — im Falle des Eisenbahn- oder des Straßenverkehrs — durch inkohärente Quellenlinien beschrieben. Das Ausbreitungsverfahren beruht auf der Annahme, dass Linien- oder Flächenquellen zuvor aufgeteilt wurden, damit sie mittels einer Reihe äquivalenter Punktquellen dargestellt werden können. Dies kann als Vorverarbeitung der Quellendaten erfolgt sein oder im Rahmen der Pathfinder-Komponente der Berechnungssoftware erfolgen. Die Mittel, mit denen dies erfolgt ist, gehören nicht zum Anwendungsbereich der aktuellen Methodik.

Ausbreitungswege

Das Verfahren arbeitet mit einem geometrischen Modell, das aus einer Reihe zusammenhängender Boden- und Hindernisflächen besteht. In Bezug auf die horizontale Ebene wird ein vertikaler Ausbreitungsweg auf einer oder mehreren vertikalen Ebenen aufgetragen. Für Bahnverläufe einschließlich Reflexionen auf vertikale Flächen, die sich nicht im rechten Winkel zur Auftreffebene befinden, wird anschließend eine weitere vertikale Ebene einschließlich des reflektierten Teils des Ausbreitungswegs einbezogen. Werden mehrere vertikale Ebenen verwendet, um den gesamten Ausbreitungsweg von der Quelle bis zum Empfänger zu beschreiben, werden die vertikalen Ebenen sodann verflacht (wie beim Auffalten einer Spanischen Wand).

Erhebliche Höhen über dem Gelände

Die äquivalenten Höhen werden auf der mittleren Grundebene zwischen der Quelle und dem Empfänger ermittelt. Damit wird die tatsächliche Ebene durch eine fiktive Ebene ersetzt, die das mittlere Profil des Geländes abbildet.

1:

Tatsächliches Relief

2:

Mittlere Ebene

Die äquivalente Höhe eines Punktes ist seine Höhe im rechten Winkel zur mittleren Grundebene. Die äquivalente Quellenhöhe z_s und die äquivalente Empfängerhöhe z_r können somit bestimmt werden. Der Abstand zwischen der Quelle und dem Empfänger in der Projektion über die mittlere Grundebene hinweg wird durch d_p bezeichnet. Weist die äquivalente Höhe eines Punktes einen negativen Wert auf, d. h. befindet sich der Punkt unterhalb der mittleren Grundebene, wird die Höhe null beibehalten; der äquivalente Punkt ist dann mit seinem möglichen Abbild identisch.

Berechnung der mittleren Ebene

In der Ebene des Ausbreitungsweges kann die Topographie (einschließlich Gelände, Hügel, Dämme und andere von Menschen errichtete Hindernisse, Gebäude usw.) als eine geordnete Menge einzelner Punkte (x_k, H_k); k є {1,…,n} beschrieben werden. Die Punktmenge definiert eine Polylinie oder — äquivalent dazu — eine Abfolge gerader Segmente H_k = a_kx + b_k, x є [x_k, x_{k + 1}]; k є {1,… n}, worin:

	ak = (Hk + 1 – Hk)/(xk + 1 – xk)	(2.5.2)
	bk = (Hk · xk + 1 – Hk + 1 · xk)/(xk + 1 – xk)

Die mittlere Ebene wird durch die Gerade Z = ax + b; x є [x₁, x_n] dargestellt, die an die Polylinie mittels Approximation nach der Methode der kleinsten Quadrate angepasst wird. Die Gleichung der Mittellinie kann analytisch abgeleitet werden. Verwendet wird:

	A23n1k1akx3k1x3kn1k1bkx2k1x2k	(2.5.3)
	Bn1k1akx2k1x2k2n1k1bkxk1xk

Die Koeffizienten der Geraden sind wie folgt gegeben:

	a32ABxnx1xnx13	(2.5.4),
	b2x3nx31xnx14B 3xnx1xnx13A

wobei Segmente mit x_{k + 1 =} x_k außer Acht zu lassen sind, wenn die Gleichung 2.5.3 evaluiert wird.

Reflexionen durch Gebäudefassaden und andere vertikale Hindernisse

Reflexionsanteile sind durch die Einführung von Spiegelquellen wie nachfolgend beschrieben zu berücksichtigen.

2.5.4.

Modell der Schallausbreitung

Für einen Empfänger R werden die Berechnungen unter Einhaltung folgender Schritte vorgenommen:

1)

zu jedem Ausbreitungsweg:

—

Berechnung der Abschwächung bei günstigen Bedingungen;

—

Berechnung der Abschwächung bei homogenen Bedingungen;

—

Berechnung des langfristigen Schallpegels für jeden Ausbreitungsweg;

2)

Aufsummierung der langfristigen Schallpegel für alle Ausbreitungswege, die einen bestimmten Empfänger betreffen, wodurch der Gesamtschallpegel am Empfängerpunkt berechnet werden kann.

Zu beachten ist, dass von den Witterungsbedingungen nur die Abschwächungen aufgrund des Bodeneffekts (A_ground) und der Beugung (A_dif) beeinflusst werden.

2.5.5.

Ablauf der Berechnung

Für eine Punktquelle S der gerichteten Schallleistung L_w,0,dir und für ein bestimmtes Frequenzband wird der äquivalente Dauerschalldruckpegel am Empfängerpunkt R unter bestimmten Witterungsbedingungen mittels der nachfolgenden Gleichungen bestimmt.

Schallpegel bei günstigen Bedingungen (LF) für einen Ausbreitungsweg (S, R)

LF = LW,0,dir – AF

(2.5.5)

Der Term A_F repräsentiert die Gesamtabschwächung entlang des Ausbreitungsweges bei günstigen Bedingungen und wird wie folgt aufgeschlüsselt:

LF = Adiv + Aatm + Aboundary,F

(2.5.6)

Hierbei gilt:

A_div ist die Abschwächung aufgrund geometrischer Zerstreuung;

A_atm ist die Abschwächung aufgrund von Luftabsorption;

A_boundary,F ist die Abschwächung aufgrund der Begrenzung des Ausbreitungsmediums bei günstigen Bedingungen. Sie kann folgende Terme beinhalten:

A_ground,F für die Abschwächung aufgrund des Bodens bei günstigen Bedingungen;

A_dif,F für die Abschwächung aufgrund von Beugung bei günstigen Bedingungen.

Für einen gegebenen Ausbreitungsweg und ein gegebenes Frequenzband sind die folgenden beiden Szenarien möglich:

—

entweder A_ground,F wird ohne Beugung (A_dif,F = 0 dB) und A_{boundary,F =} A_ground,F berechnet;

—

oder es wird A_dif,F berechnet. Der Bodeneffekt wird in der A_dif,F-Gleichung selbst berücksichtigt (A_ground,F = 0 dB). Somit ergibt sich A_{boundary,F =} A_dif,F.

Schallpegel bei homogenen Bedingungen (L_H) für einen Ausbreitungsweg (S, R)

Das Verfahren ist völlig identisch mit dem Fall der günstigen Bedingungen im vorhergehenden Abschnitt.

LH = LW,0,dir – AH

(2.5.7)

Der Term A_H repräsentiert die Gesamtabschwächung entlang dem Ausbreitungsweg bei homogenen Bedingungen und wird wie folgt aufgeschlüsselt:

AH = Adiv + Aatm + Aboundary,H

(2.5.8)

Hierbei gilt:

A_div ist die Abschwächung aufgrund geometrischer Zerstreuung;

A_atm ist die Abschwächung aufgrund von Luftabsorption;

A_boundary,H ist die Abschwächung aufgrund der Begrenzung des Ausbreitungsmediums bei homogenen Bedingungen. Sie kann folgende Terme beinhalten:

A_ground,H für die Abschwächung aufgrund des Geländes bei homogenen Bedingungen;

A_dif,H für die Abschwächung aufgrund von Beugung bei homogenen Bedingungen.

Für einen gegebenen Ausbreitungsweg und ein gegebenes Frequenzband sind die folgenden beiden Szenarien möglich:

—

entweder Α_ground,H (A_dif,H = 0 dB) wird ohne Beugung und A_boundary,H =Α_ground,H berechnet;

—

oder es wird A_dif,H (Α_ground,H = 0 dB) berechnet. Der Bodeneffekt wird in der A_dif,H-Gleichung selbst berücksichtigt. Somit ergibt sich A_boundary,H = A_dif,H

Statistischer Ansatz in städtischen Gebieten für einen Ausbreitungsweg (S, R)

In städtischen Gebieten ist auch ein statistischer Ansatz für die Berechnung der Schallausbreitung hinter die erste Gebäudelinie zulässig, sofern ein solches Verfahren ordnungsgemäß dokumentiert wird, was auch relevante Angaben zur Qualität des Verfahrens einschließt. Dieses Verfahren kann an die Stelle der Berechnung von A_boundary,H und A_boundary,F durch Approximation der Gesamtabschwächung für den direkten Ausbreitungsweg und alle Reflexionen treten. Die Berechnung beruht dann auf der durchschnittlichen Bebauungsdichte und der durchschnittlichen Höhe aller Gebäude in dem Gebiet.

Langfristiger Schallpegel für einen Ausbreitungsweg (S, R)

Der „langfristige” Schallpegel entlang eines Ausbreitungsweges, der von einem bestimmten Punkt ausgeht, wird aus der logarithmischen Summe der bewerteten Schallenergie bei homogenen Bedingungen und der Schallenergie bei günstigen Bedingungen gebildet. Diese Schallpegel werden durch das mittlere Auftreten p günstiger Bedingungen in Richtung des Ausbreitungsweges (S, R) gewichtet:

LLT10lgp10LF101p10LH10

(2.5.9)

Anmerkung: Die Häufigkeitswerte für p werden als Prozentsatz angegeben. Wenn also etwa der Häufigkeitswert 82 % beträgt, würde in der Gleichung (2.5.9) p = 0,82 stehen.

Langfristiger Schallpegel am Punkt R für alle Ausbreitungswege

Der langfristige Gesamtschallpegel am Empfänger für ein Frequenzband wird durch die energetische Summierung der Beiträge aller N Ausbreitungswege für alle Arten errechnet:

Ltot,LT10lgn10Ln,LT10

(2.5.10)

Hierbei gilt: n ist der Index der Ausbreitungswege zwischen S und R. Die Berücksichtigung von Reflexionen mittels Spiegelquellen wird näher beschrieben. Der Prozentsatz der Häufigkeit günstiger Bedingungen im Falle der Reflexion eines Ausbreitungsweges an einem vertikalen Hindernis ist als identisch mit der Häufigkeit des direkten Ausbreitungsweges anzusetzen. Wenn S′ die Spiegelquelle von S, ist, dann wird das Auftreten p′ des Ausbreitungsweges (S′,R) als gleich dem Auftreten p des Ausbreitungsweges (S_i,R) angesetzt.

Langfristiger Schallpegel am Punkt R in Dezibel A (dBA)

Der Gesamtschallpegel in Dezibel A (dBA) wird durch Summierung der Pegel in jedem einzelnen Frequenzband bestimmt:

LAeq,LT10lgi10Ltot,LT,iAWCf,i10

(2.5.11),

wobei i der Index des Frequenzbands ist. AWC ist die A-Bewertungskorrektur gemäß der internationalen Norm IEC 61672-1:2003. Dieser Pegel L_Aeq,LT stellt das Endresultat dar, d. h. den langfristigen A-bewerteten Schalldruckpegel am Empfängerpunkt in einem bestimmten Referenzzeitraum (z. B. Tag oder Abend oder Nacht oder einer kürzeren Zeit am Tag, am Abend oder in der Nacht).

2.5.6.

Berechnung der Schallausbreitung bei Straßen-, Eisenbahn- und Industrie-/Gewerbequellen

Geometrische Zerstreuung

Die Abschwächung aufgrund geometrischer Zerstreuung, A_div, ist die Verringerung des Schallpegels mit zunehmender Ausbreitungsdistanz. Für eine Punktschallquelle im freien Schallfeld wird die Abschwächung in dB angegeben durch:

Adiv = 20 × lg(d) + 11

(2.5.12)

wobei d die direkte 3D-Schrägentfernung zwischen der Quelle und dem Empfänger ist.

Luftabsorption

Die Abschwächung aufgrund von Luftabsorption A_atm während der Ausbreitung über eine Entfernung d wird in dB durch folgende Gleichung angegeben:

Aatm = αatm · d/1000

(2.5.13)

Hierbei gilt:

d ist die direkte 3D-Schrägentfernung zwischen der Quelle und dem Empfänger in m;

α_atm ist der Koeffizient der Abschwächung in der Atmosphäre in dB/km in der nominellen Mittenfrequenz für jedes Frequenzband gemäß ISO 9613-1.

Die Werte des Koeffizienten α_atm werden für eine Temperatur von 15 °C, eine relative Feuchtigkeit von 70 % und einen Luftdruck von 101325 Pa angegeben. Sie werden mit den genauen Mittenfrequenzen des Frequenzbandes berechnet. Diese Werte erfüllen die Norm ISO 9613-1. Liegen meteorologische Daten vor, so ist der meteorologische Langzeitdurchschnitt zu verwenden.

Bodeneffekt

Die Abschwächung aufgrund des Bodeneffekts ist vor allem das Ergebnis der Interferenz zwischen dem reflektierten Schall und dem Schall, der sich direkt von der Quelle zum Empfänger ausbreitet. Sie ist physisch mit der akustischen Absorption des Geländes verbunden, über dem sich der Schall ausbreitet. Sie ist aber auch erheblich von den atmosphärischen Bedingungen während der Ausbreitung abhängig, da sich durch die Biegung des Strahls die Höhe des Ausbreitungsweges über dem Boden ändert und so die Einflüsse des Bodens und des Geländes nahe der Quelle an Bedeutung gewinnen oder verlieren. Wenn die Ausbreitung zwischen der Quelle und dem Empfänger durch ein Hindernis in der Ausbreitungsebene beeinflusst wird, wird der Bodeneffekt für die Quellen- und die Empfängerseite getrennt berechnet. Dabei beziehen sich z_s und z_r auf die äquivalente Quellen- und/oder Empfängerposition, wie im Weiteren im Zusammenhang mit der Berechnung der Beugung A_dif dargestellt wird.

Akustische Charakterisierung des Bodens

Die akustischen Absorptionseigenschaften des Bodens stehen vor allem mit seiner Porosität in Verbindung. Ein kompakter Boden ist im Allgemeinen reflektierend, ein poröser Boden absorbierend. Für die Zwecke einer operationellen Berechnung wird die akustische Absorption eines Bodens durch einen dimensionslosen Koeffizienten G zwischen 0 und 1 dargestellt. G ist unabhängig von der Frequenz. Tabelle 2.5.a enthält die G-Werte für den Boden im Freien. Der durchschnittliche Wert des Koeffizienten G über einen Ausbreitungsweg liegt in der Regel im Bereich von 0 bis 1.

Tabelle 2.5.a

G-Werte für verschiedene Bodenarten

Beschreibung	Art	(kPa·s/m2)	G-Wert
Sehr weich (wie Schnee oder Moos)	A	12,5	1
Weicher Waldboden (kurzes, dichtes heideartiges oder dickes Moos)	B	31,5	1
Nicht verdichteter loser Boden (Rasen, Gras, loser Boden)	C	80	1
Normaler nicht verdichteter Boden (Waldboden, Weideland)	D	200	1
Verdichtetes Feld und Schotter (verdichteter Rasen, Parkgebiete)	E	500	0,7
Verdichteter dichter Boden (Schotterstraße, Parkplatz)	F	2000	0,3
Harte Oberflächen (zumeist normaler Asphalt, Beton)	G	20000	0
Sehr harte und dichte Oberflächen (dichter Asphalt, Beton, Wasser)	H	200000	0

G_path wird definiert als der Anteil an absorbierendem Boden über den gesamten betrachteten Ausbreitungsweg. Wenn die Quelle und der Empfänger nahe beieinander liegen, so dass d_p≤ 30(z_s + z_r), ist der Unterschied zwischen der Bodenart nahe der Quelle und der Bodenart nahe dem Empfänger unerheblich. Um dem Rechnung zu tragen, wird der Bodenfaktor G_path letztlich wie folgt korrigiert:

G′path =	Gpathdp30zszrGs1dp30zszr	wennd dp ≤ 30(zs + zr)	(2.5.14)
	Gpath	andernfalls

wobei G_s der Bodenfaktor im Bereich der Quelle ist. G_s = 0 für Straßenkronen⁽⁴⁾, feste Fahrbahnen. G_s=1 für Bahnstrecken mit Gleisbett. Im Falle von industriellen/gewerblichen Quellen und Anlagen gibt es keine pauschale Antwort. G kann mit dem Strömungswiderstand in Verbindung gebracht werden. In den folgenden zwei Unterabschnitten über die Berechnung bei homogenen bzw. günstigen Bedingungen kommen erstmals die generischen Bezeichnungen G_w und Ḡ_m für die Absorption des Bodens zur Anwendung. Tabelle 2.5.b zeigt die Entsprechung zwischen diesen Bezeichnungen und den Variablen G_path und G'_path.

Tabelle 2.5.b

Übereinstimmungen zwischen Ḡ_w und Ḡ_m und (Gpath, G′path)

	Homogene Bedingungen			Günstige Bedingungen
	Aground	Δground(S,O)	Δground(O,R)	Aground	Δground(S,O)	Δground(O,R)
Ḡw	G′path		G path
Ḡm	G′path		G path	G′path		G path

Berechnungen bei homogenen Bedingungen

Die Abschwächung aufgrund des Bodeneffekts bei homogenen Bedingungen wird nach den folgenden Gleichungen berechnet: wenn Ḡ_path ≠ 0

Aground,Hmax10lg4k2d2pz2s2CfkzsCfkz2r2CfkzrCfk ,Aground,H,min

(2.5.15)

Hierbei gilt: f_m ist die nominelle Mittenfrequenz des betrachteten Frequenzbands in Hz, c ist die Geschwindigkeit des Schalls in der Luft (als 340 m/s angenommen), und C_f wird definiert durch:

Cfdp13wdpewdp1wdp

(2.5.16),

wobei die Werte von w durch die nachstehende Gleichung gegeben sind:

(2.5.17).

Ḡ_w kann gleich G_path oder G′_path sein, je nachdem, ob der Bodeneffekt mit oder ohne Beugung berechnet wird und welcher Art der Boden unter der Quelle ist (reale Quelle oder gebeugt). Dies wird in den folgenden Unterabschnitten näher erläutert und in der Tabelle 2.5.b zusammengefasst.

(2.5.18)

ist der untere Grenzwert von A_ground,H. Für einen Ausbreitungsweg (S_i, R) bei homogenen Bedingungen ohne Beugung:

Ḡ_w = G′_path

Ḡ_m = G′_path

Zum Ausbreitungsweg mit Beugung siehe den Abschnitt „Beugung” mit den Definitionen von Ḡ_w und Ḡ_m. wenn G_path = 0: A_ground,H = –3 dB Der Term – 3(1 – Ḡ_m) trägt dem Umstand Rechnung, dass, wenn die Quelle und der Empfänger weit auseinander liegen, die erste quellenseitige Reflexion nicht mehr auf der Straßenkrone, sondern auf natürlichem Gelände erfolgt.

Berechnung bei günstigen Bedingungen

Der Bodeneffekt bei günstigen Bedingungen wird mit der Gleichung von A_ground,H berechnet, allerdings mit folgenden Änderungen:

Wenn G_path ≠ 0

a)

In der Gleichung A_ground,H werden die Höhen z_s und z_r ersetzt durch z_s + δ z_s + δ z_T bzw. z_r + δ z_r + δ z_T, wobei

	δzsa0zszszr2d2p2	(2.5.19)
	δzra0zrzszr2d2p2

a_o = 2 x 10^{– 4} m^-1 die Umkehrung des Bogenhalbmessers ist

δzT6103dpzszr

b)

Der untere Grenzwert von A_ground,F ist abhängig von der Geometrie des Ausbreitungsweges:

(2.5.20)

Wenn Ḡ_path = 0

A_ground,F, = A_ground,F,min

Die Höhenkorrekturen δ z_s und δ z_r berücksichtigen die Wirkung der Beugung des Schallstrahls. δ z_T trägt der Wirkung der Turbulenz Rechnung. Ḡ_m kann also gleich G_path oder G′_path sein, je nachdem, ob der Bodeneffekt mit oder ohne Beugung berechnet wird und welcher Art der Boden unter der Quelle ist (reale Quelle oder gebeugt). Dies wird in den folgenden Unterabschnitten näher erläutert. Für einen Ausbreitungsweg (S_i,R) bei günstigen Bedingungen ohne Beugung:

Ḡ_w = G_path in Gleichung (2.5.17);

Ḡ_m = G′_path.

Zum Ausbreitungsweg mit Beugung siehe den nächsten Abschnitt mit den Definitionen von G_w und Ḡ_m.

Beugung

Generell ist die Beugung an der Oberkante des Hindernisses zu untersuchen, das sich im Ausbreitungsweg befindet. Verläuft der Ausbreitungsweg „hoch genug” über der Beugungskante, so kann A_dif = 0 gesetzt und eine direkte Sicht berechnet werden, insbesondere durch die Evaluierung von A_ground. In der Praxis wird für die Mittenfrequenz jedes Frequenzbands die Weglängendifferenz δ mit der Größe λ/20 verglichen. Erzeugt ein Hindernis keine Beugung, was beispielsweise gemäß dem Rayleigh-Kriterium festgestellt wird, so besteht keine Notwendigkeit zur Berechnung von A_dif für das betrachtete Frequenzband. Anders gesagt, in diesem Fall gilt A_dif = 0. Andernfalls wird A_dif wie im restlichen Teil dieses Abschnitts beschrieben berechnet. Diese Regel gilt sowohl für homogene als auch für günstige Bedingungen und sowohl für Einzel- als auch für Mehrfachbeugungen. Wenn für ein bestimmtes Frequenzband eine Berechnung nach dem in diesem Abschnitt beschriebenen Verfahren vorgenommen wird, wird im Falle der Berechnung der Gesamtabschwächung A_ground mit 0 dB angesetzt. Der Bodeneffekt ist direkt in der allgemeinen Gleichung zur Beugungsberechnung berücksichtigt. Die hier vorgeschlagenen Gleichungen werden verwendet, um die Beugung an dünnen Schirmen, dicken Schirmen, Gebäuden, (natürlichen und künstlichen) Wällen und durch die Kanten von Dämmen, Schneisen und Viadukten zu berechnen. Werden in einem Ausbreitungsweg mehrere Beugungshindernisse festgestellt, werden sie als Mehrfachbeugung behandelt, indem das im folgenden Abschnitt zur Berechnung der Weglängendifferenz beschriebene Verfahren angewendet wird. Die hier dargelegten Verfahren werden verwendet, um die Abschwächungen sowohl bei homogenen als auch bei günstigen Bedingungen zu berechnen. Die Strahlbeugung wird bei der Berechnung der Weglängendifferenz sowie zur Berechnung der Bodeneffekte vor und nach der Beugung berücksichtigt.

Allgemeine Grundsätze

Abbildung 2.5.c veranschaulicht das allgemeine Verfahren der Berechnung der Abschwächung aufgrund von Beugung. Dieses Verfahren basiert auf der Untergliederung des Ausbreitungswegs in zwei Teile: den „quellenseitigen” Ausbreitungsweg zwischen der Quelle und dem Beugungspunkt und den „empfängerseitigen” Ausbreitungsweg zwischen dem Beugungspunkt und dem Empfänger. Folgendes wird berechnet:

—

ein Bodeneffekt, quellenseitig, Δ_ground(S,O),

—

ein Bodeneffekt, empfängerseitig, Δ_ground(O,R)

—

und drei Beugungen:

—

zwischen der Quelle S und dem Empfänger R: Δ_dif(S,R),

—

zwischen der Spiegelquelle S′ und R: Δ_dif(S',R),

—

zwischen S und dem Spiegelempfänger R′: Δ_dif(S,R′).

1:

Quellenseite.

2:

Empfängerseite.

Hierbei gilt:

S ist die Quelle;

R ist der Empfänger;

S′ ist die Spiegelquelle auf der Quellenseite bezogen auf die mittlere Grundebene;

R′ ist der Spiegelempfänger auf der Empfängerseite bezogen auf die mittlere Grundebene;

O ist der Beugungspunkt;

z_s ist die äquivalente Höhe der Quelle S bezogen auf die Quellenseite der mittleren Ebene;

z_o,s ist die äquivalente Höhe des Beugungspunkts O bezogen auf die Quellenseite der mittleren Grundebene;

z_r ist die äquivalente Höhe des Empfängers R bezogen auf die Empfängerseite der mittleren Ebene;

z_o,r ist die äquivalente Höhe des Beugungspunkts O bezogen auf die Empfängerseite der mittleren Grundebene.

Die Unregelmäßigkeit des Bodens zwischen der Quelle und dem Beugungspunkt sowie zwischen dem Beugungspunkt und dem Empfänger wird mittels äquivalenter Höhen berücksichtigt, die in Bezug auf die mittlere Grundebene, zuerst quellenseitig und dann empfängerseitig (zwei mittlere Grundebenen), anhand des im Unterabschnitt zu erheblichen Höhen über dem Boden beschriebenen Verfahrens berechnet werden.

Reine Beugung

Für die reine Beugung ohne Bodeneffekte wird die Abschwächung angegeben durch:

Δdif =	10Chlg340λC″δ	wenn40λC″δ2	(2.5.21)
	0	andernfalls

Hierbei gilt:

Ch = 1

(2.5.22)

λ ist die Wellenlänge der nominalen Mittenfrequenz des betrachteten Frequenzbandes; δ ist die Weglängendifferenz zwischen dem gebeugten Ausbreitungsweg und dem direkten Ausbreitungsweg (siehe nächsten Unterabschnitt „Berechnung der Weglängendifferenz” ); C″ ist ein Koeffizient, der zur Berücksichtigung von Mehrfachbeugungen eingesetzt wird: C″ = 1 für eine Einzelbeugung. Im Falle der Mehrfachbeugung, wenn e die Gesamtdistanz entlang dem Ausbreitungsweg ist, O1 bis O2 + O2 bis O3 + O3 bis O4 aus der „Gummibandmethode” ist (siehe Abbildungen 2.5.d und 2.5.f) und wenn e länger als 0,3 m ist (andernfalls C″ = 1), wird dieser Koeffizient definiert durch:

(2.5.23)

Die Werte von Δ_dif sind zu begrenzen:

—

wenn Δ_dif < 0: Δ_dif = 0 dB,

—

wenn Δ_dif > 25: Δ_dif = 25 dB für eine Beugung an einer horizontalen Kante und nur beim Term Δ_dif, der in der Berechnung von A_dif eine Rolle spielt. Diese Obergrenze gilt nicht bei den Δ_dif Termen, die in die Berechnung von Δ_ground eingreifen, oder für eine Beugung an einer vertikalen Kante (seitliche Beugung) im Falle der Erstellung von Lärmkarten für Industrie-/Gewerbelärm.

Berechnung der Weglängendifferenz

Die Weglängendifferenz δ wird auf einer vertikalen Ebene berechnet, die die Quelle und den Empfänger umfasst. Dies ist eine Approximation im Verhältnis zum Fermatschen Prinzip. Die Approximation bleibt hier gültig (Quellenlinien). Die Weglängendifferenz δ wird wie in den nachstehenden Abbildungen ausgehend von den vorgefundenen Situationen berechnet.

Homogene Bedingungen

Hinweis: Für jede Konfiguration wird der Ausdruck δ angegeben.

Günstige Bedingungen

Bei günstigen Bedingungen wird davon ausgegangen, dass die drei gebogenen Schallstrahlen SO, OR und SR einen identischen Bogenhalbmesser Γ haben, der definiert wird durch:

Γ = max(1000,8d)

(2.5.24)

Die Länge eines Schallstrahlbogens MN wird bei günstigen Bedingungen mit M̂N bezeichnet. Diese Länge ist gleich:

(2.5.25)

Im Prinzip sollten bei der Berechnung der Weglängendifferenz bei günstigen Bedingungen δ_F (siehe Abbildung 2.5.e) drei Szenarien betrachtet werden. In der Praxis genügen zwei Gleichungen:

—

wenn der direkte Schallstrahl SR durch das Hindernis verdeckt wird (1. und 2. Fall in Abbildung 2.5.e):

(2.5.26),

—

wenn der direkte Schallstrahl SR nicht durch das Hindernis verdeckt wird (3. Fall in Abbildung 2.5.e):

(2.5.27),

wobei A der Schnittpunkt des direkten Schallstrahls SR und der Verlängerung des Beugungshindernisses ist. Für die Mehrfachbeugungen bei günstigen Bedingungen:

—

Bestimmen der konvexen Hülle, die durch die verschiedenen potenziellen Beugungskanten definiert wird;

—

Ausschließen der Beugungskanten, die nicht an der Grenze der konvexen Hülle liegen;

—

Berechnen von δ_F ausgehend von den Längen des gebogenen Schallstrahls durch Aufgliederung des gebeugten Ausbreitungsweges in so viele Bogensegmente wie nötig (siehe Abbildung 2.5.f)

(2.5.28)

In dem in Abbildung 2.5.f dargestellten Szenario ist die Weglängendifferenz:

(2.5.29)

Berechnung der Abschwächung A_dif

Die Abschwächung aufgrund von Beugung unter Berücksichtigung der quellen- und empfängerseitigen Bodeneffekte wird nach den folgenden allgemeinen Gleichungen berechnet:

AdifΔdif S,RΔground S,OΔground On ,R

(2.5.30)

Hierbei gilt:

—

Δ_{dif (S,R)} ist die Abschwächung aufgrund der Beugung zwischen der Quelle S und dem Empfänger R;

—

Δ_ground(S,O) ist die Abschwächung aufgrund des Bodeneffekts auf der Quellenseite, bewertet mittels der Beugung auf der Quellenseite; wobei als vereinbart gilt, dass O = O₁ im Falle von Mehrfachbeugungen wie in Abbildung 2.5.f

—

Δ_ground(O,R) ist die Abschwächung aufgrund des Bodeneffekts auf der Empfängerseite, gewichtet nach der Beugung auf der Empfängerseite (siehe den folgenden Unterabschnitt Berechnung des Terms Δ_ground(O,R)).

Berechnung des Terms Δ_ground(S,O)

(2.5.31)

Hierbei gilt:

—

A_ground(S,O) ist die Abschwächung aufgrund des Bodeneffekts zwischen der Quelle S und dem Beugungspunkt O. Dieser Term wird, wie im vorherigen Unterabschnitt „Berechnung bei homogenen Bedingungen” und im vorherigen Unterabschnitt „Berechnung bei günstigen Bedingungen” angegeben, berechnet, und zwar ausgehend von folgenden Hypothesen:

z_r = z_o,s;

—

G_path wird zwischen S und O berechnet;

—

bei homogenen Bedingungen: Ḡ_w = G′_path in Gleichung (2.5.17), Ḡ_m = G′_path in Gleichung (2.5.18);

—

bei günstigen Bedingungen: Ḡ_w = G_path in Gleichung (2.5.17), Ḡ_m = G′_path in Gleichung (2.5.20);

—

Δ_dif(S',R) ist die Abschwächung aufgrund der Beugung zwischen der Spiegelquelle S′ und R, berechnet wie im vorherigen Unterabschnitt „Reine Beugung” ;

—

Δ_dif(S,R) ist die Abschwächung aufgrund der Beugung zwischen S und R, berechnet wie in Unterabschnitt VI.4.4.b.

Berechnung des Terms Δ_ground(O,R)

(2.5.32)

Hierbei gilt:

—

A_{ground (O,R)} ist die Abschwächung aufgrund des Bodeneffekts zwischen dem Beugungspunkt O und dem Empfänger R. Dieser Term wird, wie im vorherigen Unterabschnitt „Berechnung bei homogenen Bedingungen” und im vorherigen Unterabschnitt „Berechnung bei günstigen Bedingungen” angegeben, berechnet, und zwar ausgehend von folgenden Hypothesen:

z_s = z_o,r

—

G_path wird zwischen O und R berechnet.

Die Korrektur G′_path braucht hier nicht berücksichtig zu werden, da die betrachtete Quelle der Beugungspunkt ist. Deshalb ist vielmehr G_path bei der Berechnung der Bodeneffekte zu verwenden, einschließlich für den unteren Grenzterm der Gleichung, der -3(1- G_path) wird.

—

Bei homogenen Bedingungen Ḡ_w = G_path in Gleichung (2.5.17) und Ḡ_m = G_path in Gleichung (2.5.18);

—

Bei günstigen Bedingungen Ḡ_w = G_path in Gleichung (2.5.17) und Ḡ_m = G_path in Gleichung (2.5.20);

—

Δ_dif(S,R′) ist die Abschwächung aufgrund der Beugung zwischen S und dem Spiegelempfänger R′, berechnet wie im vorherigen Abschnitt „Reine Beugung” ;

—

Δ_dif(S,R) ist die Abschwächung aufgrund der Beugung zwischen S und R, berechnet wie im vorhergehenden Unterabschnitt „Reine Beugung” .

Szenarien mit vertikalen Kanten

Die Gleichung (2.5.21) kann verwendet werden, um die Beugungen an vertikalen Kanten (laterale Beugungen) bei Industrie-/Gewerbelärm zu berechnen. In diesem Falle wird A_dif = Δ _dif(S,R) genommen und der Term A_ground behalten. Weiterhin sind A_atm und A_ground aus der Gesamtlänge des Ausbreitungsweges zu berechnen. A_div wird nach wie vor aus der direkten Distanz d berechnet. Die Gleichungen (2.5.8) bzw. (2.5.6) werden zu:

AHAdivApathatmApathground,HΔdif,H S,R	(2.5.33)
AFAdivApathatmApathground,FΔdif,H S,R	(2.5.34)

Δ_dif wird tatsächlich bei homogenen Bedingungen in Gleichung (2.5.34) verwendet.

Reflexionen an vertikalen Hindernissen

Die Reflexionen an vertikalen Hindernissen werden über Spiegelquellen erfasst. Somit werden Reflexionen an Gebäudefassaden und Lärmschutzwänden auf diese Weise erfasst. Ein Hindernis gilt als vertikal, wenn seine Neigung bezogen auf die Senkrechte weniger als 15° beträgt. Handelt es sich um Reflexionen an Objekten, deren Neigung bezogen auf die Senkrechte mehr als oder gleich 15° ist, wird das Objekt nicht betrachtet. Die Hindernisse, bei denen mindestens eine Dimension unter 0,5 m liegt, sind — ausgenommen bei speziellen Konfigurationen — bei der Berechnung von Reflexionen außer Acht zu lassen.⁽⁵⁾ Man beachte, dass Reflexionen am Boden hier nicht behandelt werden. Sie werden bei den Berechnungen der Abschwächung aufgrund der Begrenzung (Boden, Beugung) berücksichtigt. Ist L_WS der Leistungspegel der Quelle S und α_r der Absorptionskoeffizient der Oberfläche des Hindernisses gemäß Definition in EN 1793-1:2013, dann ist der Leistungspegel der Spiegelquelle S′ gleich:

LWS′ = LWS + 10 · lg(1 – αr) = LWS + Arefl

(2.5.35)

wobei 0 ≤ α_r < 1. Die oben beschriebenen Abschwächungen der Ausbreitung werden dann — wie beim direkten Ausbreitungsweg — auf diesen Ausbreitungsweg (Spiegelquelle, Empfänger) angewendet. Bei der geometrischen Untersuchung von Schallausbreitungswegen während der Reflexion an einem vertikalen Hindernis (Schutzwände, Gebäude) bestimmt die Position des Auftreffens des Strahls in Bezug auf die Oberkante dieses Hindernisses über den mehr oder weniger erheblichen Anteil an Energie, der tatsächlich reflektiert wird. Dieser Verlust an akustischer Energie bei der Reflexion des Strahls wird als Abschwächung durch Retrobeugung bezeichnet. Im Falle potenzieller Mehrfachreflexionen zwischen zwei vertikalen Wänden ist zumindest die erste Reflexion zu betrachten. Im Falle eines Einschnitts (siehe zum Beispiel Abbildung 2.5.h) ist die Abschwächung durch Retrobeugung auf jede Reflexion an den Stützwänden anzuwenden. In dieser Darstellung erreicht der Schallstrahl den Empfänger, indem er die Stützwände des Einschnitts „nacheinander durchläuft” , die daher mit Öffnungen verglichen werden können. Bei der Berechnung der Ausbreitung durch eine Öffnung ist das Schallfeld beim Empfänger die Summe des Direktfeldes und des durch die Kanten der Öffnung gebeugten Feldes. Das gebeugte Feld sichert die Kontinuität des Übergangs zwischen dem freien Bereich und dem Schattenbereich. Erreicht der Strahl die Kante der Öffnung, ist das Direktfeld abgeschwächt. Die Berechnung entspricht der Berechnung der Abschwächung durch ein Hindernis im freien Bereich. Die mit jeder Retrobeugung verbundene Weglängendifferenz δ′ ist das Gegenstück zur Weglängendifferenz zwischen S und R jeweils an der Oberkante O, und dies in einer Ansicht mit einem entfalteten Querschnitt (siehe Abbildung 2.5.i).

δ′ = – (SO + OR – SR)

(2.5.36)

Das Minus-Zeichen in der Gleichung (2.5.36) bedeutet, dass der Empfänger hier im freien Bereich betrachtet wird. Eine Abschwächung durch Retrobeugung Δ_retrodif wird anhand der Gleichung (2.5.37) ermittelt, die der Gleichung (2.5.21) mit neu gefassten Bezeichnungen ähnlich ist.

Δretrodif =	10Chlg340λδ′	wenn40λδ′2	(2.5.37)
	0	andernfalls

Diese Abschwächung betrifft den Direktstrahl jedes Mal, wenn er „durch” eine Wand oder ein Gebäude „verläuft” (reflektiert wird). Der Leistungspegel der Spiegelquelle S′ wird so zu:

LW′ = LW + 10 × lg(1 – αr) – Δretrodif

(2.5.38)

Bei komplexen Ausbreitungskonfigurationen können Beugungen zwischen Reflexionen oder zwischen dem Empfänger und den Reflexionen bestehen. In diesem Fall wird die Retrobeugung von den Wänden unter Berücksichtigung des Ausbreitungsweges zwischen der Quelle und dem ersten Beugungspunkt R′ (daher in der Gleichung (2.5.36) als der Empfänger betrachtet) abgeschätzt. Dieses Prinzip veranschaulicht Abbildung 2.5.j. Im Falle von Mehrfachreflexionen werden die auf Einzelreflexionen zurückgehenden Reflexionen aufsummiert.

2.6.

Allgemeine Bestimmungen — Fluglärm

2.6.1.

Begriffsbestimmungen und Symbole

Im Folgenden werden wichtige Begriffe mit der allgemeinen Bedeutung bestimmt, die ihnen in diesem Dokument zugeordnet wird. Die Zusammenstellung ist nicht vollständig; nur häufig verwendete Ausdrücke und Akronyme wurden aufgenommen. Andere werden an der Stelle beschrieben, an der sie erstmals erscheinen. Bei den (nach den Begriffen aufgelisteten) mathematischen Symbolen handelt es sich um die wichtigsten Symbole, die in den Gleichungen im Textteil verwendet werden. Andere Symbole, die sowohl im Text als auch in den Anhängen nur gelegentlich erscheinen, werden an Ort und Stelle definiert. Der Leser wird regelmäßig darauf hingewiesen, dass die Worte Schall und Lärm in diesem Dokument austauschbar sind. Zwar ist das Wort Lärm mit subjektiven Assoziationen belegt — Akustiker definieren es für gewöhnlich als „unerwünschten Schall” —, doch im Bereich des Fluglärmschutzes wird es üblicherweise einfach im Sinne von Schall verwendet: durch Schallwellenbewegung übertragene Luftenergie. Das Symbol → kennzeichnet Querverweise zu anderen Begriffen in der Liste.

Begriffe

AIP

Luftfahrthandbuch (Aeronautical Information Publication)

Flugzeugkonfiguration

Die Positionen von Vorflügel, Landeklappen und Fahrwerk

Flugbewegung

An- oder Abflug oder sonstiger Flugzeugbetrieb, der sich auf die Lärmexposition rund um einen Flugplatz auswirkt

Lärm- und Leistungsdaten eines Flugzeugs

Daten, die die akustischen und leistungsbezogenen Werte verschiedener Flugzeugmuster beschreiben, die für den Modellierungsprozess erforderlich sind. Dazu gehören → die NPD-Beziehungen und Angaben, die eine Berechnung des Triebwerkschubs/der Triebwerksleistung in Abhängigkeit von der → Flugkonfiguration ermöglichen. In der Regel werden diese Daten vom Flugzeughersteller bereitgestellt, doch auch aus anderen Quellen gewonnen, wenn die erstgenannte Möglichkeit nicht besteht. Sind keine Daten verfügbar, werden zur Darstellung des betreffenden Flugzeugs für gewöhnlich Daten eines hinreichend ähnlichen Flugzeugs angepasst; dies wird als Substitution bezeichnet.

Höhe, Flughöhe (Altitude)

Höhe über Normalnull

ANP-Datenbank

Datenbank der Lärm- und Leistungsdaten der Flugzeuge (Aircraft Noise and Performance), beigefügt in Anhang I

A-bewerteter Schallpegel, L_A

Der Maßstab des Basisschallpegels zur Messung des Umgebungslärms, einschließlich von Flugzeugen, auf dem die meisten Lärmkonturmessgrößen basieren

Kernkurs über Grund

Ein repräsentativer oder nomineller Kurs über Grund, der das Zentrum einer „Schneise” von Kursen definiert.

Basispegel eines Schallereignisses

Der aus einer NPD-Datenbank ausgelesene Schallereignispegel

Lösen der Bremsen

→ Start-of-Roll-Punkt

Korrigierter Nettoschub

Bei einer gegebenen Leistungseinstellung (z. B. EPR oder N₁) fällt der Nettoschub mit der Luftdichte und somit mit zunehmender Flugzeughöhe; der korrigierte Nettoschub ist der Wert auf Meereshöhe.

Kumulativer Schall-/Lärmpegel

Ein Dezibel-Maß des über einen festgelegten Zeitraum an einem Punkt in der Nähe eines Flughafens empfangenen Fluglärms bei normalen Betriebsbedingungen und Flugbahnen. Er wird berechnet, indem die an diesem Punkt auftretenden Schall-/Lärmpegel auf gewisse Weise aufsummiert werden.

Dezibel-Summe oder –Durchschnitt

Andernorts auch als „energetische” oder „logarithmische” Werte (im Gegensatz zu den arithmetischen Werten) bezeichnet. Wird verwendet, wenn es sinnvoll ist, die Summe oder den Durchschnitt der zugrunde liegenden energieartigen Mengen zu ermitteln; z. B. Dezibel-Summe10lg 10Li10

Energieanteil, F

Verhältnis der von einem Segment ausgehenden empfangenen Schallenergie zu der von einer unendlichen Flugbahn ausgehenden empfangenen Energie

Triebwerksleistungseinstellung

Wert des → schallbezogenen Leistungsparameters, der zur Ermittlung der Schallemission aus einer NPD-Datenbank verwendet wird

Äquivalenter (Dauer-)Schallpegel, L_eq

Ein Maß für den langfristigen Schall. Der Pegel eines hypothetischen gleichmäßigen Schalls, der über einen festgelegten Zeitraum die gleiche Gesamtenergie enthält wie der tatsächliche variable Schall.

Ereignislärmpegel

Ein Dezibel-Maß der von einem vorbeifliegenden Flugzeug empfangenen endlichen Menge Lärm → Lärmexpositionspegel

Flugkonfiguration

= → Flugzeugkonfiguration + → Flugparameter

Flugparameter

Flugzeugleistungseinstellung, -geschwindigkeit, -querneigung und -gewicht

Flugbahn

Der Weg eines Flugzeugs durch die Luft, dreidimensional definiert, in der Regel mit Bezugspunkt am Anfang der Startrollstrecke oder an der Landeschwelle

Flugbahnsegment

Teil einer Flugzeugflugbahn, der für Schallmodellierungszwecke durch eine gerade Linie endlicher Länge dargestellt wird

Flugverfahren

Die Abfolge von Arbeitsschritten, die von der Flugzeugbesatzung oder dem Flugmanagementsystem ausgeführt werden: ausgedrückt als Änderungen der Flugkonfiguration in Abhängigkeit vom Abstand entlang des Kurses über Grund.

Flugprofil

Schwankung der Flughöhe entlang des Kurses über Grund (beinhaltet bisweilen auch Änderungen der → Flugkonfiguration), beschrieben durch eine Reihe von → Profilpunkten

Grundebene

(oder nominelle Grundebene) Horizontale Bodenoberfläche durch den Flugplatzbezugspunkt, an dem die Konturen normalerweise berechnet werden

Geschwindigkeit über Grund

Geschwindigkeit eines Flugzeugs bezogen auf einen festen Punkt am Boden

Kurs über Grund

Vertikalprojektion der Flugbahn auf die Grundebene

Höhe (Height)

Vertikale Entfernung zwischen Flugzeug und → Grundebene

Integrierter Schallpegel

Auch bezeichnet als → Einzelereignis-Lärmexpositionspegel

ISA

Internationale Standardatmosphäre — definiert von der ICAO. Definiert die Änderung von Lufttemperatur, -druck und -dichte in Abhängigkeit von der Höhe über Normalnull. Verwendet zur Normalisierung der Ergebnisse von Berechnungen zur Flugzeugkonstruktion und Analyse von Testdaten.

Dämpfung zur Seite

Zusätzliche, dem Vorhandensein der Bodenoberfläche direkt oder indirekt zurechenbare Dämpfung mit wachsendem Abstand. Erheblich bei niedrigen Höhenwinkeln (des Flugzeugs über der Grundebene)

Maximaler Lärm-/Schallpegel

Der höchste während eines Ereignisses erreichte Schallpegel

Normalnull, NN

Die Standardhöhenbezugsfläche, auf die sich die → ISA bezieht

Nettoschub

Die von einem Triebwerk auf die Flugzeugzelle ausgeübte Schubkraft

Lärm

Lärm wird definiert als unerwünschter Schall. Aber mit Messgrößen wie dem A-bewerteten Schallpegel (L_A) und dem Lärmstörpegel (EPNL) wird der Schallpegel effektiv in Lärmpegel konvertiert. Trotz der entsprechend fehlenden Genauigkeit werden die Begriffe Schall und Lärm in diesem Dokument, wie auch andernorts, gelegentlich synonym verwendet — insbesondere in Verbindung mit dem Wort Pegel.

Lärmkontur

Eine Linie eines konstanten Wertes eines kumulativen Fluglärmpegels oder -indexes um einen Flughafen

Lärmimmission

Die nachteilige(n) Wirkung(en) von Lärm auf seine Empfänger; vor allem wird unterstellt, dass Lärmmesswerte Indizes für die Lärmimmission sind.

Lärmindex

Für den langfristigen oder kumulativen Schall ein Maß, das mit dessen Wirkung auf Menschen korreliert (d. h. als Prädiktor dafür angesehen wird); kann neben der Schallstärke zusätzliche Faktoren berücksichtigen (insbesondere die Tageszeit). Ein Beispiel ist der Tag-Abend-Nacht-Pegel L_DEN.

Lärmpegel

Ein Dezibel-Maß für den Schall in einem Maßstab, der dessen Lautheit oder Geräuschhaftigkeit angibt. Für den Umgebungslärm von Flugzeugen werden im Allgemeinen zwei Vergleichsmaßstäbe verwendet: der A-bewertete Schallpegel und der Lärmstörpegel. Dabei wird von unterschiedlichen Bewertungen für unterschiedliche Frequenzen ausgegangen, um der menschlichen Wahrnehmung Rechnung zu tragen.

Lärmmaß

Ausdruck zur Darstellung der Menge an Lärm, die an einer Empfängerposition in Form eines Einzelereignisses oder über längere Zeit akkumulierten Lärms auftritt. Üblicherweise werden zwei Maße für den Einzelereignislärm verwendet: der während des Ereignisses erreichte höchste Pegel oder dessen Lärmexpositionspegel, ein Maß der gesamten Schallenergie, bestimmt durch Zeitintegration.

Lärm-Leistung-Abstand- (NPD)-Beziehungen/-Daten

Lärmereignispegel, tabellarisiert als Funktion des Abstands unter einem Flugzeug im stationären Horizontalflug mit einer Bezugsgeschwindigkeit in einer Referenzatmosphäre, für jeweils eine bestimmte Anzahl von → Triebwerksleistungseinstellungen. Mit den Daten wird dem Einfluss der Schalldämpfung aufgrund der Kugelwellenausbreitung (quadratisches Abstandsgesetz) und atmosphärische Dämpfung Rechnung getragen. Der Abstand wird senkrecht zur Flugbahn des Flugzeugs und zur Tragflächenachse bestimmt (d. h. vertikal unter dem Flugzeug bei Flug ohne Schräglage).

Lärmbezogener Leistungsparameter

Parameter, der die Vortriebswirkung beschreibt oder angibt, die ein Flugzeugtriebwerk erzeugt, mit dem eine Emission von Schallleistung logischerweise in Verbindung gebracht werden kann; in der Regel definiert als → korrigierter Nettoschub. Im gesamten Text verkürzt als „Leistung” oder „Leistungseinstellung” bezeichnet.

Lärmsignifikanz

Der von einem Flugbahnsegment ausgehende Lärmanteil ist „lärmsignifikant” , wenn er den Ereignislärmpegel in nennenswertem Umfang beeinflusst. Die Nichtberücksichtigung von Segmenten, die nicht lärmsignifikant sind, ermöglicht erhebliche Einsparungen bei der elektronischen Verarbeitung

Beobachter

→ Empfänger

Verfahrensschritte

Vorgabe für das Fliegen eines Profils — die Schritte umfassen auch Änderungen der Geschwindigkeit und/oder der Höhe.

Profilpunkt

Höhe des Endpunktes eines Flugbahnsegments — in einer vertikalen Ebene über dem Kurs über Grund

Empfänger

Ein Empfänger von Lärm, der aus einer Quelle ankommt; hauptsächlich an einem Punkt auf oder nahe der Bodenoberfläche

Referenzatmosphäre

Eine tabellarische Zusammenstellung von Schallabsorptionsraten zur Vereinheitlichung der NPD-Daten (siehe Anlage D).

Referenztag

Bestimmte atmosphärische Bedingungen, nach denen die ANP-Daten vereinheitlich werden.

Referenzdauer

Ein nomineller Zeitraum, der zur Vereinheitlichung von Messungen des Einzelereignis-Lärmexpositionspegels verwendet wird; im Falle von → SEL gleich 1 Sekunde.

Referenzgeschwindigkeit

Geschwindigkeit über Grund eines Flugzeugs, nach der NPD- → SEL-Daten normalisiert werden.

SEL

→ Lärmexpositionspegel

Einzelereignis-Lärmexpositionspegel

Der Schallpegel, den ein Ereignis hätte, wenn seine gesamte Schallenergie einheitlich in einen Standardzeitraum verdichtet würde, der als → Referenzdauer bekannt ist.

Weicher Grund

Eine akustisch „weiche” und in der Regel grasbedeckte Bodenoberfläche, die die meisten Flugplätze umgibt. Akustisch harte, d. h. stark reflektierende Bodenoberflächen sind etwa Beton und Wasser. Die hier beschriebene Methodik für Lärmkonturen gilt für weiche Bodenverhältnisse.

Schall

Durch eine Wellenlängsbewegung durch die Luft übertragene Energie, die vom Ohr wahrgenommen wird

Schalldämpfung

Die Abnahme der Schallintensität mit der Entfernung entlang eines Ausbreitungsweges. Bei Fluglärm sind die Ursachen die Ausbreitung von Kugelwellen, die Luftabsorption und die → Dämpfung zur Seite.

Lärmexposition

Ein Maß der gesamten Schallenergieimmission über einen bestimmten Zeitraum

Lärmexpositionspegel, L_AE

(Akronym SEL) Ein in ISO 1996-1 oder ISO 3891 standardisiertes Maß = auf 1 Sekunde bezogener A-bewerteter Einzelereignis-Lärmexpositionspegel

Schallintensität

Die Stärke der Schallimmission an einem bestimmten Punkt — verbunden mit Schallenergie (und angegeben durch gemessene Schallpegel)

Schallpegel

Ein Maß der Schallenergie, ausgedrückt in Dezibel-Einheiten. Empfangener Schall wird mit oder ohne „Frequenzbewertung” gemessen; mit einer Bewertung gemessene Pegel werden oft als → Lärmpegel bezeichnet.

Teilstrecken-/Gesamtentfernung

Wegstrecke bis zum ersten Ziel eines abfliegenden Flugzeugs; gilt als Kennziffer für das Flugzeuggewicht.

Start-of-Roll-Punkt, SOR

Der Punkt auf der Startbahn, an dem ein abfliegendes Flugzeug seinen Start beginnt. Auch bezeichnet als „Lösen der Bremsen”

Wahre Fluggeschwindigkeit

Tatsächliche Geschwindigkeit eines Flugzeugs bezogen auf die umgebende Luft (= Geschwindigkeit über Grund bei Windstille)

Gewichteter äquivalenter Schallpegel, L_eq,W

Eine modifizierte Version von L_eq, bei der dem Schall, der zu unterschiedlichen Tageszeiten auftritt, unterschiedliche Gewichte zugeordnet werden (in der Regel für Tag, Abend und Nacht)

Symbole

d

Kürzester Abstand vom Beobachtungspunkt zu einem Flugbahnsegment

d_p

Senkrechter Abstand vom Beobachtungspunkt zu einer Flugbahn (Schrägentfernung oder schräger Abstand)

d_λ

Skalierter Abstand

F_n

Tatsächlicher Nettoschub pro Triebwerk

F_n/δ

Korrigierter Nettoschub je Triebwerk

h

Flughöhe (über NN)

L

Ereignis-Lärmpegel (Größe nicht definiert)

L(t)

Schallpegel zum Zeitpunkt t (Größe nicht definiert)

L_A, L_A(t)

A-bewerteter Schalldruckpegel (zum Zeitpunkt t), gemessen bei Anzeigegeschwindigkeit „langsam” am Messgerät

L_AE

Lärmexpositionspegel (SEL)

L_Amax

Höchstwert von L_A(t) während eines Ereignisses

L_E

Einzelereignis-Lärmexpositionspegel

L_E∞

Aus der NPD-Datenbank ermittelter Einzelereignis-Lärmexpositionspegel

L_EPN

Lärmstörpegel

L_eq

Äquivalenter (Dauer-)Schallpegel

L_max

Höchstwert von L(t) während eines Ereignisses

L_max,seg

Von einem Segment erzeugter Maximalpegel



Senkrechter Abstand von einem Beobachtungspunkt zum Kurs über Grund

lg

Logarithmus zur Basis 10

N

Anzahl der Segmente oder Teilsegmente

NAT

Anzahl der Ereignisse mit L_max oberhalb eines festgelegten Schwellenwertes

P

Leistungsparameter in NPD-Variabler L(P,d)

P_seg

Für ein bestimmtes Segment maßgebender Leistungsparameter

q

Abstand vom Beginn eines Segments zum Punkt des kleinsten Vorbeiflugabstands

R

Kurvenradius

S

Standardabweichung

s

Abstand entlang dem Kurs über Grund

s_RWY

Länge der Start- und Landebahn

t

Zeit, Zeitpunkt

t_e

Effektive Dauer eines Einzelschallereignisses

t₀

Referenzzeit für integrierten Schallpegel

V

Geschwindigkeit über Grund

V_seg

Äquivalente Geschwindigkeit über Grund für ein bestimmtes Segment

V_ref

Referenzgeschwindigkeit über Grund, für die NPD-Daten definiert sind

x,y,z

Lokale Koordinaten

x′,y′,z′

Flugzeugkoordinaten

X_ARP,Y_ARP,Z_ARP

Position des Flugplatzbezugspunkts in geografischen Koordinaten

z

Höhe des Luftfahrzeugs über Grundebene/Flugplatzbezugspunkt

α

Parameter für die Berechnung der Korrektur aufgrund des endlichen Segments Δ_F

β

Höhenwinkel des Flugzeugs zur Grundebene

ε

Flugzeug-Querneigungswinkel

γ

Steig-/Sinkflugwinkel

φ

Depressionswinkel (Parameter der seitlichen Richtwirkung)

λ

Gesamtlänge eines Segments

ψ

Winkel zwischen der Richtung der Flugbewegung und der Richtung zum Beobachter

ξ

Steuerkurs des Flugzeugs, gemessen im Uhrzeigersinn ausgehend von Magnetisch-Nord

Λ(β,)

Luft-Boden-Dämpfung zur Seite

Λ(β)

Luft-Boden-Dämpfung zur Seite bei großer Reichweite

Γ()

Abstandsfaktor bei der Dämpfung zur Seite

Δ

Änderung des Wertes einer Größe oder Korrektur (je nach Angabe im Text)

Δ_F

Korrektur aufgrund des endlichen Segments

Δ_I

Korrektur aufgrund der Triebwerksanbringung

Δ_i

Bewertung für i-te Tageszeit, dB

Δ_rev

Umkehrschub

Δ_SOR

Korrektur am Start-of-Roll-Punkt

Δ_V

Dauerkorrektur (Geschwindigkeit)

Tiefgestellte Indizes

1, 2

Tiefgestellte Indizes zur Kennzeichnung der Anfangs- und Endwerte eines Intervalls oder Segments

E

Exposition

i

Summationsindex für Flugzeugmuster/-kategorie

j

Summationsindex für Kurs/Teilkurs über Grund

k

Summationsindex für Segment

max

Höchstwert

ref

Bezugswert

seg

Spezifischer Wert für ein Segment

SOR

Bezogen auf Start-of-Roll-Punkt

TO

Start (Take-Off)

2.6.2.

Qualitätsrahmen

Genauigkeit der Eingangswerte

Alle Eingangswerte, die den Emissionspegel einer Quelle beeinflussen, sind mit mindestens der Genauigkeit zu bestimmen, die einer Unsicherheit von ±2 dB (A) im Emissionspegel der Quelle entspricht (wobei alle anderen Parameter unverändert bleiben).

Nutzung von Standardwerten

Bei der Anwendung des Verfahrens müssen die Eingangsdaten der tatsächlichen Nutzung entsprechen. Generell dürfen keine Standardeingangswerte oder -annahmen zugrunde gelegt werden. Insbesondere müssen aus Radardaten abgeleitete Flugbahnen verwendet werden, wann immer sie verfügbar und von ausreichender Qualität sind. Standardeingangswerte und -annahmen werden akzeptiert, wenn beispielsweise anstelle von Radardaten abgeleiteter Flugbahnen modellierte Flugrouten zugrunde gelegt werden sollen, weil die Erhebung realer Daten mit unverhältnismäßig hohen Kosten verbunden wäre.

Qualität der für die Berechnungen verwendeten Software

Die Konformität der zur Durchführung der Berechnungen verwendeten Software mit den Verfahren gemäß diesem Anhang ist dadurch nachzuweisen, dass die Ergebnisse anhand von Testfällen bestätigt werden.

2.7.

Fluglärm

2.7.1.

Ziel und Anwendungsbereich des Dokuments

Konturenkarten zeigen die Ausdehnung und den Umfang der Fluglärmauswirkungen in der Umgebung von Flughäfen, wobei die Auswirkungen durch die Werte eines angegebenen Lärmmaßes bzw. -index ausgewiesen werden. Eine Kontur ist eine Linie, entlang der der Indexwert konstant ist. Der Indexwert aggregiert in gewisser Weise sämtliche einzelnen Fluglärmereignisse, die in einem bestimmten, normalerweise in Tagen oder Monaten gemessenen Zeitraum auftreten. Der Lärm an Punkten am Boden aufgrund von an- und abfliegenden Luftfahrzeugen eines nahe gelegenen Flugplatzes hängt von vielen Faktoren ab. Die wichtigsten davon sind Flugzeug- und Triebwerksmuster, die Verfahren für Schub-, Landeklappen- und Geschwindigkeitssteuerung an Bord der jeweiligen Flugzeuge, die Abstände zwischen den betreffenden Punkten und den verschiedenen Flugbahnen sowie Topografie und Wetter vor Ort. Im Flughafenbetrieb sind im Allgemeinen verschiedene Flugzeugmuster, verschiedene Flugverfahren sowie die verschiedensten Betriebsgewichte vertreten. Konturen werden durch mathematische Berechnung der Flächen von lokalen Lärmindexwerten generiert. Im vorliegenden Dokument wird ausführlich erläutert, wie die Lärmereignispegel einzelner Flugzeuge an einem Beobachtungspunkt jeweils für einen bestimmten Flug oder eine bestimmte Flugart zu berechnen sind, die anschließend auf bestimmte Weise gemittelt bzw. akkumuliert werden, so dass sich Indexwerte an diesem Punkt ergeben. Die Generierung der erforderlichen Fläche von Indexwerten erfolgt lediglich durch Wiederholung der Berechnungen für verschiedene Flugbewegungen, wobei durch Ausschluss von „nicht lärmerheblichen” Ereignissen (d. h. Ereignisse, die nicht wesentlich zum Gesamtwert beitragen) größtmögliche Effizienz zu sichern ist. Wenn lärmerzeugende Tätigkeiten im Zusammenhang mit dem Flughafenbetrieb nicht wesentlich zur Gesamtexposition der Bevölkerung gegenüber Fluglärm und entsprechenden Lärmkonturen beitragen, können sie ausgenommen werden. Zu diesen Tätigkeiten gehören: Hubschrauberflüge, Rollverkehr, Triebwerksprobeläufe sowie der Einsatz von Hilfsenergieaggregaten. Das bedeutet allerdings nicht, dass deren Auswirkungen unerheblich sind, und wenn diese Umstände eintreten, kann eine Bewertung der Quellen gemäß Abschnitt 2.7.21 und 2.7.22 durchgeführt werden.

2.7.2.

Überblick über das Dokument

Der Prozess der Lärmkonturengenerierung ist in Abbildung 2.7.a dargestellt. Die Erzeugung von Konturen erfolgt für verschiedene Zwecke, nach denen sich die Anforderungen für Quellen und für die Aufbereitung von Eingabedaten richten. Konturen, die die Lärmimmission in der Vergangenheit darstellen, könnten aus tatsächlichen Flugbetriebsaufzeichnungen — Flugbewegungen, Gewicht, mit Radar erfasste Flugbahnen usw. — generiert werden. Konturen für künftige Planungen beruhen notwendigerweise mehr auf Prognosen des Verkehrs und der Flugwege sowie der Leistungs- und Lärmwerte künftiger Flugzeuge.

Abbildung 2.7.a

Unabhängig von der Quelle der Flugdaten wird jede Flugbewegung, jeder Anflug und jeder Abflug durch eine bestimmte Flugbahngeometrie und die Lärmemission des Luftfahrzeugs entlang dieser Bahn bestimmt (Flugbewegungen, die lärm- und flugwegmäßig im Wesentlichen gleich sind, werden durch einfache Multiplikation aufgenommen). Die Lärmemission hängt von den Eigenschaften des Flugzeugs ab — hauptsächlich von der Triebwerksleistung. Die empfohlene Methodik beinhaltet eine Unterteilung der Flugbahn in Segmente. In den Abschnitten 2.7.3 bis 2.7.6 werden die Elemente der Methodik vorgestellt, und es wird der Grundsatz der Segmentierung erläutert, auf dem sie beruht: Der beobachtete Ereignispegel ist eine Aggregation aller „lärmerheblichen” Segmente der Flugbahn, die sich jeweils unabhängig voneinander berechnen lassen. Die Abschnitte 2.7.3 bis 2.7.6 umreißen zudem die Anforderungen an die Eingabedaten für die Erstellung einer bestimmten Lärmkonturenmenge. Detaillierte Spezifikationen für die benötigten Betriebsdaten sind in Anlage A aufgeführt. Wie die Flugbahnsegmente aus vorbehandelten Eingabedaten berechnet werden, wird in den Abschnitten 2.7.7 bis 2.7.13 dargelegt. Dazu gehören Anwendungen der Flugleistungsanalyse, für die entsprechende Gleichungen in Anlage B aufgeführt sind. Die Flugbahnen weisen eine außerordentlich große Unterschiedlichkeit auf, d. h. Flugzeuge auf einer Route bewegen sich aufgrund der Wirkungen unterschiedlicher atmosphärischer Bedingungen, Fluggewichte und Betriebsverfahren, Fluglotsenanweisungen usw. in einer breiteren „Schneise” . Dem wird Rechnung getragen, indem die einzelnen Flugbahnen statistisch beschrieben werden, und zwar als zentrale bzw. „Kernbahn” , die sich in Begleitung mehrerer Streubahnen befindet. Auch dies wird in den Abschnitten 2.7.7 bis 2.7.13 unter Bezugnahme auf zusätzliche Informationen in Anlage C erläutert. In den Abschnitten 2.7.14 bis 2.7.19 werden die Schritte aufgeführt, die bei der Berechnung des Schallpegels eines Einzelereignisses — des Lärms, der an einem Punkt am Boden durch eine Flugbewegung erzeugt wird — zu befolgen sind. Anlage D hat die Neuberechnung von NPD-Daten für Nicht-Referenz-Bedingungen zum Gegenstand. Anlage E erläutert die akustische Dipolquelle, die im Modell zur Bestimmung der Schallabstrahlung von Flugbahnsegmenten finiter Länge verwendet wird. Anwendungen der in den Kapiteln 3 und 4 beschriebenen Modellierungsverhältnisse verlangen neben den entsprechenden Flugbahnen geeignete Lärm- und Leistungsangaben für die betreffenden Luftfahrzeuge. Den Kern der Berechnung bildet die Bestimmung des Ereignispegels für eine einzelne Flugbewegung an einem einzelnen Beobachtungspunkt. Sie ist für alle Flugbewegungen an jedem Punkt eines vorgeschriebenen Punktfeldes zu wiederholen, das sich über die erwartete Ausdehnung der verlangten Lärmkonturen erstreckt. An jedem Punkt werden die Ereignispegel so aggregiert oder gemittelt, dass sich ein „kumulativer Pegel” oder ein Lärmindexwert ergibt. Dieser Teil des Prozesses wird in den Abschnitten 2.7.20 und 2.7.23 bis 2.7.25 beschrieben. In den Abschnitten 2.7.26 bis 2.7.28 werden die Optionen und Anforderungen für die Anpassung von Lärmkonturen an Felder von Lärmindexwerten zusammengefasst. Sie enthalten Hinweise zur Konturengenerierung und -nachbearbeitung.

2.7.3.

Das Konzept der Segmentierung

Für jedes konkrete Luftfahrzeug enthält die Datenbank NPD-Basisbeziehungen (Noise-Power-Distance, Lärm-Leistung-Abstand). Darin werden für einen stationären Geradeausflug bei einer Bezugsgeschwindigkeit unter ausgewiesenen atmosphärischen Bezugsbedingungen sowie in einer ausgewiesenen Flugkonfiguration die empfangenen Schallereignispegel (sowohl Maximalpegel als auch zeitintegrierte Pegel) direkt unterhalb des Luftfahrzeugs⁽⁶⁾ als Funktion des Abstands bestimmt. Zu Lärmmodellierungszwecken wird die überaus wichtige Antriebsleistung durch einen lärmbezogenen Leistungsparameter dargestellt; im Allgemeinen wird der korrigierte Nettoschub als Parameter verwendet. Der Datenbank entnommene Basisereignispegel werden korrigiert, um erstens Unterschiede zwischen tatsächlichen (d. h. modellierten) und atmosphärischen Referenzbedingungen sowie (im Falle von Lärmexpositionspegeln) der Flugzeuggeschwindigkeit und zweitens (bei nicht direkt unterhalb des Luftfahrzeugs gelegenen Immissionspunkten) Unterschiede zwischen nach unten und seitwärts abgestrahltem Lärm zu berücksichtigen. Der letztgenannte Unterschied geht auf die laterale Richtcharakteristik (Triebwerksanbringungseffekte) und die seitliche Dämpfung zurück. Die auf diese Weise korrigierten Pegel gelten jedoch weiterhin nur für den Gesamtschallpegel des Luftfahrzeugs im stationären Horizontalflug. Segmentierung ist der Prozess, mit dem das empfohlene Lärmkonturenmodell die NPD- und Lateraldaten für die unendliche Flugbahn so anpasst, dass das einen Empfänger von einer nicht gleichförmigen Flugbahn erreichende Geräusch berechnet wird, d. h. einer Flugbahn, entlang derer die Flugkonfiguration des Luftfahrzeugs variiert. Zum Zwecke der Berechnung des Ereignisschallpegels einer Flugbewegung wird die Flugbahn durch eine Reihe zusammenhängender geradliniger Segmente dargestellt, die sich jeweils als endlicher Teil einer unendlichen Bahn betrachten lassen, für die ein NPD und die lateralen Korrekturen bekannt sind. Der Maximalpegel des Ereignisses ist nichts weiter als der höchste Wert der Einzelsegmentpegel. Die Berechnung des zeitintegrierten Pegels des gesamten Schallereignisses erfolgt durch Addition des Schalls, der von einer ausreichenden Zahl von Segmenten, d. h. von jenen, die einen wesentlichen Beitrag zum Gesamtschallereignis leisten, empfangen wird. Die Methode der Schätzung, wie viel Lärm ein endliches Segment zum integrierten Ereignispegel beiträgt, ist rein empirisch. Die Energiefraktion F — der als Anteil am gesamten unendlichen Flugbahnschall ausgedrückte Segmentschall — wird durch einen relativ einfachen Ausdruck beschrieben, der die longitudinale Richtcharakteristik von Fluglärm und die „Sicht” des Empfängers auf das Segment berücksichtigt. Ein Grund dafür, dass eine einfache empirische Methode im Allgemeinen ausreichend ist, besteht darin, dass in der Regel der Großteil des Lärms vom nächstgelegenen, meist angrenzenden Segment kommt, für das der Punkt mit der kürzesten Entfernung zum Empfänger (der kürzeste Vorbeiflugabstand) innerhalb des Segments (und nicht an einem seiner Enden) liegt. Das bedeutet, dass Schätzungen des Schalls von nicht angrenzenden Segmenten zunehmend angenähert sein können, wenn sie sich weiter vom Empfänger entfernen, ohne dass die Genauigkeit signifikant beeinträchtigt wird.

2.7.4.

Flugbahnen: Strecken und Profile

Im Modellierungskontext ist eine Flugbahn (Trajektorie) die vollständige Beschreibung der Bewegung des Luftfahrzeugs in Raum und Zeit⁽⁷⁾. Zusammen mit dem Triebwerksschub (oder einem anderen lärmbezogenen Leistungsparameter) sind das die Informationen, die zur Berechnung des erzeugten Lärms benötigt werden. Der Kurs über Grund ist die vertikale Projektion der Flugbahn auf eine ebene Bodenfläche. In Kombination mit dem vertikalen Flugprofil ergibt sich daraus die dreidimensionale Flugbahn. Für die Segmentierung ist es notwendig, dass die Flugbahn jeder Flugbewegung durch eine Reihe von zusammenhängenden geraden Segmenten beschrieben wird. Wie die Segmentierung erfolgt, ist bedingt durch die erforderliche Abstimmung von Genauigkeit und Effizienz, d. h. es ist notwendig, die tatsächliche gekrümmte Flugbahn nahe genug zu approximieren und zugleich die Rechenbelastung und die Datenanforderungen zu minimieren. Jedes Segment muss durch die geometrischen Koordinaten seiner Endpunkte sowie die entsprechenden Geschwindigkeits- und Triebwerksleistungsparameter des Flugzeugs (von denen die Lärmemission abhängt) definiert werden. Flugbahnen und Triebwerksleistung lassen sich auf verschiedene Weise bestimmen, vor allem mit (a) der Synthese einer Reihe von Verfahrensschritten sowie (b) der Analyse der gemessenen Flugprofildaten. Für die Synthese der Flugbahn (a) bedarf es Kenntnis (oder Annahmen) des Kurses über Grund und seiner lateralen Streuung, des Fluggewichts, der Geschwindigkeits-, Landeklappen- und Schubsteuerungsverfahren, der Flughafenhöhe, des Windes und der Lufttemperatur. Gleichungen zur Berechnung des Flugprofils anhand der erforderlichen Antriebs- und aerodynamischen Parameter sind in Anlage B aufgeführt. Jede Gleichung enthält Koeffizienten (und/oder Konstanten), die auf empirischen Daten für jedes spezifische Luftfahrzeugmuster basieren. Die Gleichungen der aerodynamischen Leistung in Anlage B erlauben die Prüfung einer angemessenen Kombination von Flugzeugbetriebsgewicht und Flugverfahren, einschließlich Betrieb mit verschiedenen Bruttostartgewichten. Die Analyse der gemessenen Daten (b), z. B. von Flugdatenschreibern, Radar- oder sonstigen Flugverfolgungssystemen beinhaltet ein „Reverse Engineering” , also praktisch eine Umkehr des Syntheseprozesses (a). Statt einer Schätzung des Flugzeug- und Triebwerkszustands an den Enden der Flugsegmente durch Integration der Effekte der auf die Flugzeugzelle wirkenden aerodynamischen und Schubkräfte, werden die Kräfte durch eine Ableitung der Änderungen von Höhe und Geschwindigkeit der Zelle geschätzt. Verfahren für die Verarbeitung der Flugbahninformationen werden in Abschnitt 2.7.12 beschrieben. Bei einer Lärmmodellierungsanwendung könnte jeder Einzelflug theoretisch eigenständig dargestellt werden; dies würde eine genaue Berücksichtigung der räumlichen Streuung der Flugbahnen gewährleisten, was von großer Bedeutung sein kann. Um jedoch die Datenaufbereitung und die Computerzeit innerhalb vertretbarer Grenzen zu halten, ist es üblich, Flugbahnstreubereiche durch eine kleine Zahl von seitlich versetzten „Unterstrecken” darzustellen. (Die vertikale Streuung ist normalerweise durch eine Berücksichtigung der Wirkungen unterschiedlicher Fluggewichte auf die Höhenprofile zufriedenstellend repräsentiert.)

2.7.5.

Lärm- und Leistungsangaben

Die in Anlage I aufgeführte ANP-Datenbank deckt die meisten vorhandenen Luftfahrzeugmuster ab. Muster und Varianten, für die derzeit keine Daten verzeichnet sind, lassen sich am besten durch Daten für verzeichnete andere, normalerweise ähnliche Luftfahrzeuge darstellen. Die ANP-Datenbank enthält vorgegebene „Verfahrensschritte” , die den Aufbau von Flugprofilen für mindestens ein übliches lärmminderndes Abflugverfahren ermöglichen. Neuere Datenbankeinträge erfassen zwei unterschiedliche lärmmindernde Abflugverfahren.

2.7.6.

Flughafen- und Flugbetrieb

Fallspezifische Daten, aus denen die Lärmkonturen für ein bestimmtes Flughafenszenario berechnet werden, enthalten Folgendes:

Allgemeine Flughafendaten

—

Der Flugplatzbezugspunkt (zur Ortsbestimmung des Flugplatzes mit geeigneten geografischen Koordinaten). Der Bezugspunkt wird als Ursprung des im Berechnungsverfahren verwendeten lokalen kartesischen Koordinatensystems gesetzt.

—

Die Flugplatzbezugshöhe (= Höhe des Flugplatzbezugspunktes). Dabei handelt es sich um die Höhe der Grundebene, auf der ohne topografische Korrekturen die Lärmkonturen bestimmt werden.

—

Durchschnittliche meteorologische Parameter am oder nahe dem Flugplatzbezugspunkt (Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit, mittlere Windgeschwindigkeit und Windrichtung).

Start-/Landebahndaten

Für jede Start-/Landebahn:

—

Bezeichnung der Start-/Landebahn,

—

Bahnbezugspunkt (Mittelpunkt der Start-/Landebahn in lokalen Koordinaten),

—

Länge, Richtung und mittleres Gefälle der Start-/Landebahn,

—

Lage des Start-of-roll-Punkts und der Landeschwelle⁽⁸⁾.

Streckendaten

Projizierte Flugstrecken (Kurs über Grund) werden durch eine Reihe von Koordinaten in der Grundebene beschrieben. Die Quelle der Streckendaten hängt davon ab, ob einschlägige Radardaten verfügbar sind oder nicht. Sind sie verfügbar, werden durch statistische Analyse der Daten eine zuverlässige Kernstrecke (backbone track) und geeignete damit zusammenhängende (verteilte) Unterstrecken ermittelt. Sind sie nicht verfügbar, werden die Kernstrecken in der Regel aus geeigneten Verfahrensinformationen aufgebaut, z. B. unter Verwendung von Standard-Instrumentenabflugverfahren aus Luftfahrthandbüchern. Diese konventionelle Beschreibung enthält die folgenden Informationen:

—

Bezeichnung der Start-/Landebahn, von der die Strecke ausgeht,

—

Beschreibung des Streckenausgangspunkts (Start-of-Roll-Punkt, Landeschwelle),

—

Länge der Segmente (für Kurven, Radius und Richtungsänderung).

Diese Informationen sind das notwendige Minimum zur Bestimmung der Kernstrecke. Mittlere Schallpegel, die aufgrund der Annahme berechnet werden, dass Luftfahrzeuge den nominalen Routen genau folgen, können jedoch anfällig gegenüber lokalisierten Fehlern von mehreren Dezibel sein. Deshalb ist die laterale Streuung darzustellen, wobei die folgenden zusätzlichen Informationen benötigt werden:

—

Breite der „Schneise” (oder eine andere statistische Angabe zur Streuung) an jedem Segmentende,

—

Anzahl der Unterstrecken,

—

Verteilung der Flugbewegungen senkrecht zur Kernstrecke.

Flugverkehrsdaten

Flugverkehrsdaten sind

—

der von den Daten erfasste Zeitraum sowie

—

die Anzahl der Flugbewegungen (An- oder Abflüge) jedes Luftfahrzeugmusters auf jeder Flugstrecke, untergliedert nach (1) Tageszeit für bestimmte Lärmdeskriptoren, (2) Betriebsgewichte oder Teilstreckenlängen für die Abflüge und (3) gegebenenfalls Betriebsverfahren.

Bei den meisten Lärmdeskriptoren ist es erforderlich, dass die Ereignisse (d. h. Flugbewegungen) als mittlere tägliche Werte zu bestimmten Tageszeiten (z. B. Tag, Abend und Nacht) definiert werden — siehe Abschnitte 2.7.23 bis 2.7.25.

Topografische Daten

Das Gelände um die meisten Flughäfen herum ist relativ flach. Allerdings ist dies nicht immer der Fall, so dass mitunter Abweichungen in der Geländeerhöhung im Verhältnis zur Flughafenbezugshöhe berücksichtigt werden müssen. Die Wirkung einer Geländeerhöhung kann in der Nähe von Anflugstrecken, in denen sich das Flugzeug in relativ niedriger Höhe bewegt, besonders wichtig sein. Geländeerhöhungsdaten werden in der Regel als Satz von (x-, y-, z-)Koordinaten für ein rechteckiges Gitter mit bestimmter Maschenweite bereitgestellt. Dabei werden sich die Parameter des Höhengitters wahrscheinlich von den Parametern des für die Lärmberechnung genutzten Gitters unterscheiden. In diesem Fall können die geeigneten z-Koordinaten im letztgenannten Gitter mittels linearer Interpolation geschätzt werden. Eine umfassende Analyse der Wirkungen von ausgesprochen unebenem Gelände auf die Schallausbreitung ist komplex und geht über den Anwendungsbereich dieser Methode hinaus. Mäßige Unebenheiten lassen sich durch die Annahme „pseudoebenen” Bodens berücksichtigen, d. h. einfach durch Anhebung oder Absenkung der flachen Grundebene auf die lokale Geländeerhöhung (bezogen auf die Bezugsgrundebene) an jedem Empfangspunkt (siehe Abschnitt 2.7.4).

Bezugsbedingungen

Die internationalen Lärm- und Leistungsangaben (ANP) für Flugzeuge werden auf Standardbezugsbedingungen normalisiert, die für Flughafenlärmstudien vielfach verwendet werden (siehe Anlage D).

1) Luftdruck:

101,325 kPa (1013,25 mb),

2) Luftabsorption:

Dämpfungsraten aufgeführt in Tabelle D-1 von Anlage D,

3) Niederschlag:

keiner,

4) Windgeschwindigkeit:

weniger als 8 m/s (15 Knoten),

5) Geschwindigkeit über Grund:

160 Knoten,

6) Lokales Gelände:

Flacher, weicher Grund ohne große Bauwerke oder andere reflektierende Objekte innerhalb mehrerer Kilometer von den Flugstrecken.

Standardisierte Flugzeugschallmessungen erfolgen 1,2 m über der Erdoberfläche. Dies braucht jedoch nicht besonders berücksichtigt werden, da für Modellierungszwecke angenommen werden kann, dass die Ereignispegel gegenüber der Empfängerhöhe relativ unempfindlich sind⁽⁹⁾. Aus Vergleichen abgeschätzter und gemessener Flughafenlärmpegel geht hervor, dass NPD-Daten als anwendbar angenommen werden können, wenn die mittleren bodennahen Bedingungen innerhalb des folgenden Rahmens liegen:

—

Lufttemperatur weniger als 30 °C,

—

Produkt aus Lufttemperatur (°C) und relativer Luftfeuchtigkeit ( %) größer als 500,

—

Windgeschwindigkeit weniger als 8 m/s (15 Knoten).

Es wird davon ausgegangen, dass dieser Rahmen die Bedingungen an den meisten großen Flughäfen der Welt einschließt. Anlage D enthält eine Methode zur Umrechnung der NPD-Daten auf durchschnittliche lokale Bedingungen, die nicht abgedeckt sind, doch wird im Extremfall empfohlen, Auskunft bei den entsprechenden Flugzeugherstellern einzuholen.

1) Höhe der Start-/Landebahn:

NN,

2) Lufttemperatur:

15 °C,

3) Bruttostartgewicht:

Definiert als Funktion der Teilstreckenlänge in der ANP-Datenbank,

4) Bruttolandegewicht:

90 % des maximalen Gesamtbruttolandegewichts,

5) Schub liefernde Triebwerke:

Alle.

Obgleich die ANP-Aerodynamik- und -Triebwerksdaten auf diesen Bedingungen basieren, können sie gemäß Tabelle für Nichtbezugspistenhöhen und mittlere Lufttemperaturen in ECAC-Staaten verwendet werden, ohne die Genauigkeit der berechneten Konturen des kumulativen mittleren Schallpegels wesentlich zu beeinträchtigen (siehe Anlage B). In den Tabellen der ANP-Datenbank sind die aerodynamischen Daten für das in Ziffer 3 und 4 genannte Bruttostart- und -landegewicht aufgeführt. Obgleich die aerodynamischen Daten selbst bei kumulativen Lärmberechnungen nicht um andere Bruttogewichte korrigiert zu werden braucht, muss die Berechnung der Start- und Steigflugprofile unter Verwendung der in Anlage B beschriebenen Verfahren auf dem geeigneten operativen Bruttostartgewicht basieren.

2.7.7.

Beschreibung der Flugbahn

Die Erstellung des Lärmmodells erfordert es, dass jede Flugbewegung durch ihre dreidimensionale Flugbahn und die dabei eingesetzte variable Triebwerksleistung und Geschwindigkeit beschrieben wird. In der Regel repräsentiert eine modellierte Flugbewegung eine Teilmenge des gesamten Flughafenverkehrs, z. B. eine Anzahl (angenommener) identischer Flugbewegungen mit dem gleichen Luftfahrzeugmuster, Gewicht und Betriebsverfahren auf einem einzigen Kurs über Grund. Dieser kann jedoch selbst zu der Vielzahl gestreuter „Unterstrecken” gehören, die zur Modellierung dessen verwendet wird, was bei einer vorgegebenen Route als wahre „Streckenschneise” bezeichnet werden kann. Diese „Schneise” , die Vertikalprofile und die Flugzeugbetriebsparameter werden aus den eingegebenen Szenariodaten zusammen mit den Flugzeugdaten aus der ANP-Datenbank ermittelt. Die NPD-Daten (in der ANP-Datenbank) definieren Lärm von Flugzeugen, die sich auf idealisierten horizontalen Flugbahnen unendlicher Länge bei konstanter Geschwindigkeit und Triebwerksleistung bewegen. Zur Anpassung dieser Daten an auf Flugplätzen üblichen Flugbahnen, die durch häufige Änderungen der Antriebsleistung und der Geschwindigkeit gekennzeichnet sind, wird jede Flugbahn in endliche geradlinige Segmente unterteilt, deren Beiträge zum auftretenden Lärm anschließend am Beobachtungspunkt addiert werden.

2.7.8.

Verhältnis zwischen Flugbahn und Flugkonfiguration

Die dreidimensionale Flugbahn einer Flugbewegung bestimmt die geometrischen Aspekte der Schallabstrahlung und -ausbreitung zwischen Flugzeug und Beobachter. Bei einem bestimmten Flugzeuggewicht und unter bestimmten atmosphärischen Bedingungen wird die Flugbahn vollkommen von der Folge von pilotenseitig (oder autopilotenseitig) ausgelösten Schub-, Klappen- und Höhenänderungen zur Einhaltung von Flugrouten sowie von der Flugverkehrskontrolle vorgegebenen Höhen und Geschwindigkeiten entsprechend den Standardbetriebsverfahren des Luftfahrzeugbetreibers bestimmt. Die Anweisungen und Handlungen unterteilen die Flugbahn in abgegrenzte Phasen, die natürliche Segmente bilden. In der horizontalen Ebene umfassen sie Geradeausflugabschnitte, angegeben als Distanz bis zur nächsten Kurve, sowie Kurvenflüge, definiert durch Kurvenradius und Kursänderung. In der vertikalen Ebene werden die Segmente durch die verstrichene Zeit und/oder die zurückgelegte Entfernung zur Erreichung erforderlicher Änderungen der Vortriebsgeschwindigkeit und/oder Höhe bei vorgegebenen Schubeinstellungen und Klappenstellungen bestimmt. Die entsprechenden vertikalen Koordinaten werden oft als Profilpunkte bezeichnet. Bei der Lärmmodellierung werden Flugbahninformationen entweder durch Synthese einer Reihe von Verfahrensschritten (denen der Pilot folgt) oder durch Analyse von Radardaten — physischen Messungen von tatsächlich geflogenen Flugbahnen generiert. Unabhängig von der verwendeten Methode werden sowohl horizontale als auch vertikale Formen der Flugbahn auf segmentierte Formen reduziert. Die horizontale Gestalt der Flugbahn (d. h. ihre zweidimensionale Projektion auf die Erdoberfläche) ist der Kurs über Grund, definiert durch die Anflug- oder Abflugstreckenführung. Ihre vertikale Gestalt anhand der Profilpunkte und der dazugehörigen Flugparameter Geschwindigkeit, Querneigungswinkel und Schubeinstellung definieren insgesamt das Flugprofil, das vom Flugverfahren abhängt, das in der Regel vom Luftfahrzeughersteller und/oder vom Betreiber vorgeschrieben wird. Die Flugbahn wird durch Zusammenführen des 2-D-Flugprofils mit dem 2-D-Kurs über Grund konstruiert, so dass sich eine Folge von 3-D-Flugbahnsegmenten ergibt. Es sei daran erinnert, dass das Profil für eine bestimmte Reihe von Verfahrensschritten vom Kurs über Grund abhängt. So ist z. B. die Steigrate bei gleichem Schub und gleicher Geschwindigkeit im Kurvenflug geringer als im Geradeausflug. Obwohl im vorliegenden Leitfaden erläutert wird, wie diese Abhängigkeit zu berücksichtigen ist, muss festgestellt werden, dass dies in der Regel einen hohen Rechenaufwand erfordert und Benutzer vielleicht lieber von der Annahme ausgehen, dass Flugprofil und Strecke (Kurs über Grund) unabhängig voneinander betrachtet werden können, d. h. dass das Steigflugprofil nicht von Kurvenflügen beeinflusst wird. Allerdings ist es wichtig, die für Kurvenflüge notwendigen Änderungen des Querneigungswinkels zu bestimmen, da sich dies in bedeutendem Maße auf die Richtwirkung der Schallemission auswirkt. Der von einem Flugbahnsegment bei einem Beobachter ankommende Schall hängt von der Geometrie des Segments bezogen auf den Beobachter und von der Flugkonfiguration ab. Diese stehen jedoch in Wechselwirkung — eine Änderung des einen Faktors bewirkt eine Änderung des anderen, und so muss sichergestellt werden, dass die Konfiguration des Flugzeugs an allen Punkten der Flugbahn mit seiner Bewegung entlang der Bahn im Einklang steht. Bei der Flugbahnsynthese, d. h. bei der Konstruktion einer Flugbahn aus einer Reihe von „Verfahrensschritten” , die die vom Piloten jeweils gewählten Einstellungen für Triebwerksleistung, Klappenstellung sowie Beschleunigung/Steig- und Sinkgeschwindigkeit beschreiben, ist die Fortbewegung zu berechnen. Bei einer Flugbahnanalyse ist es umgekehrt: Die Einstellungen der Triebwerksleistung müssen aus der beobachteten Bewegung des Flugzeugs abgeschätzt werden, wie sie aufgrund von Radardaten oder mitunter in speziellen Studien aus Flugschreiberdaten ermittelt wurden (obwohl im letztgenannten Fall die Triebwerksleistung in der Regel Bestandteil der Daten ist). In beiden Fällen müssen die Koordinaten und Flugparameter an allen Segmentendpunkten in die Lärmberechnung einfließen. In Anlage B finden sich die Gleichungen, mit denen die auf ein Flugzeug wirkenden Kräfte und seine Bewegung in Beziehung gesetzt werden; außerdem wird darin erläutert, wie sie gelöst werden, um die Eigenschaften der Segmente, aus denen sich Flugbahnen zusammensetzen, zu bestimmen. Die verschiedenen Arten von Segmenten (und die entsprechenden Abschnitte von Anlage B) lauten: Startlauf (B5), Steigflug mit konstanter Geschwindigkeit (B6), Schubrücknahme (B7), beschleunigender Steilflug und Einfahren der Klappen (B8), beschleunigender Steilflug nach dem Einfahren der Klappen (B9), Sinkflug und Verzögerung (B10) sowie Endanflug (B11). Zwangsläufig beinhaltet die Modellierung in der Praxis Vereinfachungen in unterschiedlicher Ausprägung, wobei sich die entsprechenden Anforderungen nach der Art der Anwendung, der Bedeutung der Ergebnisse und den verfügbaren Ressourcen richtet. Eine allgemeine vereinfachende Annahme selbst in den aufwändigsten Anwendungen besteht darin, dass bei der Berücksichtigung der Flugstreckenstreuung die Flugprofile und Konfigurationen aller Unterstrecken die gleichen sind wie bei der Kernstrecke. Da mindestens sechs Unterstrecken zu verwenden sind (siehe Abschnitt 2.7.11), verringert sich dadurch bei lediglich minimal reduzierter Genauigkeit der Rechenaufwand immens.

2.7.9.

Quellen der Flugbahndaten

Radardaten

Zwar können Flugdatenschreiber qualitativ hochwertige Daten liefern, doch sind diese für Lärmmodellierungszwecke schwer zu beschaffen, so dass Radardaten als am besten zugängliche Informationsquelle für tatsächlich geflogene Flugbahnen an Flughäfen zu betrachten sind⁽¹⁰⁾. Da diese Daten meist aus Flughafenlärm- und Flugbahnbeobachtungssystemen verfügbar sind, werden sie inzwischen zunehmend zur Lärmmodellierung herangezogen. Beim Sekundärüberwachungsradar wird die Flugbahn eines Flugzeugs als Folge von Positionskoordinaten in Abständen dargestellt, die dem Zeitraum einer Umdrehung des Radarscanners — normalerweise etwa vier Sekunden — entsprechen. Die Position des Flugzeugs über Grund wird in Polarkoordinaten — Entfernung und Azimut — aus dem reflektierten Radarecho berechnet (obwohl das Überwachungssystem diese meist in kartesische Koordinaten umrechnet); die Flugzeughöhe⁽¹¹⁾ wird mit dem bordeigenen Höhenmesser gemessen und mit einem mit Radar ausgelösten Transponder an die Flugverkehrskontrolle gesendet. Inhärente Positionsfehler aufgrund von Funkstörungen und begrenzter Datenauflösung sind jedoch erheblich (wenn auch ohne Folgen für die eigentlichen Zwecke der Flugverkehrskontrolle). Wird also die Flugbahn einer bestimmten Flugbewegung benötigt, müssen die Daten mithilfe eines geeigneten Kurvenanpassungsverfahrens geglättet werden. Für Lärmmodellierungszwecke besteht jedoch üblicherweise die Anforderung darin, eine „Schneise” von Flugbahnen, z. B. alle Flugbewegungen auf einer Route oder lediglich für die eines bestimmten Luftfahrzeugmusters, statistisch zu beschreiben. Hier lassen sich die mit den entsprechenden Statistiken verbundenen Messfehler durch die Mittelung so verringern, dass sie vernachlässigbar sind.

Verfahrensschritte

In vielen Fällen ist eine Modellierung von Flugbahnen anhand von Radardaten nicht möglich, weil die notwendigen Ressourcen nicht verfügbar sind oder es sich um ein zukünftiges Szenario handelt, für das keine relevanten Radardaten vorliegen. Sind keine Radardaten vorhanden oder ist deren Nutzung nicht sinnvoll, müssen die Flugbahnen auf der Basis von Betriebsleitlinien, z. B. Anweisungen für Flugzeugbesatzungen über Luftfahrthandbücher oder Betriebsanleitungen abgeschätzt werden, die hier als Verfahrensschritte bezeichnet werden. Hinweise zur Auslegung dieser Materialien sind gegebenenfalls von den Flugsicherungsdienststellen und Luftfahrzeugbetreibern einzuholen.

2.7.10.

Koordinatensysteme

Das lokale Koordinatensystem

Das lokale Koordinatensystem (x,y,z) ist kartesisch und hat seinen Ursprung (0,0,0) am Flugplatzbezugspunkt (X_ARP,Y_ARP,Z_ARP), wobei Z_ARP die Flugplatzbezugshöhe ist und z = 0 die Grundebene (Horizontalebene) bezeichnet, auf der Konturen in der Regel berechnet werden. Der Steuerkurs des Flugzeugs ξ in der xy-Ebene wird im Uhrzeigersinn ausgehend vom magnetischen Norden berechnet (siehe Abbildung 2.7.b). Alle Beobachtungspunkte, das grundlegende Berechnungsgitter und die Lärmkonturpunkte werden in lokalen Koordinaten ausgedrückt⁽¹²⁾.

Das an den Kurs über Grund gebundene Koordinatensystem

Diese Koordinate ist für jeden Kurs über Grund (projizierte Flugstrecke) spezifisch und stellt die entlang der Strecke in Flugrichtung gemessene Entfernung s dar. Bei Abflugstrecken wird s ab Start-of-roll-Punkt, bei Anflugstrecken ab Landeschwelle gemessen. Somit wird s negativ in Bereichen

—

hinter dem Start-of-roll-Punkt bei Abflug und

—

vor Überquerung der Landeschwelle bei Anflug.

Flugbetriebsparameter wie Höhe, Geschwindigkeit und Schubeinstellung werden als Funktionen von s ausgedrückt.

Das Flugzeugkoordinatensystem

Das flugzeugfeste kartesische Koordinatensystem (x′,y′,z′) hat seinen Ursprung am tatsächlichen Standort des Flugzeugs. Das Achsensystem wird vom Steigwinkel γ, der Flugrichtung ξ und vom Querneigungswinkel ε definiert (siehe Abbildung 2.7.c).

Berücksichtigung der Topografie

Wenn die Topografie zu berücksichtigen ist (siehe Abschnitt 2.7.6), muss bei der Abschätzung der Ausbreitungsentfernung d die Flughöhenkoordinate z durch z′ = z – z_o ersetzt werden (wobei z_o die z-Koordinate des Beobachtungsorts O ist). Die Geometrie zwischen Flugzeug und Beobachter ist in Abbildung 2.7.d dargestellt. Zur Definition von d und  siehe Abschnitte 2.7.14 bis 2.7.19⁽¹³⁾.

2.7.11.

Projizierte Flugstrecken (Kurs über Grund)

Kernstrecken

Die Kernstrecke (backbone track) definiert das Zentrum der „Streckenschneise” , entlang derer sich ein Flugzeug auf einer bestimmten Streckenführung bewegt. Für die Zwecke der Fluglärmmodellierung wird sie entweder i) durch reglementierende Betriebsdaten, wie z. B. Anweisungen für Piloten in Luftfahrthandbüchern, oder ii) durch die statistische Analyse von Radardaten gemäß Abschnitt 2.7.9 festgelegt, wenn diese verfügbar und den Erfordernissen der Modellierungsstudie angemessen sind. Die Konstruktion der Strecke anhand von Betriebsanweisungen ist normalerweise recht unkompliziert, da darin eine Folge von Flugabschnitten vorgeschrieben ist, die entweder gerade (nach Länge und Steuerkurs) oder bogenförmig (nach Wenderate und Steuerkursänderung) verlaufen, siehe Abbildung 2.7.e. Die Einpassung einer Kernstrecke in Radardaten ist vielschichtiger, weil erstens tatsächliche Kurven mit unterschiedlicher Geschwindigkeit geflogen werden und zweitens der Linienverlauf durch die Datenstreuung überdeckt wird. Wie bereits erläutert, wurden noch keine formalisierten Verfahren entwickelt, und es ist üblich, gerade und gekrümmte Segmente mit den durchschnittlichen Positionen abzugleichen, die aus Querschnitten der mit den Radardaten gewonnenen Flugwege in Intervallen entlang der Route berechnet werden. Es ist davon auszugehen, dass in Zukunft Computeralgorithmen dafür entwickelt werden, doch im Augenblick obliegt dem Modellierer die Entscheidung, wie die verfügbaren Daten bestmöglich zu verwenden sind. Ein maßgeblicher Faktor besteht darin, dass Fluggeschwindigkeit und Kurvenradius den Querneigungswinkel bestimmen, und wie in Abschnitt 2.7.19 zu sehen sein wird, beeinflussen Nichtsymmetrien der Schallabstrahlung rund um die Flugbahn sowie die Position der Flugbahn selbst den Lärm am Boden. Theoretisch wäre es für einen nahtlosen Übergang vom Geradeausflug zum Kurvenflug mit festem Radius notwendig, sofort den Querneigungswinkel ε anzulegen, was physikalisch unmöglich ist. In Wirklichkeit bedarf es einer endlichen Zeitspanne, bis der Querneigungswinkel den erforderlichen Wert für die Aufrechterhaltung einer vorgegebenen Geschwindigkeit und eines vorgegebenen Kurvenradius r erreicht; in dieser Zeit verkürzt sich der Kurvenradius von unendlich auf r. Zu Modellierungszwecken kann der Radiusübergang unberücksichtigt bleiben und angenommen werden, dass der Querneigungswinkel am Beginn der Kurve stetig von null (oder einem anderen Ausgangswert) auf ε ansteigt und der nächste Wert von ε am Ende der Kurve ist⁽¹⁴⁾. Wenn möglich sind Definitionen der seitlichen Streuung und der darzustellenden Unterstrecken auf einschlägige bisherige Erfahrungen des zu untersuchenden Flughafens zu gründen, in der Regel mittels einer Analyse von Radardatenproben. Der erste Schritt besteht in der Gruppierung der Daten nach Routen. Die Abflugstrecken sind durch eine erhebliche seitliche Streuung gekennzeichnet, die für eine genaue Modellierung zu berücksichtigen ist. Die Anflugrouten fügen sich in der Regel zu einer sehr engen „Schneise” in etwa beim Endanflugweg zusammen, so dass es meist ausreicht, alle Anflüge durch eine einzige Strecke darzustellen. Sind jedoch die „Anflugschneisen” innerhalb der Region der Lärmkonturen breit, müssten sie möglicherweise ebenso wie die Abflugrouten durch Unterstrecken dargestellt werden. Es ist üblich, die Daten für eine einzelne Route als Muster einer einzigen Grundgesamtheit zu behandeln, dargestellt durch eine Kernstrecke und eine Menge verstreuter Unterstrecken. Ergibt jedoch die Prüfung, dass die Daten verschiedener Flugzeugklassen oder Flüge erheblich voneinander abweichen (z. B. wenn große und kleine Flugzeuge deutlich unterschiedliche Kurvenradien aufweisen), kann eine weitere Unterteilung der Daten in mehrere „Schneisen” wünschenswert sein. Für jede „Schneise” wird die seitliche Streckenstreuung als Funktion der Entfernung zum Ursprung ermittelt. Anschließend werden die Flugbewegungen auf der Basis der Verteilungsstatistik in eine Kernstrecke und eine geeignete Zahl verstreuter Unterstrecken aufgeteilt. Da es normalerweise nicht zweckmäßig ist, die Wirkungen der Streckenstreuung außer Acht zu lassen, ist bei fehlenden „Schneisenmessdaten” eine nominale Seitenstreuung quer und senkrecht zur Kernstrecke durch eine konventionelle Verteilungsfunktion zu definieren. Berechnete Werte von Lärmindizes werden von der genauen Form der seitlichen Streuung nicht besonders beeinflusst, so dass die Gaußsche Normalverteilung eine adäquate Beschreibung vieler mit Radar gemessener „Schneisen” bietet. Typischerweise wird eine diskrete Approximation mit sieben Punkten verwendet (d. h. die seitliche Streuung wird durch sechs in gleichem Abstand um die Kernstrecke angeordnete Unterstrecken dargestellt). Der Abstand der Unterstrecken hängt von der Standardabweichung der seitlichen Streuungsfunktion ab. Bei normal verteilten Strecken mit einer Standardabweichung S befinden sich 98,8 % der Strecken innerhalb eines Korridors mit Grenzen bei ±2,5 × S. In Tabelle 2.7.a sind die Abstände der sechs Unterstrecken sowie der Anteil der Flugbewegungen, die den jeweiligen Unterstrecken zugewiesen sind, aufgeführt. Anlage C enthält Werte für andere Anzahlen von Unterstrecken.

Tabelle 2.7.a

Anteil an den Flugbewegungen bei einer Normalverteilungsfunktion mit Standardabweichung S für sieben Unterstrecken (Kernstrecke = Unterstrecke 1)

Unterstrecke Nummer	Position der Unterstrecke	Anteil an den Flugbewegungen auf der Unterstrecke
7	– 2,14 × S	3 %
5	– 1,43 × S	11 %
3	– 0,71 × S	22 %
1	0	28 %
2	0,71 × S	22 %
4	1,43 × S	11 %
6	2,14 × S	3 %

Die Standardabweichung S ist eine Funktion der Koordinate s entlang der Kernstrecke. Sie lässt sich — zusammen mit der Beschreibung der Kernstrecke — in dem in Anlage A3 aufgeführten Flugstrecken-Datenblatt angeben. Bei fehlenden Indikatoren für die Standardabweichung — z. B. anhand von Radardaten zur Beschreibung vergleichbarer Flugstrecken — werden die folgenden Werte empfohlen:

Bei Strecken mit Kurven von weniger als 45 Grad:

S(s) = 0,055 · s – 150	für 2700 m ≤ s ≤ 30000 m	(2.7.1)
S(s) = 1500	für s > 30000 m

Bei Strecken mit Kurven von mehr als 45 Grad:

S(s) = 0,128 · s – 420	für 3300 m ≤ s ≤ 15000 m	(2.7.2)
S(s) = 1500 m	für s > 15000 m

Aus praktischen Gründen wird S(s) zwischen dem Start-of-roll-Punkt und s = 2700 m bzw. s = 3300 m je nach Kurvengröße als null angenommen. Routen mit mehr als einer Kurve werden nach Gleichung (2.7.2) behandelt. Bei Anflügen kann die seitliche Streuung ab 6000 m vor dem Aufsetzen vernachlässigt werden.

2.7.12.

Flugprofile

Das Flugprofil ist eine Beschreibung der Bewegung des Flugzeugs in der vertikalen Ebene über dem Kurs über Grund in Bezug auf Position, Geschwindigkeit, Querneigungswinkel und Triebwerksleistungseinstellung. Eine der wichtigsten Aufgaben des Modellbenutzers ist die Festlegung von Flugprofilen, die die Anforderungen der Modellierungsanwendung angemessen erfüllen. Sie müssen effizient sein, also ohne übermäßigen Zeit- und Ressourcenaufwand zu erfordern. Um einen hohen Genauigkeitsgrad zu erreichen, müssen die Profile selbstverständlich den jeweiligen Flugzeugbetriebszustand so exakt wie möglich widerspiegeln. Dazu bedarf es zuverlässiger Angaben über die atmosphärischen Bedingungen, die Luftfahrzeugmuster und -varianten sowie die Betriebsverfahren — die unterschiedlichen Schubeinstellungen und die Klappenstellung sowie den gefundenen Kompromiss zwischen Höhen- und Geschwindigkeitsänderung — alle über den betreffenden Zeitraum/die betreffenden Zeiträume entsprechend gemittelt. Oft stehen derartige detaillierte Informationen nicht zur Verfügung, was aber nicht unbedingt hinderlich ist. Selbst wenn sie vorliegen, muss der Modellierungsverantwortliche nach Augenmaß für ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Genauigkeit und Ausführlichkeit der Eingabeinformationen sowie der Erfordernisse und Anwendungsbereiche der daraus zu berechnenden Konturen sorgen. Die Synthese von Flugprofilen anhand von „Verfahrensschritten” aus der ANP-Datenbank oder von Flugzeugbetreibern wird in Abschnitt 2.7.13 und Anlage B beschrieben. Dieser Prozess — in der Regel der einzige, der dem Modellierer offensteht, wenn keine Radardaten verfügbar sind — ergibt sowohl die Flugbahngeometrie, als auch die entsprechenden Geschwindigkeits- und Schubänderungen. Im Normalfall würde angenommen, dass alle (gleichartigen) Flugzeuge in einer „Schneise” unabhängig davon, ob sie der Kernstrecke oder den verstreuten Unterstrecken zugewiesen sind, dem gleichen Kernstreckenprofil folgen. Neben der ANP-Datenbank, die Standardinformationen zu den Verfahrensschritten liefert, sind die Flugzeugbetreiber die beste Quelle für zuverlässige Informationen — zu den von ihnen verwendeten Verfahren und den typischen geflogenen Gewichten. Die wertvollste Quelle für Einzelflüge stellt der Flugdatenschreiber dar, der sämtliche relevante Informationen liefert. Doch selbst wenn derartige Daten verfügbar sind, ist der Aufwand für ihre Aufbereitung enorm hoch. Im Sinne des notwendigen sparsamen Umgangs mit Ressourcen bei der Modellierung besteht daher die normale praktische Lösung darin, fundierte Annahmen zu mittleren Gewichten und Betriebsverfahren anzustellen. Bei einer Übernahme von in der ANP-Datenbank angegebenen Standard-Verfahrensschritten (diese Schritte werden üblicherweise vermutet, wenn die tatsächlichen Verfahren nicht bekannt sind) ist Vorsicht geboten. Es handelt sich dabei zwar um standardisierte Verfahren, denen vielfach gefolgt wird, die aber vom Betreiber in konkreten Fällen vielleicht nicht angewendet werden. Ein wichtiger Faktor ist die Festlegung des Startschubs (und zuweilen des Steigschubs), der in gewissem Umfang von den jeweiligen Umständen abhängen kann. Insbesondere ist es üblich, den Schub während des Abflugs (gegenüber Volllast) zurückzunehmen, um die Lebensdauer der Triebwerke zu verlängern. Anlage B vermittelt Hinweise zur Darstellung der typischen Praxis; daraus ergeben sich im Allgemeinen realistischere Konturen als bei Annahme von Vollschub. Ist die Startbahn jedoch kurz und/oder ist die durchschnittliche Lufttemperatur hoch, dürfte es realistischer sein, von Vollschub auszugehen. Eine höhere Genauigkeit bei der Modellierung tatsächlicher Szenarien lässt sich erreichen, wenn die nominalen Informationen durch die Anwendung von Radardaten ergänzt oder ersetzt werden. Flugprofile lassen sich ähnlich wie die seitlichen Kernstrecken anhand von Radardaten bestimmen — allerdings erst nach einer Aufteilung des Verkehrs nach Luftfahrzeugmuster und -variante und mitunter nach Gewicht und Teilstreckenlänge (nicht jedoch nach Streuung) —, so dass sich für jede Untergruppe ein mittleres Höhen- und Geschwindigkeitsprofil gegenüber der zurückgelegten Strecke über Grund ergibt. Beim anschließenden Zusammenfügen mit den Kursen über Grund wird dieses Einheitsprofil dann in der Regel wieder sowohl der Kernstrecke als auch den Unterstrecken zugewiesen. Ist das Flugzeuggewicht bekannt, kann die Geschwindigkeits- und Schubänderung über eine schrittweise Lösung der Bewegungsgleichungen berechnet werden. Eine vorherige Aufbereitung der Daten ist sinnvoll, um die Effekte von Radarfehlern zu minimieren, aufgrund derer Schätzungen der Beschleunigung unzuverlässig werden können. Der erste Schritt besteht jeweils in einer Neudefinition des Profils durch Einpassung von geradlinigen Segmenten, die die jeweiligen Teilstrecken darstellen. Dabei wird jedes Segment entsprechend klassifiziert, d. h. als Startlauf, Steig- oder Sinkflug mit konstanter Geschwindigkeit, Schubrücknahme oder Beschleunigung/Verzögerung mit oder ohne Änderung der Klappenstellung. Zu den notwendigen Eingabedaten gehören zudem das Flugzeuggewicht sowie der atmosphärische Zustand. In Abschnitt 2.7.11 wird darauf hingewiesen, dass die seitliche Streuung von Flugstrecken um die nominale bzw. die Kernstrecke herum besonders zu berücksichtigen ist. Die Radardatenproben sind dadurch gekennzeichnet, dass in der vertikalen Ebene ähnliche Streuungen der Flugbahnen auftreten. Es ist allerdings nicht üblich, die vertikale Streuung als eigenständige Variable zu modellieren. Sie entsteht hauptsächlich aufgrund unterschiedlichen Flugzeuggewichts und unterschiedlicher Betriebsverfahren, die bei der Aufbereitung der Verkehrseingabedaten berücksichtigt werden.

2.7.13.

Konstruktion von Flugbahnsegmenten

Jede Flugbahn muss durch eine bestimmte Menge an Segmentkoordinaten (Knotenpunkten) und Flugparametern definiert werden. Als Ausgangspunkt werden die Koordinaten der Kurs-über-Grund-Segmente bestimmt. Anschließend wird das Flugprofil berechnet, wobei zu beachten ist, dass das Flugprofil für eine gegebene Menge von Verfahrensschritten vom Kurs über Grund abhängig ist. Beispielsweise ist die Steigrate des Flugzeugs bei gleichem Schub und gleicher Geschwindigkeit in Kurven geringer als im Geradeausflug. Abschließend erfolgt die Konstruktion der dreidimensionalen Flugbahnsegmente durch Zusammenführen des zweidimensionalen Flugprofils und des zweidimensionalen Kurses über Grund⁽¹⁵⁾.

Kurs über Grund

Ein Kurs über Grund wird unabhängig davon, ob es sich um die Kernstrecke oder verstreute Unterstrecke handelt, durch eine Reihe von (x,y)-Koordinaten in der Grundebene (z. B. anhand von Radarinformationen) oder durch eine Folge von Führungsbefehlen zur Beschreibung gerader Segmente und Kreisbögen (Kurven mit festgelegtem Radius r und Steuerkursänderung Δξ) definiert. Für die Segmentierungsmodellierung wird ein Bogen durch eine Folge in Teilbögen eingepasster gerader Segmente dargestellt. Obwohl sie in den Kurs-über-Grund-Segmenten nicht ausdrücklich erscheinen, beeinflusst die Querlage des Flugzeugs beim Kurvenflug ihre Definition. In Anlage B4 wird die Berechnung von Querneigungswinkeln während einer stationären Vollkurve erläutert, doch werden diese Winkel natürlich nicht unverzögert angelegt oder zurückgesetzt. Wie der Übergang zwischen Geradeaus- und Kurvenflug oder zwischen einer Kurve und einer unmittelbar anschließenden Kurve behandelt werden soll, ist nicht vorgeschrieben. In der Regel wirken sich Einzelheiten, die dem Benutzer überlassen bleiben (siehe Abschnitt 2.7.11), nur unwesentlich auf die endgültigen Konturen aus. Es besteht überwiegend die Anforderung, starke Brüche am Ende der Kurve zu vermeiden, was sich beispielsweise problemlos dadurch erreichen lässt, dass kurze Übergangssegmente eingefügt werden, im Laufe derer sich der Querneigungswinkel linear mit der zurückgelegten Strecke verändert. Nur in dem besonderen Fall, dass sich eine bestimmte Kurve wahrscheinlich dominierend auf die endgültigen Konturen auswirken würde, wäre eine realistischere Modellierung der Übergangsdynamik notwendig, so dass ein Querneigungswinkel bestimmten Luftfahrzeugmustern zugeordnet und geeignete Rollwinkelgeschwindigkeiten übernommen werden müssten. Es sei lediglich vermerkt, dass die Endteilbögen Δξ_trans in einer Kurve von den Änderungsanforderungen für den Querneigungswinkel bestimmt werden. Der übrige Teil des Bogens mit der Steuerkursänderung Δξ — 2 Δξ_trans Grad wird in n_sub Teilbögen geteilt, und zwar nach der Gleichung:

nsub = int(1 + (Δξ – 2 · Δξtrans)/30)

(2.7.3)

Dabei ist int(x) eine Funktion, die den ganzzahligen Teil von x ergibt. Die Steuerkursänderung Δξ_sub jedes Teilbogens errechnet sich dann als

Δξsub = (Δξ – 2 · Δξtrans)/nsub

(2.7.4)

wobei n_sub groß genug sein muss, damit Δξ_sub ≤ 30 Grad. Die Segmentierung eines Bogens (ohne die abschließenden Übergangsteilsegmente) wird in Abbildung 2.7.f veranschaulicht⁽¹⁶⁾.

Flugprofil

Die Parameter zur Beschreibung jedes Flugprofilsegments am Beginn (Suffix 1) und am Ende (Suffix 2) des Segments lauten:

s₁, s₂

Entfernung entlang des Kurses über Grund,

z₁, z₂

Flugzeughöhe,

V₁, V₂

Geschwindigkeit über Grund,

P₁, P₂

lärmbezogener Schubparameter (entspricht dem, für den die NPD-Kurven definiert sind) und

ε₁, ε₂

Querneigungswinkel.

Zum Aufbau eines Flugprofils aus einer Menge von Verfahrensschritten (Flugbahnsynthese) werden die Segmente aufeinanderfolgend so konstruiert, dass die erforderlichen Bedingungen an den Endpunkten erzielt werden. Dabei werden die Endpunktparameter jedes Segments zu den Anfangspunktparametern des nächsten Segments. Bei jeder Segmentberechnung sind die Parameter am Anfang bekannt; die erforderlichen Bedingungen am Ende werden vom Verfahrensschritt angegeben. Die Schritte selbst sind entweder durch die ANP-Standardschritte oder vom Benutzer festgelegt (z. B. anhand von Flugzeughandbüchern). Bei den Endbedingungen handelt es sich gewöhnlich um Höhe und Geschwindigkeit, und beim Profilaufbau geht es um die Bestimmung der zurückgelegten Strecke unter Erreichung dieser Bedingungen. Die undefinierten Parameter werden über Flugleistungsberechnungen gemäß Anlage B bestimmt. Verläuft der Kurs über Grund geradeaus, so lassen sich die Profilpunkte und dazugehörigen Flugparameter unabhängig vom Kurs über Grund bestimmen (Querneigungswinkel stets null). Allerdings verläuft der Kurs über Grund selten geradeaus. Meist treten Kurven auf, die zur Erzielung bester Ergebnisse bei der Bestimmung des zweidimensionalen Flugprofils berücksichtigt werden müssen, wenn notwendig durch Aufspaltung von Profilsegmenten an Knotenpunkten des Kurses über Grund zur Einfügung von Querneigungswinkeländerungen. In der Regel ist die Länge des nächsten Segments zu Beginn unbekannt und wird unter Annahme eines unveränderten Querneigungswinkels mit einem Vorläufigkeitswert berechnet. Wird dann festgestellt, dass sich das vorläufige Segment über einen oder mehrere Kurs-über-Grund-Knotenpunkte erstreckt und der erste s ist, d. h. s₁ < s < s₂, wird das Segment bei s abgeschnitten, und die Parameter dort werden durch Interpolation errechnet (siehe unten). Diese werden zu den Endpunktparametern des aktuellen Segments und zu den Anfangspunktparametern eines neuen Segments, das weiterhin über die gleichen Zielendbedingungen verfügt. Ist kein eingreifender Kurs-über-Grund-Knotenpunkt vorhanden, wird das vorläufige Segment bestätigt. Sollen die Effekte von Kurven auf das Flugprofil außer Acht gelassen werden, kommt die Geradeausfluglösung mit einem einzigen Segment zur Anwendung, obwohl die Informationen zum Querneigungswinkel für eine spätere Verwendung festgehalten werden. Unabhängig davon, ob Kurveneffekte vollständig modelliert werden oder nicht, wird eine dreidimensionale Flugbahn jeweils durch Zusammenfügen ihres zweidimensionalen Flugprofils und ihres zweidimensionalen Kurses über Grund generiert. Das Ergebnis ist eine Folge von Koordinatenmengen (x,y,z), die entweder ein Knotenpunkt des segmentierten Kurses über Grund, ein Knotenpunkt des Flugprofils oder beides sind, wobei die Profilpunkte von den entsprechenden Werten der Höhe z, der Geschwindigkeit über Grund V, des Querneigungswinkels ε und der Triebwerksleistung P begleitet werden. Für einen Streckenpunkt (x,y), der zwischen den Endpunkten eines Flugprofilsegments liegt, werden die Flugparameter wie folgt interpoliert:

z = z1 + f · (z2 – z1)	(2.7.5)
VV21f V22V21	(2.7.6)
ε = ε1 + f · (ε2 – ε1)	(2.7.7)
PP21f P22P21	(2.7.8)

wobei

f = (s – s1)/(s2 – s1)

(2.7.9)

Es sei darauf hingewiesen, dass bei z und ε eine lineare Änderung mit der Entfernung, bei V und P jedoch eine lineare Änderung mit der Zeit (d. h. konstante Beschleunigung⁽¹⁷⁾) angenommen wird. Beim Abgleich von Flugprofilsegmenten mit Radardaten (Flugbahnanalyse) werden alle Endpunktentfernungen, Höhen, Geschwindigkeiten und Querneigungswinkel direkt aus den Daten bestimmt; nur die Triebwerkseinstellungen müssen unter Anwendung der Leistungsrechnungen berechnet werden. Da auch die Kurs-über-Grund- und die Flugprofilkoordinaten entsprechend abgeglichen werden können, ist dies in der Regel recht unkompliziert.

Segmentierung des Startlaufs

Wenn das Flugzeug beim Start zwischen dem Punkt, an dem die Bremsen gelöst werden (Brake Release Point, auch „Start-of-Roll-Punkt” SOR genannt), und dem Abhebepunkt beschleunigt, verändert sich die Geschwindigkeit über eine Strecke von 1500 bis 2500 m extrem von null auf 80 bis 100 m/s. Der Startlauf ist somit in Segmente mit veränderlicher Länge unterteilt, über die sich die Geschwindigkeit des Flugzeugs um ein spezifisches Inkrement ΔV von höchstens 10 m/s (etwa 20 Knoten) ändert. Obwohl sie eigentlich während des Startlaufs veränderlich ist, ist die Annahme einer konstanten Beschleunigung für diesen Zweck ausreichend. In diesem Fall, in der Startphase, ist V₁ die Anfangsgeschwindigkeit, V₂ die Startgeschwindigkeit, n_TO die Nummer des Startsegments und s_TO die äquivalente Startstrecke. Für die äquivalente Startstrecke s_TO (siehe Anlage B), die Anfangsgeschwindigkeit V₁ und die Startgeschwindigkeit V₂ beträgt die Anzahl n_TO der Segmente für den Startlauf

nTO = int(1 + (V2 – V1)/10)

(2.7.10)

Somit ist die Geschwindigkeitsänderung entlang eines Segments

ΔV = (V2 – V1)/nTO

(2.7.11)

und die Zeit Δt in jedem Segment (unter Annahme einer konstanten Beschleunigung)

Δt2sTOV2V1nTO

(2.7.12)

Die Länge s_TO,k von Segment k (1 ≤ k ≤ n_TO) des Startlaufs ist also:

sTO,kk0,5ΔV Δt2k1sTOn2TO

(2.7.13)

Beispiel:

Bei einer Startstrecke s_TO = 1600 m, V₁ = 0 m/s und V_2 = 75 m/s ergeben sich n_TO = 8 Segmente mit Längen von 25 bis 375 Metern (siehe Abbildung 2.7.g):

Analog zu den Geschwindigkeitsänderungen errechnen sich die Schubänderungen eines Flugzeugs über jedes Segment mit einem konstanten Inkrement ΔP als

ΔP = (PTO – Pinit)/nTO

(2.7.14)

Hierbei bezeichnen P_TO und P_init den jeweiligen Schub am Abhebepunkt bzw. am Start-of-Roll-Punkt. Mit der Verwendung dieses konstanten Schubinkrements (statt der quadratischen Gleichung 2.7.8) soll Konsistenz mit dem linearen Verhältnis zwischen Schub und Geschwindigkeit bei Strahlflugzeugen hergestellt werden (Gleichung B-1).

Segmentierung des Anfangssteigflugsegments

Im Anfangssteigflugsegment ändert sich die Geometrie sehr rasch insbesondere in Bezug auf Beobachtungspunkte seitlich der Flugstrecke, wo sich der Beta-Winkel beim Steigflug durch dieses Anfangssegment schnell verändert. Vergleiche mit Berechnungen für sehr kleine Segmente zeigen, dass die Verwendung eines einzigen Steigflugsegments eine unzureichende Approximation des Lärms seitlich der Flugstrecke für integrierte Maße zur Folge hat. Die Genauigkeit der Berechnung verbessert sich, wenn das erste Abhebesegment weiter zerlegt wird. Dabei werden die Länge der einzelnen Segmente und ihre Anzahl stark von der Dämpfung zur Seite beeinflusst. Unter Angabe des Ausdrucks der gesamten seitlichen Dämpfung für Flugzeuge mit am Rumpf montierten Triebwerken lässt sich zeigen, dass für eine begrenzende Änderung der Dämpfung zur Seite von 1,5 dB je Teilsegment das Anfangssteigflugsegment auf der Basis der folgenden Menge von Höhenwerten in Teilsegmente zerlegt wird: z = {18,9, 41,5, 68,3, 102,1, 147,5, 214,9, 334,9, 609,6, 1289,6} Meter, bzw. z = {62, 136, 224, 335, 484, 705, 1099, 2000, 4231} Fuß Die Implementierung der angegebenen Höhen erfolgt, indem ermittelt wird, welche Höhe in der oben angegeben Menge dem Endpunkt des Originalsegments am nächsten liegt. Anschließend werden die tatsächlichen Höhen wie folgt berechnet:

z′i = z [zi/zN] (i = 1…N)

(2.7.15)

Dabei bezeichnet z die Höhe des Originalsegments, z_i das i-te Element der Menge von Höhenwerten und z_N die nächste obere Schranke zur Höhe z. Dieser Prozess führt dazu, dass die Änderung der seitlichen Dämpfung über jedes Teilsegment konstant bleibt und genauere Konturen ergibt, ohne dass sehr kurze Segmente verwendet werden müssen.

Beispiel:

Liegt die Endpunkthöhe des Originalsegments bei z = 304,8 m, dann ist aus der Menge der Höhenwerte 214,9 < 304,8 < 334,9 die z = 304,8 m nächstgelegene obere Schranke z₇ = 334,9 m. Die Endpunkthöhen der Teilsegmente werden dann berechnet mit:

z_i′ = 304,8 [z_i/334,9] (i = 1..N)

Es wäre also z_i′ 17,2 m, z₂′ 37,8 m usw.

Die Geschwindigkeits- und Triebwerksleistungswerte an den eingeschobenen Punkten werden unter Verwendung der Gleichungen (2.7.11) bzw. (2.7.13) interpoliert.

Segmentierung von Flugsegmenten

Nach der Herleitung der segmentierten Flugbahn nach dem in Abschnitt 2.7.13 beschriebenen Verfahren und der Anwendung der beschriebenen Teilsegmentierung können weitere Segmentierungsanpassungen notwendig sein. Dazu gehören

—

die Beseitigung von Flugbahnpunkten, die zu nahe beieinander liegen, und

—

die Einfügung zusätzlicher Punkte, wenn Geschwindigkeitsänderungen entlang von Segmenten zu lang sind.

Wenn benachbarte Punkte weniger als 10 m voneinander entfernt liegen und die dazugehörigen Geschwindigkeits- und Schubwerte gleich sind, ist einer der Punkte zu entfernen. Bei Flugsegmenten mit erheblicher Geschwindigkeitsänderung entlang eines Segments erfolgt eine Unterteilung wie beim Startlauf, d. h.

nsegint1V2V110

(2.7.16),

wobei V₁ und V₂ die Anfangs- bzw. Endgeschwindigkeit des Segments bezeichnen. Die entsprechenden Teilsegmentparameter werden in gleicher Weise wie beim Startlauf unter Verwendung der Gleichungen 2.7.11 bis 2.7.13 berechnet.

Das Landerollen

Obwohl es sich beim Landerollen im Wesentlichen um eine Umkehr des Startlaufs handelt, ist Folgendes besonders zu berücksichtigen:

—

die Schubumkehr, die manchmal eingesetzt wird, um das Flugzeug abzubremsen, und

—

Flugzeuge, die die Landebahn nach dem Abbremsen verlassen (diese tragen nicht mehr zum Fluglärm bei, da Lärm beim Rollen außer Acht bleibt).

Im Gegensatz zur Startlaufstrecke, die aus den Flugzeugleistungsparametern hergeleitet wird, ist die Landerollstrecke s_stop (d. h. die Strecke vom Aufsetzpunkt bis zu dem Punkt, an dem das Flugzeug die Landebahn verlässt) nicht rein flugzeugspezifisch. Obwohl sich aus der Flugzeugmasse und -leistung (und der verfügbaren Schubumkehr) eine Mindestrollstrecke abschätzen lässt, hängt die tatsächliche Landerollstrecke auch von der Lage der Rollbahnen, der Verkehrslage sowie von flughafenspezifischen Regelungen über den Einsatz des Umkehrschubs ab. Der Einsatz der Schubumkehr ist kein Standardverfahren. Sie kommt nur zur Anwendung, wenn das notwendige Abbremsen nicht mithilfe der Radbremsen erreicht werden kann. (Die Schubumkehr kann außerordentlich störend sein, da ein rasches Umschalten der Triebwerksleistung von Leerlauf auf Gegenschub einen plötzlichen Lärmausbruch verursacht.) Die meisten Start-/Landebahnen werden jedoch sowohl für Starts als auch für Landungen genutzt, so dass die Schubumkehr nur sehr geringe Auswirkungen auf die Lärmkonturen hat, da die Gesamtschallenergie in der Nähe der Start-/Landebahn vom Lärm des Startbetriebs beherrscht wird. Lediglich dann, wenn eine Start-/Landebahn ausschließlich für den Landebetrieb genutzt wird, kann der Beitrag der Schubumkehr zu den Konturen signifikant sein. Physikalisch ist der Schubumkehrlärm ein sehr komplexer Prozess, doch lässt es sich aufgrund seiner relativ geringen Bedeutung für die Fluglärmkonturen grob vereinfachend modellieren, indem der rasche Wechsel der Triebwerksleistung durch eine geeignete Segmentierung berücksichtigt wird. Es liegt auf der Hand, dass die Modellierung des Landerolllärms nicht so unkompliziert ist wie beim Startlauflärm. Die folgenden vereinfachten Modellierungsannahmen werden zur allgemeinen Verwendung empfohlen, wenn keine detaillierten Informationen zur Verfügung stehen (siehe Abbildung 2.7.h). Das Flugzeug setzt 300 m hinter der Landeschwelle (Koordinate s = 0 im Anflugkurs über Grund) auf. Anschließend wird das Flugzeug über eine Landerollstrecke s_stop — flugzeugspezifische Werte dafür enthält die ANP-Datenbank — von der Endanfluggeschwindigkeit V_final auf 15 m/s abgebremst. Aufgrund der raschen Geschwindigkeitsänderungen in diesem Segment wird es mithilfe der Gleichungen 2.7.10 bis 2.7.13 ebenso in Untersegmente zerlegt wie beim Startlauf (oder bei Flugsegmenten mit raschen Geschwindigkeitsänderungen). Die Triebwerksleistung ändert sich von der Endanflugleistung beim Aufsetzen zur Schubumkehreinstellung P_rev über eine Strecke 0,1 × s_stop und verringert sich dann über die restlichen 90 % der Ausrollstrecke auf 10 % der verfügbaren Volllast. Bis zum Ende der Landebahn (bei s = -s_RWY) bleibt die Flugzeuggeschwindigkeit konstant. Da sich derzeit keine NPD-Kurven für die Schubumkehr in der ANP-Datenbank befinden, müssen die konventionellen Kurven für die Modellierung dieses Effekts zugrunde gelegt werden. Typischerweise ist die Schubumkehrleistung P_rev etwa 20 % der Volllasteinstellung, und dieser Wert wird empfohlen, wenn keine Betriebsinformationen verfügbar sind. Bei einer bestimmten Leistungseinstellung erzeugt die Schubumkehr jedoch tendenziell mehr Lärm als der Vorwärtsschub, so dass auf den NPD-hergeleiteten Ereigniswert ein Inkrement ΔL anzuwenden ist, das entlang 0,1 × s_stop von null auf einen Wert ΔL_rev (vorläufig werden 5 dB empfohlen⁽¹⁸⁾) steigt und danach über die verbleibende Ausrollstrecke linear auf null sinkt.

2.7.14.

Lärmberechnung für ein Einzelereignis

Den Kern des hier ausführlich beschriebenen Modellierungsprozesses bildet die Berechnung des Ereignispegels aus den in den Abschnitten 2.7.7 bis 2.7.13 beschriebenen Flugbahninformationen.

2.7.15.

Einzelereignismaß

Der von einer Flugbewegung am Beobachtungsort erzeugte Schall wird als „Einzelereignis(schall)pegel” ausgedrückt, eine Größe, die einen Indikator für die Auswirkung des Schalls auf Menschen darstellt. Der empfangene Schall wird lärmmäßig anhand einer grundlegenden Dezibelskala L(t) gemessen, bei der eine Frequenzbewertung (Filter) zur Nachahmung einer Eigenschaft des menschlichen Gehörs zur Anwendung kommt. Die Skala mit der für die Fluglärmkonturmodellierung größten Bedeutung ist der A-bewertete Schallpegel L_A. Das zur Einbindung ganzer Ereignisse am häufigsten verwendete Maß sind „Einzelereignis-Schall- (oder Lärm)expositionspegel” L_E, die die gesamte (oder den größten Teil der) Schallenergie in dem Ereignis berücksichtigen. Im Zusammenhang mit der notwendigen Zeitintegration ergeben sich die Hauptschwierigkeiten der Segmentierungs- (oder Simulations)modellierung. Einfacher zu modellieren ist das alternative Maß L_max als maximaler Augenblickspegel während des Ereignisses. Den grundlegenden Baustein der meisten heutigen Fluglärmindizes bildet jedoch L_E, und es ist davon auszugehen, dass Praxismodelle in der Zukunft sowohl L_max als auch L_E umfassen. Beide Maße lassen sich auf unterschiedlichen Lärmskalen messen. Im vorliegenden Dokument wird nur der A-bewertete Schallpegel betrachtet. Die Kennzeichnung der Skala erfolgt in der Regel durch eine entsprechende Suffixerweiterung, d. h. L_AE, L_Amax. Der Einzelereignis-Schall- (oder Lärm)expositionspegel wird exakt ausgedrückt als

LE10lg1t0t2t110L t10dt

(2.7.17)

Dabei bezeichnet t₀ eine Referenzzeit. Mit der Wahl des Integrationsintervalls [t₁,t₂] soll sichergestellt werden, dass (nahezu) der gesamte signifikante Schall im Ereignis erfasst ist. Sehr häufig werden die Begrenzer t₁ und t₂ gewählt, um die Zeitspanne auszudrücken, in der der Pegel L(t) nicht mehr als 10 dB unterhalb von L_max liegt. Diese Spanne wird als „10 dB-down-time” bezeichnet. Lärmexpositionspegel in den Tabellen der ANP-Datenbank sind 10 dB-down-time-Werte⁽¹⁹⁾. Die Hauptanwendung der Gleichung 2.7.17 bei der Fluglärmkonturenmodellierung ist das Standardmaß Lärmexpositionspegel L_AE (SEL):

LAE10lg1t0t2t110LAt10dtmit t0 = 1 Sekunde

(2.7.18)

Die oben aufgeführten Expositionspegelgleichungen können zur Bestimmung von Ereignispegeln verwendet werden, wenn der gesamte Zeitverlauf L(t) bekannt ist. In der empfohlenen Lärmmodellierungsmethodik sind diese Zeitverläufe nicht definiert; die Berechnung der Ereignisexpositionspegel erfolgt durch Addition von Segmentwerten, deren jeweilige Teilereignispegel den Beitrag eines einzelnen endlichen Segments der Flugbahn bestimmen.

2.7.16.

Bestimmung von Ereignispegeln anhand von NPD-Daten

Die Hauptquelle für Fluglärmdaten ist die internationale Aircraft Noise and Performance Database (ANP-Datenbank). Darin sind L_max und L_E als Funktionen der Ausbreitungsentfernung d für spezifische Luftfahrzeugmuster, -varianten, Flugkonfigurationen (Anflug, Abflug, Klappenstellungen) und Leistungseinstellungen P tabellarisch aufgeführt. Sie beziehen sich auf einen stationären Flug bei bestimmten Referenzgeschwindigkeiten V_ref auf einer theoretisch unendlichen, geraden Flugbahn⁽²⁰⁾. Wie die Angabe der Werte der unabhängigen Variablen P und d erfolgt, wird später beschrieben. Beim einmaligen Nachschlagen mit den Eingabewerten P und d sind die erforderlichen Ausgabewerte die Basispegel L_max(P,d) und/oder L_E∞(P,d) (anwendbar auf eine unendliche Flugbahn). Sollten in der Tabelle keine genauen Werte für P und/oder d angegeben sein, ist es generell notwendig, die benötigten Ereignislärmpegel durch Interpolation abzuschätzen. Dabei kommt zwischen tabellarisierten Leistungseinstellungen eine lineare Interpolation und zwischen tabellarisierten Abständen eine logarithmische Interpolation zur Anwendung (siehe Abbildung 2.7.i).

Abbildung 2.7.i

Wenn P_i und P_{i +1} Triebwerksleistungswerte sind, für die Lärmpegel zu Abstandsdaten tabellarisiert sind, errechnet sich der Lärmpegel L(P) in einem bestimmten Abstand für die mittlere Leistung P zwischen P_i and P_{i +1} wie folgt:

LPLPiLPi1LPiPi1PiP Pi

(2.7.19)

Wenn bei einer beliebigen Leistungseinstellung d_i und d_{i +1} Abstände sind, für die Lärmdaten tabellarisiert sind, errechnet sich der Lärmpegel L(d) für einen mittleren Abstand d zwischen d_i und d_{i +1} wie folgt:

LdLdiLdi1Ldilgdi1lgdilgdlgdi

(2.7.20)

Mit den Gleichungen (2.7.19) und (2.7.20) lässt sich ein Lärmpegel L(P,d) für eine beliebige Leistungseinstellung P und einen beliebigen Abstand d errechnen, der innerhalb des Rahmens der NPD-Datenbank liegt. Für Abstände d außerhalb des NPD-Rahmens wird Gleichung 2.7.20 verwendet, um von den letzten beiden Werten zu extrapolieren, d. h. nach innen von L(d₁) und L(d₂) oder nach außen von L(d_{I – 1}) und L(d_I), wobei I die Gesamtzahl der NPD-Punkte in der Kurve bezeichnet. Somit ergibt sich:

Nach innen:	LdLd2Ld1Ld2lgd2lgd1lgd2lgd	(2.7.21)
Nach außen:	LdLdI1LdI1LdIlgdIlgdI1lgdlgdI1	(2.7.22)

Da sich bei kurzen Abständen d die Lärmpegel sehr rasch mit abnehmender Ausbreitungsentfernung erhöhen, wird empfohlen, für d eine niedrigere Obergrenze von 30 m anzusetzen, d. h. d = max(d, 30 m).

Impedanzanpassung von Standard-NPD-Daten

Die in der ANP-Datenbank angegebenen NPD-Daten sind auf spezifische atmosphärische Bedingungen normalisiert (Temperatur 25 °C und Druck 101,325 kPa). Vor Anwendung der oben beschriebenen Interpolations-/Extrapolationsmethode ist für diese Daten eine akustische Impedanzanpassung vorzunehmen. Die akustische Impedanz bezieht sich auf die Ausbreitung von Schallwellen in einem akustischen Medium und ist definiert als Produkt aus Luftdichte und Schallgeschwindigkeit. Bei einer in einem bestimmten Abstand von der Quelle empfangenen Schallintensität (Schallleistung je Flächeneinheit) hängt der damit zusammenhängende Schalldruck (zur Definition der Maße SEL und L_Amax) von der akustischen Impedanz der Luft am Messort ab. Er ist eine Funktion der Temperatur, des Luftdrucks (und indirekt der Höhe). Daher müssen die Standard-NPD-Daten der ANP-Datenbank so angepasst werden, dass Temperatur und Druckbedingungen in ihren tatsächlichen Werten berücksichtigt werden, die sich im Allgemeinen von den normalisierten Bedingungen der ANP-Daten unterscheiden. Die auf die Standard-NPD-Pegel anzuwendende Impedanzanpassung wird wie folgt ausgedrückt:

ΔImpedance10lgρ c409,81

(2.7.23)

Dabei gilt Folgendes:

Δ_Impedance

Impedanzanpassung zur Berücksichtigung der tatsächlichen atmosphärischen Bedingungen am Empfangsort (dB)

ρ·c

Akustische Impedanz (Newton · Sekunden/m³) der Luft am Empfangsort (wobei 409,81 die mit den atmosphärischen Referenzbedingungen der NPD-Daten in der ANP-Datenbank zusammenhängende Luftimpedanz ist)

Die Impedanz ρ·c wird wie folgt berechnet:

(2.7.24)

δ

p/p_o, das Verhältnis des Umgebungsluftdrucks auf Beobachtungshöhe zum Standardluftdruck auf Meereshöhe: p_o = 101,325 kPa (oder 1013,25 mb)

θ

(T + 273,15)/(T₀ + 273,15) das Verhältnis der Lufttemperatur auf Beobachtungshöhe zur Standardlufttemperatur auf Meereshöhe: T₀ = 15,0 °C

Die akustische Impedanzanpassung beträgt in der Regel weniger als einige Zehntel dB. Es sei insbesondere darauf hingewiesen, dass unter den atmosphärischen Standardbedingungen (p_o = 101,325 kPa and T₀ = 15,0 °C) die Impedanzanpassung weniger als 0,1 dB (0,074 dB) beträgt. Bei einer signifikanten Abweichung der Temperatur und des Luftdrucks gegenüber den atmosphärischen Referenzbedingungen der NPD-Daten kann die Anpassung jedoch erheblicher sein.

2.7.17.

Allgemeine Ausdrücke

Segmentereignispegel L_seg

Die Bestimmung der Segmentwerte erfolgt durch Anwendung von Anpassungen auf die Basiswerte (unendliche Flugbahn) gemäß NPD-Daten. Der maximale Lärmpegel eines Flugbahnsegments L_max,seg lässt sich im Allgemeinen ausdrücken als

(2.7.25)

und der Beitrag eines Flugbahnsegments zu L_E als

(2.7.26)

Die „Korrekturterme” in den Gleichungen 2.7.25 und 2.7.26 — die in Abschnitt 2.7.19 ausführlich beschrieben werden — berücksichtigen die folgenden Effekte:

Δ_V

Dauerkorrektur: Die NPD-Daten beziehen sich auf eine Referenzfluggeschwindigkeit. Mit diesem Korrekturterm werden die Expositionspegel an Nichtreferenzgeschwindigkeiten angepasst. (Wird nicht auf L_max,seg angewendet.)

Δ_I (φ)

Installationseffekt: beschreibt eine Änderung der lateralen Richtwirkung aufgrund einer von der Flugzeugzelle, den Triebwerken und umgebenden Strömungsfeldern bewirkten Abschirmung, Brechung oder Reflexion.

Λ(β,)

Seitliche Dämpfung: signifikant für Schall, der sich in kleinen Winkeln zum Boden hin ausbreitet. Berücksichtigt die Wechselwirkung zwischen direkten und reflektierten Schallwellen (Bodeneffekt) sowie die Effekte (in erster Linie vom Boden verursachter) atmosphärischer Ungleichmäßigkeiten, die Schallwellen auf deren Weg zum Beobachter seitlich der Flugbahn brechen.

Δ_F

Korrektur aufgrund des endlichen Segments (Geräuschanteil): berücksichtigt die endliche Länge des Segments, die natürlich weniger an Lärmexposition beiträgt als eine unendliche Länge. Wird nur auf Expositionsmaße angewandt.

Ist das Segment Teil des Startlaufs oder des Landerollens und befindet sich der Beobachter hinter dem betreffenden Segment, so werden spezielle Schritte zur Darstellung der ausgeprägten Richtcharakteristik von Strahltriebwerkslärm unternommen, der hinter einem startbereiten Flugzeug auftritt. Diese speziellen Schritte führen vor allem zur Verwendung einer besonderen Form des Lärms für den Expositionspegel:

	(2.7.27)
	(2.7.28)

Δ′_F

Besondere Form der Segmentkorrektur

Δ_SOR

Korrektur aufgrund der Richtcharakteristik: zur Berücksichtigung der ausgeprägten Richtcharakteristik von Strahltriebwerkslärm hinter dem An- bzw. Abrollsegment.

Die spezifische Behandlung der An- und Abrollsegmente wird in Abschnitt 2.7.19 beschrieben. Die nachfolgenden Abschnitte beschreiben die Berechnung von Segmentschallpegeln.

Ereignislärmpegel L einer Flugbewegung

Der Maximalpegel L_max ist nichts weiter als der größte der Segmentwerte L_max,seg (siehe Gleichung 2.7.25 und 2.7.27)

Lmax = max(Lmax,seg)

(2.7.29)

Dabei wird jeder Segmentwert anhand der Flugzeug-NPD-Daten für die Leistung P und den Abstand d bestimmt. Diese Parameter sowie die Modifikatoren Δ_I (φ) und Λ(β,) werden im Folgenden noch erläutert. Der Expositionspegel L_E wird als Dezibelsumme der Beiträge L_E,seg jedes lärmerheblichen Segments seiner Flugbahn berechnet, d. h.

LE10lg10LE,seg10

(2.7.30)

Die Addition verläuft Schritt für Schritt durch die Flugbahnsegmente. Der übrige Teil dieses Kapitels befasst sich mit der Bestimmung der Segmentschallpegel L_max,seg und L_E,seg.

2.7.18.

Flugbahnsegmentparameter

Die Bestimmung der Leistung P und des Abstands d, für die die Basispegel L_max,seg(P,d) und L_E∞(P,d) aus den NPD-Tabellen interpoliert werden, erfolgt anhand von geometrischen und betrieblichen Parametern, die das Segment definieren. Wie das geschieht, wird nachfolgend mithilfe von Illustrationen der Ebene erläutert, die das Segment und den Beobachter enthält.

Geometrische Parameter

Die Abbildungen 2.7.j bis 2.7.l zeigen die Geometrien zwischen Quelle und Empfänger, wenn sich der Beobachter O (a) hinter, (b) neben und (c) vor dem Segment S₁S₂ befindet, wobei die Flugrichtung von S₁ nach S₂ weist. In diesen Diagrammen gilt Folgendes:

O

ist der Beobachtungsort;

S₁, S₂

sind der Startpunkt und der Endpunkt des Segments;

S_p

ist der Punkt des kleinsten Vorbeiflugabstands rechtwinklig zum Beobachter für das Segment oder dessen Vergrößerung;

d₁, d₂

sind die Abstände zwischen dem Startpunkt bzw. Endpunkt des Segments und dem Beobachter;

d_s

ist der kürzeste Abstand zwischen Beobachter und Segment;

d_p

ist der senkrechte Abstand zwischen Beobachter und vergrößertem Segment (Mindestschrägabstand);

λ

ist die Länge des Flugbahnsegments;

q

ist der Abstand von S₁ zu S_p (negativ, wenn sich der Beobachtungsort hinter dem Segment befindet).

Das Flugbahnsegment ist durch eine dicke durchgehende Linie dargestellt. Die gepunktete Linie stellt die Flugbahnvergrößerung dar, die sich in beiden Richtungen ins Unendliche erstreckt. Bei Flugsegmenten ist, wenn das Ereignismaß ein Expositionspegel L_E ist, der NPF-Abstandsparameter d der Abstand d_p zwischen S_p und dem Beobachter, genannt Mindestschrägabstand (d. h. der senkrechte Abstand zwischen dem Beobachter und dem Segment oder dessen Vergrößerung, mit anderen Worten zur (hypothetisch) unendlichen Flugbahn, als deren Teil das Segment angesehen wird). Bei Expositionspegelmaßen, bei denen sich die Beobachtungsorte hinter den Bodensegmenten während des Startlaufs bzw. vor den Bodensegmenten während des Landerollens befinden, wird jedoch der NPD-Abstandsparameter d zum Abstand d_s, dem kürzesten Abstand zwischen Beobachter und Segment (d. h. ebenso wie bei Maximalpegelmaßen). Bei Maximalpegelmaßen ist der NPD-Abstandsparameter d dann d_s, der kürzeste Abstand zwischen Beobachter und Segment.

Segmentleistung P

Die tabellarisierten NPD-Daten beschreiben den Lärm eines Flugzeugs im stationären Geradeausflug auf einer unendlichen Flugbahn, d. h. bei konstanter Triebwerksleistung P. Mit der empfohlenen Methodik werden tatsächliche Flugbahnen, auf denen Geschwindigkeit und Richtung variieren, in eine Anzahl endlicher Segmente unterteilt, die jeweils als Teil einer einheitlichen unendlichen Flugbahn betrachtet werden, für die die NPD-Daten gültig sind. Die Methodik sieht jedoch Leistungsänderungen entlang eines Segments vor; es wird angenommen, dass sie sich linear mit zunehmendem Abstand von P₁ am Anfang zu P₂ am Ende des Segments ändert. Daher muss ein äquivalenter stationärer Segmentwert P definiert werden. Dieser wird als Wert an dem Punkt des Segments angenommen, der dem Beobachter am nächsten liegt. Befindet sich der Beobachter längs des Segments (Abbildung 2.7.k), errechnet sich der Wert durch Interpolation gemäß Gleichung 2.7.8 zwischen den Endwerten, d. h.

PP21qλP22P21

(2.7.31)

Befindet sich der Beobachter hinter oder vor dem Segment, ist der Wert derjenige am nächstgelegenen Endpunkt P₁ oder P₂.

2.7.19.

Korrekturterme für Segmentereignispegel

Die NPD-Daten definieren Lärmereignispegel als Funktion des Abstands senkrecht unterhalb einer idealisierten stationären Geradeausflugbahn unendlicher Länge, auf der sich das Flugzeug mit stationärer Leistung bei einer festen Referenzgeschwindigkeit bewegt⁽²¹⁾. Der anhand der NPD-Tabelle für eine spezifische Leistungseinstellung und einen bestimmten Schrägabstand interpolierte Ereignispegel wird somit als Basispegel beschrieben. Er gilt für eine unendliche Flugbahn und muss korrigiert werden zur Berücksichtigung der Effekte (1) der Nichtreferenzgeschwindigkeit, (2) der Triebwerksanbringungseffekte (laterale Richtcharakteristik), (3) der seitlichen Dämpfung, (4) der endlichen Segmentlänge und (5) der longitudinalen Richtcharakteristik hinter dem Beginn des Startlaufs — siehe Gleichungen 2.7.25 und 2.7.26.

Dauerkorrektur ΔV (nur Expositionspegel LE)

Diese Korrektur⁽²²⁾ dient der Berücksichtigung der Änderung der Expositionspegel, wenn die Momentangeschwindigkeit über Grund im Segment von der Flugzeugreferenzgeschwindigkeit V_ref, auf die sich die NPD-Basisdaten beziehen, abweicht. Wie die Triebwerksleistung schwankt auch die Geschwindigkeit entlang dem Segment (die Geschwindigkeit über Grund verändert sich von V₁ zu V₂), so dass eine äquivalente Segmentgeschwindigkeit V_seg bestimmt werden muss, wobei zu beachten ist, dass das Segment gegenüber dem Boden geneigt ist; d. h.

Vseg = V/cosγ

(2.7.32)

Dabei ist V eine äquivalente Segmentgeschwindigkeit über Grund (siehe zur Information Gleichung B-22, in der V als kalibrierte Fluggeschwindigkeit V_c ausgedrückt ist) und

γtan1z2z1s2s1

(2.7.33)

Für Flugsegmente wird V angenommen als Geschwindigkeit über Grund am Punkt des kleinsten Vorbeiflugabstands S, interpoliert zwischen den Segmentendpunktwerten unter Annahme einer linearen Änderung im Zeitverlauf, d. h. wenn sich der Beobachter neben dem Segment befindet:

VV21qλV22V21

(2.7.34)

Befindet sich der Beobachter hinter oder vor dem Segment, ist der Wert derjenige am nächstgelegenen Endpunkt V₁ oder V₂. Für Segmente der Start-/Landebahn (Teile des Startlaufs oder Landerollens, für die gilt: γ = 0) wird V_seg einfach als Durchschnitt der Segmentanfangs- und -endgeschwindigkeit angenommen, d. h.

Vseg = (V1 + V2)/2

(2.7.35)

In beiden Fällen beträgt die additive Dauerkorrektur somit

ΔV = 10 · lg(Vref/Vseg)

(2.7.36)

Geometrie der Schallausbreitung

Abbildung 2.7.m zeigt die Basisgeometrie in der Ebene senkrecht zur Flugbahn des Flugzeugs. Die Grundlinie ist der Schnittpunkt zwischen der senkrechten Ebene und der Grundebene. (Verläuft die Flugbahn waagerecht, ist die Grundlinie eine Seitenansicht der Grundebene.) Das Flugzeug ist im Winkel ε gemessen entgegen dem Uhrzeigersinn, um seine Längsachse quergeneigt (d. h. die Steuerbord-Tragfläche weist nach oben). Er ist damit bei Linkskurven positiv und bei Rechtskurven negativ.

—

Der Höhenwinkel β (zwischen 0 und 90°) zwischen dem direkten Schallausbreitungsweg und der waagerechten Grundlinie⁽²³⁾ bestimmt zusammen mit der Flugbahnneigung und dem seitlichen Versatz  des Beobachters vom Kurs über Grund die Dämpfung zur Seite.

—

Der Depressionswinkel φ zwischen der Tragflächenebene und dem Ausbreitungsweg bestimmt die Triebwerksanbringungseffekte. In Bezug auf die Konvention für den Querneigungswinkel ist φ = β ± ε mit positivem Vorzeichen bei Beobachtern Steuerbord (rechts) und negativem Vorzeichen bei Beobachtern Backbord (links).

Korrektur aufgrund der Triebwerksanbringung ΔI

Ein überfliegendes Flugzeug stellt eine vielschichtige Schallquelle dar. Dabei kommt zu dem Umstand, dass sich die Triebwerke (und die Flugzeugzelle) als komplexe Ursprungsquellen erweisen, hinzu, dass auch die Zellenkonfiguration und insbesondere die Lage der Triebwerke die Schallabstrahlung beeinflussen, woran die Prozesse Reflexion, Brechung und Streuung durch die festen Oberflächen und die aerodynamischen Strömungsfelder beteiligt sind. Dies führt zu einer uneinheitlichen Richtwirkung des seitlich um die Längsachse des Flugzeugs abgestrahlten Schalls, was hier als laterale Richtcharakteristik bezeichnet wird. Hinsichtlich der lateralen Richtcharakteristik bestehen zwischen Flugzeugen mit am Rumpf montierten Triebwerken und solchen, bei denen die Triebwerke unter den Tragflächen angebracht sind, signifikante Unterschiede, die im folgenden Ausdruck berücksichtigt werden:

ΔIφ10lgacos2φsin2φbcsin22φcos22φ

dB

(2.7.37)

Dabei gilt Folgendes: Δ_I (φ) ist die Korrektur in dB beim Depressionswinkel φ (siehe Abbildung 2.7.m) und

a = 0,00384,	b = 0,0621,	c = 0,8786	bei Triebwerken unterhalb der Tragflächen
a = 0,1225,	b = 0,3290,	c = 1	bei Triebwerken am Rumpf.

Bei Propellerflugzeugen sind die Unterschiede der Richtwirkung unerheblich und es kann hier angenommen werden, dass

ΔI(φ) = 0

(2.7.38)

Abbildung 2.7.n zeigt die Abweichung von Δ_I(φ) um die Längsachse des Flugzeugs für drei Triebwerksanbringungsarten. Diese empirischen Verhältnisse wurden von der Society of Automotive Engineers (SAE) aus experimentellen Messungen hauptsächlich unterhalb der Tragfläche hergeleitet. Bis zu einer Analyse von Daten, die oberhalb der Tragfläche gewonnen wurden, wird empfohlen, dass bei negativem φ für alle Anbringungsarten Δ_I(φ) = Δ_I(0) verwendet wird. Es wird angenommen, dass die Korrektur Δ_I (φ) zweidimensional ist, d. h. sie hängt von keinem anderen Parameter ab und ändert sich insbesondere nicht mit dem Längsabstand zwischen Beobachter und Flugzeug. Somit wird der Höhenwinkel β für Δ_I (φ) definiert als β = tan^-1(z/). Dies dient einer vereinfachten Modellierung, bis mehr über die Mechanismen bekannt ist; in Wirklichkeit handelt es sich bei den Installationseffekten im Wesentlichen um dreidimensionale Effekte. Dennoch ist ein zweidimensionales Modell dadurch gerechtfertigt, dass Ereignispegel eher von seitlich vom nächstgelegenen Segment abgestrahltem Lärm dominiert werden.

Seitliche Dämpfung Λ(β,) (unendliche Flugbahn)

Die tabellarisierten NPD-Ereignispegel beziehen sich auf einen stationären Horizontalflug und beruhen generell auf Messungen 1,2 m über weichem ebenem Grund unterhalb des Flugzeugs; der Abstandsparameter ist praktisch die Höhe über der Oberfläche. Es wird angenommen, dass mögliche Effekte der Oberfläche auf die Ereignisschallpegel unterhalb des Flugzeugs, die dazu führen könnten, dass sich die Tabellenpegel von den Freifeldwerten⁽²⁴⁾ unterscheiden, in den Daten enthalten sind (d. h. in Form der Verhältnisse Pegel/Abstand). Seitlich der Flugbahn ist der Abstandsparameter der Mindestschrägabstand — die Länge der Senkrechten vom Empfänger zur Flugbahn. An jeder seitlichen Position ist der Lärmpegel generell geringer als im gleichen Abstand unmittelbar unterhalb des Flugzeugs. Neben der lateralen Richtcharakteristik oder den „Installationseffekten” , wie sie oben beschrieben wurden, ist dies auf eine übermäßige seitliche Dämpfung zurückzuführen, die bewirkt, dass der Schallpegel mit zunehmendem Abstand schneller sinkt als in den NPD-Kurven angegeben. Eine frühere weit verbreitete Methode zur Modellierung der seitlichen Ausbreitung von Fluglärm wurde von der Society of Automotive Engineers (SAE) in AIR-1751 entwickelt, wobei die weiter unten beschriebenen Algorithmen auf Verbesserungen beruhen, die von der SAE nunmehr in AIR-5662 empfohlen werden. Die seitliche Dämpfung ist ein Reflexionseffekt aufgrund der Interferenz zwischen direkt abgestrahltem und von der Oberfläche reflektiertem Schall. Sie hängt von der Art der Oberfläche ab und kann zu erheblich niedrigeren festgestellten Schallpegeln bei niedrigen Höhenwinkeln führen. Stark beeinflusst wird sie auch durch stetige und nicht stetige Brechung des Schalls aufgrund eines Wind- und Temperaturgefälles oder von Turbulenzen, die selbst auf die Oberflächenpräsenz zurückzuführen sind⁽²⁵⁾. Der Mechanismus der Oberflächenreflexion ist gut erforscht und für gleichbleibende atmosphärische und Oberflächenbedingungen lässt er sich theoretisch recht präzise beschreiben. Allerdings haben atmosphärische und oberflächenbedingte Unregelmäßigkeiten, die sich einer einfachen theoretischen Analyse entziehen, tiefgreifende Auswirkungen auf den Reflexionseffekt und neigen dazu, ihn auf größere Höhenwinkel zu „verteilen” . Die SAE arbeitet fortlaufend an der Entwicklung eines besseren Verständnisses der Oberflächeneffekte, was zu besseren Modellen führen dürfte. Bis dahin wird die folgende in AIR-5662 beschriebene Methodik zur Berechnung der seitlichen Dämpfung empfohlen. Sie ist beschränkt auf den Fall der Schallausbreitung über weichem ebenem Grund, was für die große Mehrheit von Zivilflughäfen geeignet ist. Anpassungen an die Effekte einer harten Bodenoberfläche (oder, akustisch äquivalent, von Wasser) befinden sich noch in der Entwicklung. Diese Methodik baut auf dem umfangreichen Bestand an Experimentaldaten zur Schallausbreitung von Flugzeugen mit am Rumpf montierten Triebwerken im stationären horizontalen Geradeausflug auf, wie sie ursprünglich in AIR-1751 aufgeführt waren. Unter der Annahme, dass im Horizontalflug die Luft-Boden-Dämpfung i) vom in der vertikalen Ebene gemessenen Höhenwinkel β und ii) vom seitlichen Versatz vom Kurs über Grund des Flugzeugs  abhängt, wurden die Daten analysiert, so dass sich eine empirische Funktion für die seitliche Gesamtanpassung Λ_T(β,) (= seitlicher Ereignispegel minus Pegel im gleichen Abstand unterhalb des Flugzeugs) ergibt. Da der Term Λ_T(β,) sowohl die laterale Richtcharakteristik als auch die seitliche Dämpfung berücksichtigt, kann die seitliche Dämpfung durch Subtraktion extrahiert werden. Bei Beschreibung der lateralen Richtcharakteristik durch Gleichung 2.7.37, mit den Rumpfmontagekoeffizienten und unter Ersetzung von φ durch β (für Geradeausflug), wird die seitliche Dämpfung zu:

(2.7.39)

Dabei erfolgt die Messung von β und  wie in Abbildung 2.7.m dargestellt in einer Ebene senkrecht zur unendlichen Flugbahn, die bei Horizontalflug auch vertikal ist. Obwohl sich Λ(β,) unter Verwendung der Gleichung 2.7.39 unter Entnahme von Λ_T(β,) aus AIR-1751 direkt berechnen ließe, wird ein effizienteres Verhältnis empfohlen. Dabei handelt es sich um die folgende empirische Approximation, adaptiert nach AIR-5662:

(2.7.40)

Dabei ist Γ() ein Abstandsfaktor, gegeben durch

	für 0 ≤  ≤ 914 m	(2.7.41)
	für  > 914 m	(2.7.42)

und Λ(β) die weitreichende seitliche Luft-Boden-Dämpfung, gegeben durch

Λ(β) = 1,137 – 0,0229β + 9,72 · exp(– 0,142β)	für 0° ≤ β ≤ 50°	(2.7.43)
Λ(β) = 0	für 50° ≤ β ≤ 90°	(2.7.44)

Der Ausdruck für die seitliche Dämpfung Λ(β,), Gleichung 2.7.40, der als gültig für sämtliche Flugzeuge (Propellerflugzeuge sowie Strahlflugzeuge mit am Rumpf bzw. unter den Tragflächen montierten Triebwerken) gilt, ist in Abbildung 2.7.o grafisch dargestellt. Unter bestimmten Umständen (mit Gelände) kann β kleiner als null sein. In solchen Fällen wird Λ(β) = 10,57 empfohlen.

Seitliche Dämpfung in endlichen Segmenten

Die Gleichungen 2.7.41 bis 2.7.44 beschreiben die seitliche Dämpfung Λ (β, ) von Schall, der von einem Flugzeug im stationären Flug auf einer unendlichen horizontalen Flugbahn beim Beobachter ankommt. Werden sie auf nicht horizontale endliche Flugbahnsegmente angewendet, so muss die Dämpfung für eine äquivalente horizontale Flugbahn berechnet werden, da der nächste Punkt in einer einfachen Vergrößerung des geneigten Segments (das an einem bestimmten Punkt durch die Bodenoberfläche verläuft) im Allgemeinen keinen geeigneten Höhenwinkel β ergibt. Die Bestimmung der seitlichen Dämpfung für endliche Segmente ist bei den Maßen L_max und L_E sehr unterschiedlich. Der Segmentmaximalpegel L_max wird anhand von NPD-Daten als Funktion der Ausbreitungsentfernung d vom nächstgelegenen Punkt im Segment ermittelt. Für die Abmessungen des Segments sind keine Korrekturen erforderlich. Ebenso wird angenommen, dass die seitliche Dämpfung von L_max nur vom Höhenwinkel desselben Punkts und vom Bodenabstand zu diesem Punkt abhängt. Somit werden nur die Koordinaten dieses Punkts benötigt. Bei L_E ist der Prozess jedoch komplizierter. Der Basisereignispegel L_E(P,d), der für Parameter endlicher Segmente anhand der NPD-Daten bestimmt wird, gilt dennoch für einen unendlichen Flugweg. Natürlich ist der Ereignisexpositionspegel eines Segments L_E,seg niedriger als der Basispegel, und zwar um den aufgrund des endlichen Segments erforderlichen Korrekturbetrag, der in Abschnitt 2.7.19 definiert wird. Diese Korrektur, eine Funktion der Geometrie der Dreiecke OS₁S₂ in den Abbildungen 2.7.j bis 2.7.l, legt fest, welcher Anteil der bei O empfangenen Lärmenergie der unendlichen Gesamtflugbahn vom Segment kommt. Dabei gilt die gleiche Korrektur ungeachtet dessen, ob eine seitliche Dämpfung vorliegt oder nicht. Jede seitliche Dämpfung ist jedoch für die unendliche Flugbahn zu berechnen, d. h. als Funktion ihres Versatzes und ihrer Höhe, nicht der des endlichen Segments. Durch Addition der Korrekturen Δ_V and Δ_I und Subtraktion der seitlichen Dämpfung Λ(β,) vom NPD-Basispegel ergibt sich der angepasste Ereignislärmpegel für einen äquivalenten stationären horizontalen Flug auf einer angrenzenden unendlichen geraden Flugbahn. Die tatsächlichen modellierten Flugbahnsegmente, die die Lärmkonturen beeinflussen, sind jedoch selten horizontal, da sich die Flugzeuge meist im Steig- oder Sinkflug befinden. Abbildung 2.7.p veranschaulicht ein Abflugsegment S₁S₂ — das Flugzeug steigt im Winkel γ — doch sind die Konstellationen für einen Anflug sehr ähnlich. Der Rest der „realen” Flugbahn ist nicht dargestellt; hier soll der Hinweis genügen, dass S₁S₂ lediglich einen Teil der gesamten Bahn darstellt (die im Allgemeinen bogenförmig ist). In diesem Fall befindet sich der Beobachter O links neben dem Segment. Das Flugzeug ist (gegen den Uhrzeigersinn um die Flugbahn) im Winkel ε zur seitlichen Horizontalachse quergeneigt. Der Depressionswinkel φ der Tragflächenebene, von dem der Installationseffekt Δ_I eine Funktion darstellt (Gleichung 2.7.39), liegt in der Ebene senkrecht zur Flugbahn, in der ε definiert ist. Somit gilt φ = β - ε; dabei ist β = tan^–1(h/) und  ist der senkrechte Abstand OR zwischen Beobachter und Kurs über Grund; d. h. der seitliche Versatz des Beobachters⁽²⁶⁾. Der Punkt des kleinsten Vorbeiflugabstands des Flugzeugs vom Beobachter S wird durch die Senkrechte OS der Länge (Schrägabstand) d_p definiert. Das Dreieck OS₁S₂ entspricht Abbildung 2.7.k, der Geometrie für die Berechnung der Segmentkorrektur Δ_F. Zur Berechnung der seitlichen Dämpfung anhand der Gleichung 2.7.40 (wobei β in einer vertikalen Ebene gemessen wird), wird eine äquivalente horizontale Flugbahn in der vertikalen Ebene durch S₁S₂ und mit gleichem rechtwinkligen Schrägabstand d_p vom Beobachter definiert. Deren Visualisierung erfolgt durch Drehung des Dreiecks ORS und seiner angebundenen Flugbahn um OR (siehe Abbildung 2.7.p) im Winkel γ, so dass sich das Dreieck ORS′ bildet. Der Höhenwinkel dieser äquivalenten horizontalen Flugbahn (jetzt in einer vertikalen Ebene) ist β = tan^–1(h/) ( bleibt unverändert). In diesem Fall (Beobachter daneben) ist die seitliche Dämpfung Λ(β,) für die Maße L_E und L_max gleich. Abbildung 2.7.q veranschaulicht die Situation, in der der Beobachtungspunkt O hinter dem endlichen Segment und nicht daneben liegt. Hier wird das Segment als weiter entfernt befindlicher Teil einer unendlichen Bahn beobachtet; eine Senkrechte kann nur zum Punkt S_p in seiner Vergrößerung gezogen werden. Das Dreieck OS₁S₂ entspricht Abbildung 2.7.j, in der die Segmentkorrektur Δ_F definiert wird. In diesem Fall sind jedoch die Parameter für die laterale Richtcharakteristik und die seitliche Dämpfung weniger offensichtlich. Da die laterale Richtcharakteristik (Installationseffekt) — für Modellierungszwecke — zweidimensional ist, wird der definierende Depressionswinkel φ weiterhin seitlich von der Tragflächenebene gemessen. (Der Basisereignispegel ist nach wie vor der, der vom Flugzeug beim Flug auf der unendlichen Flugbahn, dargestellt vom vergrößerten Segment, erzeugt wird.) Somit wird der Depressionswinkel am Punkt des kleinsten Vorbeiflugabstands bestimmt, d. h. φ = β_p - ε, wobei β_p der Winkel S_pOC ist. Für das Maximalpegelmaß wird der NPD-Abstandsparameter als kürzester Abstand zum Segment angenommen, d. h. d = d₁. Für das Expositionspegelmaß ist er der kürzeste Abstand d_p zwischen O und S_p auf der vergrößerten Flugbahn, d. h. der anhand der NPD-Tabelle interpolierte Wert ist L_E∞ (P₁, d_p). Auch die geometrischen Parameter für die seitliche Dämpfung sind bei der Berechnung des Maximal- und des Expositionspegels unterschiedlich. Für den Maximalpegel ist die Anpassung Λ(β,) durch die Gleichung 2.7.40 gegeben. Dabei gilt β = β₁ = sin^–1(z₁/d₁) und , wobei β₁ und d₁ durch das Dreieck OC₁S₁ in der vertikalen Ebene durch O und S₁ definiert sind. Bei der Berechnung der seitlichen Dämpfung nur für Flugsegmente und das Maß Expositionspegel bleibt  der kürzeste seitliche Versatz von der Segmentvergrößerung (OC). Um jedoch einen geeigneten Wert von β zu definieren, ist erneut die Visualisierung einer (unendlichen) äquivalenten horizontalen Flugbahn notwendig, als deren Teil das Segment betrachtet wird. Gezogen wird diese Bahn durch S₁′, Höhe h über der Oberfläche, wobei h gleich der Länge von RS₁ ist, der Senkrechten vom Kurs über Grund zum Segment. Dies entspricht einer Drehung der tatsächlichen vergrößerten Flugbahn mit Winkel γ um Punkt R (siehe Abbildung 2.7.q). Soweit sich R auf der Senkrechten zu S₁ befindet, dem Punkt im Segment, der O am nächsten liegt, ist die Konstruktion der äquivalenten horizontalen Flugbahn die gleiche wie bei einem neben dem Segment befindlichen O. Der kleinste Abstand der äquivalenten horizontalen Flugbahn zum Beobachter O lieht bei S′, Schrägabstand d, so dass das auf diese Weise in der vertikalen Ebene gebildete Dreieck OCS′ den Höhenwinkel β = cos^–1(/d) definiert. Auch wenn diese Transformation recht verschlungen erscheint, sei darauf hingewiesen, dass die Geometrie der Basisquelle (definiert durch d₁, d₂ and φ) unberührt bleibt. Der sich vom Segment zum Beobachter bewegende Schall ist mit dem Schall identisch, der auftreten würde, wenn der gesamte Flug entlang dem unendlich vergrößerten geneigten Segment (zu dem das Segment zu Modellierungszwecken gehört) mit der konstanten Geschwindigkeit V und der konstanten Leistung P₁ erfolgen würde. Andererseits steht die seitliche Dämpfung des vom Beobachter vom Segment empfangenen Schalls nicht in Beziehung zu β_p, dem Höhenwinkel der vergrößerten Flugbahn, sondern zu β, dem Höhenwinkel der äquivalenten Bahn. Der Fall, in dem sich ein Beobachter vor dem Segment befindet, wird nicht gesondert beschrieben; da es auf der Hand liegt, dass er im Wesentlichen den Gegebenheiten des dahinter befindlichen Beobachters entspricht. Allerdings wird beim Expositionspegelmaß, bei dem sich der Standort des Beobachters während des Startlaufs hinter den Bodensegmenten und während des Landerollens vor den Bodensegmenten befindet, der Wert von β der gleiche wie beim Maximalpegelmaß, d. h. β = β₁ = sin^–1(z₁/d₁) und

Korrektur aufgrund des endlichen Segments Δ_F (nur Expositionspegel L_E)

Der angepasste Basis-Lärmexpositionspegel bezieht sich auf ein Flugzeug im kontinuierlichen stationären horizontalen Geradeausflug (allerdings mit einem Querneigungswinkel ε, der mit dem Geradeausflug nicht vereinbar ist). Bei Anwendung der (negativen) Korrektur aufgrund des endlichen Segments Δ_{F =} 10 × lg(F), wobei F der Energieanteil ist, wird der Pegel weiter an Bedingungen angepasst, bei denen das Flugzeug nur das endliche Segment passieren würde (oder für den Rest der unendlichen Flugbahn vollkommen geräuschlos wäre). Der Term Energieanteil berücksichtigt die ausgeprägte longitudinale Richtcharakteristik des Fluglärms und den vom Segment an der Beobachterposition begrenzten Winkel. Obgleich die die Richtwirkung verursachenden Prozesse sehr komplex sind, geht aus Studien hervor, dass die resultierenden Konturen gegenüber der genauen angenommenen Richtcharakteristik recht unempfindlich sind. Der weiter unten angegebene Ausdruck für Δ_F basiert auf einem 90-Grad-Dipol-Modell der vierten Potenz für die Schallabstrahlung. Eine Nichtbeeinflussung durch die laterale Richtcharakteristik und seitliche Dämpfung wird angenommen. Die Herleitung dieser Korrektur wird ausführlich in Anlage E beschrieben. Der Energieanteil F ist eine Funktion des in den Abbildungen 2.7.j bis 2.7.l definierten „Sichtdreiecks” , so dass sich Folgendes ergibt:

ΔF10lg1πα21α22arctanα2α11α21arctanα1

(2.7.45)

Dabei gilt

α1qdλ;

α2q λdλ;

dλd010LE∞P,dpLmaxP,dp10;

d02πVreft0.

und d_λ wird als „skalierter Abstand” bezeichnet (siehe Anlage E). Zu beachten ist, dass L_max(P, d_p) der anhand der NPD-Daten ermittelte Maximalpegel für den senkrechten Abstand d_p und nicht der L_max des Segments ist. Es wird empfohlen, für Δ_F eine Untergrenze von –150 dB anzuwenden. In dem besonderen Fall, dass sich die Beobachtungsorte hinter jedem Startlaufsegment und jedem Landerollsegment befinden, wird eine reduzierte Form des in Gleichung 2.7.45 ausgedrückten Lärmanteils verwendet, die dem spezifischen Fall von q = 0 entspricht. Die Berechnung erfolgt unter Verwendung von

ΔF′10 log101πα21α22tan1α2 10ΔSOR10

(2.7.46)

Dabei gilt α₂ = λ/d_λ; Δ_SOR ist die durch die Gleichungen 2.7.51 und 2.7.52 definierte Richtwirkungsfunktion am Start-of-Roll-Punkt. Die Gründe für die Verwendung dieser besonderen Form des Lärmanteils werden im nachfolgenden Abschnitt im Rahmen der Anwendungsmethode für die Richtcharakteristik am Start-of-Roll-Punkt näher erläutert.

Spezifische Behandlung der Rollsegmente, einschließlich Richtwirkungsfunktion am Start-of-Roll-Punkt Δ_SOR

Bei den Startlauf- und Landerollsegmenten erfolgt eine spezifische Behandlung, die im Folgenden erläutert wird.

Richtwirkungsfunktion am Start-of-Roll-Punkt Δ_SOR

Das Geräusch von Strahlflugzeugen, vor allem wenn sie mit Triebwerken mit niedrigerem Nebenstromverhältnis ausgestattet sind, weist eine für Strahltriebwerkslärm typische keulenförmige Abstrahlcharakteristik im hinteren Bogen auf. Diese Charakteristik ist umso ausgeprägter, je höher die Strahlgeschwindigkeit und je niedriger die Fluggeschwindigkeit liegt. Von besonderer Bedeutung ist dies für Beobachtungsorte hinter dem Start-of-Roll-Punkt, wo beide Bedingungen erfüllt sind. Dieser Effekt wird durch eine Richtwirkungsfunktion Δ_SOR berücksichtigt. Die Funktion Δ_SOR wurde aus mehreren Lärmmesskampagnen hergeleitet, bei denen Mikrofone hinter und seitlich des Start-of-Roll-Punkts abfliegender Strahlflugzeuge positioniert wurden. Abbildung 2.7.r zeigt die entsprechenden geometrischen Verhältnisse. Der Azimutwinkel ψ zwischen der Längsachse des Flugzeugs und dem Vektor zum Beobachter ist definiert durch

ψarccosqdSOR.

(2.7.47)

Der relative Abstand q ist negativ (siehe Abbildung 2.7.j), so dass sich ψ zwischen 0° in Vorwärtsrichtung des Flugzeugs bis 180° in umgekehrter Richtung bewegt. Die Funktion Δ_SOR stellt die Änderung des vom Startlauf ausgehenden Gesamtlärms, gemessen hinter dem Start-of-Roll-Punkt, gegenüber dem Gesamtlärm des Startlaufs, gemessen seitlich des Start-of-Roll-Punkts im gleichen Abstand, dar:

LTGR(dSOR,ψ) = LTGR(dSOR,90°) + ΔSOR(dSOR,ψ)

(2.7.48)

Dabei ist L_TGR(d_SOR,90°) der von allen Startlaufsegmenten im Punktabstand d_SOR seitlich des Start-of-Roll-Punkts erzeugte Startlauf-Gesamtlärmpegel. Bei Abständen d_SOR von weniger als einem Normalisierungsabstand d_SOR,0 ist die Richtwirkungsfunktion am Start-of-Roll-Punkt gegeben durch

Δ0SOR51,471,553ψ0,015147ψ20,000047173ψ3	wenn 90° ≤ ψ < 148,4	(2.7.49)
Δ0SOR339,182,5802ψ0,0045545ψ20,000044193ψ3	wenn 148,4° ≤ ψ ≤ 180°	(2.7.50)

Ist der Abstand d_SOR größer als der Normalisierungsabstand d_SOR,0, wird die Richtwirkungskorrektur mit einem Korrekturfaktor multipliziert, um zu berücksichtigen, dass die Richtwirkung bei größeren Abständen zum Flugzeug weniger ausgeprägt ist; d. h.

ΔSORΔ0SOR	wenn dSOR ≤ dSOR,0	(2.7.51)
ΔSORΔ0SORdSOR,0dSOR	wenn dSOR > dSOR,0	(2.7.52)

Der Normalisierungsabstand d_SOR,0 ist gleich 762 m (2500 ft).

Behandlung von Empfängern, die sich hinter jedem Startlauf- und Landerollsegment befinden

Die oben beschriebene Funktion Δ_SOR erfasst vor allem die ausgeprägte Richtwirkung des Anfangsabschnitts des Startlaufs an Orten hinter dem Start-of-Roll-Punkt (da er den Empfängern am nächsten liegt und das höchste Strahl-/Flugzeuggeschwindigkeitsverhältnis aufweist). Die Verwendung der damit etablierten Δ_SOR ist jedoch auf Positionen hinter jedem einzelnen Startlauf- wie auch Landerollsegment „verallgemeinert” , also nicht nur hinter dem Start-of-Roll-Punkt (beim Start). Die Parameter d_S und ψ werden bezogen auf den Anfang jedes einzelnen Rollsegments berechnet. Die Berechnung des Ereignispegels L_seg für einen Ort hinter einem bestimmten Startlauf- oder Landerollsegment erfolgt zur Einhaltung der Formanforderungen der Funktion Δ_SOR: Er wird im Wesentlichen für den seitlich des Startpunkts des Segments im gleichen Abstand d_S wie der eigentliche Punkt gelegenen Bezugspunkt berechnet und mit Δ_SOR weiter angepasst, so dass sich der Ereignispegel am eigentlichen Punkt ergibt. Das bedeutet, dass die verschiedenen Korrekturterme in den nachstehenden Gleichungen die geometrischen Parameter verwenden müssen, die diesem seitlich des Startpunkts gelegenen Bezugspunkt entsprechen:

Lmax,seg = Lmax(P,d = ds) + ΔI(φ) – Λ(β,l = ds) + ΔSOR	(2.7.53)
LE,seg = LE,∞(P,d = ds) + ΔV + ΔI(φ) – Λ(β,l = ds) + Δ′F + ΔSOR	(2.7.54)

Dabei ist Δ′_F die in Gleichung (2.7.46) ausgedrückte reduzierte Form des Lärmanteils für den Fall q = 0 (da der Bezugspunkt sich seitlich des Startpunkt befindet), und es sei daran erinnert, dass d_λ unter Verwendung von d_S (und nicht von d_p) zu berechnen ist:

dλd010LE∞P,dsLmaxP,ds10

(2.7.55)

2.7.20.

Ereignislärmpegel L der Flugbewegung eines Luftfahrzeugs der allgemeinen Luftfahrt

Die in Abschnitt 2.7.19 beschriebene Methode ist auf Luftfahrzeuge der allgemeinen Luftfahrt mit Propellermotor anwendbar, wenn sie hinsichtlich der Triebwerksanbringungseffekte als Propellerflugzeuge behandelt werden. Die ANP-Datenbank enthält Einträge für mehrere Luftfahrzeuge der allgemeinen Luftfahrt. Wenngleich es sich dabei oft um die gebräuchlichsten Luftfahrzeuge der allgemeinen Luftfahrt handelt, kann es mitunter sinnvoll sein, zusätzliche Daten heranzuziehen. Sind die konkreten Luftfahrzeuge der allgemeinen Luftfahrt entweder nicht bekannt oder nicht in der ANP-Datenbank verzeichnet, wird die Verwendung der generischeren Luftfahrzeugdaten GASEPF bzw. GASEPV empfohlen. Diese Datensätze stehen für ein einmotoriges Kleinflugzeug der allgemeinen Luftfahrt mit unverstellbarem bzw. verstellbarem Propeller. Tabellen mit Einträgen sind in Anlage I aufgeführt (Tabellen I-11 I-17).

2.7.21.

Methode zur Berechnung von Hubschrauberlärm

Zur Berechnung von Hubschrauberlärm kann die gleiche (in Abschnitt 2.7.14 umrissene) Rechenmethode verwendet werden wie für Starrflügelflugzeuge, vorausgesetzt Hubschrauber werden als Propellerflugzeuge behandelt und mit Strahlflugzeugen verbundene Triebwerksanbringungseffekte werden nicht angewendet. Tabellen mit Einträgen für zwei verschiedene Datensätze sind in Anhang I aufgeführt (Tabellen I-18 I-27).

2.7.22.

Lärm im Zusammenhang mit Triebwerksprobeläufen, Rollverkehr und Hilfsenergieaggregaten

Soll Lärm im Zusammenhang mit Triebwerksprobeläufen und Hilfsenergieaggregaten modelliert werden, erfolgt diese Modellierung anhand des Kapitels zu Industrielärm. Obwohl dies normalerweise nicht der Fall ist, kann Lärm von Triebwerksprobeläufen auf Flughäfen zur Lärmbelastung beitragen. Sie werden in der Regel zu technischen Zwecken für die Überprüfung der Triebwerksfunktion durchgeführt. Dazu werden die Flugzeuge in sicherer Entfernung von Gebäuden, anderen Luftfahrzeugen sowie Fahrzeug- und Personenverkehr abgestellt, um Schäden durch den Abgasstrahl zu vermeiden. Aus zusätzlichen Sicherheits- und Lärmschutzgründen können Flughäfen — vor allem Flughäfen mit Wartungseinrichtungen, in denen häufig Triebwerksprüfungen stattfinden — sogenannte Schallschutzkabinen installieren, also U-förmig angeordnete Schallschutzwände, die so ausgebildet sind, dass sie den Triebwerksstrahl und die entsprechenden Geräusche ablenken und ableiten können. Eine Untersuchung der von diesen Einrichtungen ausgehenden Lärmimmission, die sich durch zusätzliche Erdwälle oder weitere Schallschutzwände weiter dämpfen und reduzieren lässt, erfolgt am besten durch die Behandlung der Schallschutzkabine als Quelle von Industrielärm und durch Anwendung eines geeigneten Lärm- und Schallausbreitungsmodells.

2.7.23.

Berechnung kumulativer Pegel

In den Abschnitten 2.7.14 bis 2.7.19 wird die Berechnung des Ereignisschallpegels einer einzelnen Flugbewegung an einem einzelnen Beobachtungsort beschrieben. Die Berechnung der Gesamtlärmexposition an diesem Ort erfolgt durch Akkumulierung der Ereignispegel aller lärmerheblichen Flugbewegungen, d. h. aller ankommenden und abgehenden Flüge, die den kumulativen Pegel beeinflussen.

2.7.24.

Gewichtete äquivalente Schallpegel

Zeitgewichtete äquivalente Schallpegel, die die gesamte empfangene signifikante Flugzeugschallenergie berücksichtigen, werden generisch mit der folgenden Formel ausgedrückt:

Leq,W10lgt0T0Ni1gi10LE,i10C

(2.7.56)

Die Addition erfolgt über sämtliche Lärmereignisse N während des Zeitintervalls T₀, für das der Lärmindex gilt. L_E,i ist der Einzelereignis-Lärmexpositionspegel des i-ten Lärmereignisses. g_i ist ein tageszeitabhängiger Gewichtungsfaktor (in der Regel definiert für die Zeitspannen Tag, Abend und Nacht). Im Prinzip ist g_i ein Multiplikationsfaktor für die Anzahl der Flüge in bestimmten Zeiträumen. Die Konstante C kann unterschiedliche Bedeutungen haben (normalisierende Konstante, jahreszeitliche Bereinigung usw.). Unter Verwendung der Beziehung gi10Δi10 bei der Δ_i die Dezibelgewichtung für den i-ten Zeitraum ist, lässt. sich Gleichung 2.7.56 umschreiben als

Leq,W10lgt0T0Ni110LE,iΔi10C

(2.7.57)

d. h. die tageszeitliche Gewichtung wird durch eine additive Pegelverschiebung ausgedrückt.

2.7.25.

Die gewichtete Zahl der Flüge

Der kumulative Lärmpegel wird durch Addition der Beiträge aller verschiedenen Muster oder Kategorien von Luftfahrzeugen auf unterschiedlichen Flugrouten, die das Flughafenszenario ausmachen, abgeschätzt. Zur Beschreibung dieses Additionsprozesses werden die folgenden tiefgestellten Indizes eingeführt:

i

Index für Luftfahrzeugmuster oder -kategorie,

j

Index für Flugstrecke oder Unterstrecke (wenn Unterstrecken festgelegt sind),

k

Index für Flugstreckensegment.

Viele Lärmindizes — vor allem äquivalente Schallpegel — enthalten tageszeitliche Gewichtungsfaktoren g_i in ihrer Definition (Gleichung 2.7.56 und 2.7.57). Der Additionsprozess lässt sich durch Einführung einer „gewichteten Zahl der Flüge” vereinfachen:

Mij = (gday · Nij,day + gevening · Nij,evening + gnight · Nij,night)

(2.7.58)

Die Werte N_ij stellen die Zahl der Flüge des Flugzeugmusters/der Flugzeugkategorie i auf der Strecke (oder Unterstrecke) j in den Zeiträumen Tag, Abend bzw. Nacht dar⁽²⁷⁾. Anhand der Gleichung (2.7.57) ist der (generische) kumulative äquivalente Schallpegel L_eq am Beobachtungspunkt (x,y)

Leq,Wx,y10lgt0T0ijkMij10LE,ijkx,y10C

(2.7.59)

T₀ ist der Referenzzeitraum. Er hängt — außer von den Gewichtungsfaktoren g_i — von der spezifischen Definition des verwendeten Index (z. B. L_DEN) ab. L_E,ijk ist der Einzelereignis-Lärmpegelbeitrag des Segments k von Strecke oder Unterstrecke j für den Flug eines Luftfahrzeugs der Kategorie i. Die Abschätzung von L_E,ijk wird in den Abschnitten 2.7.14 bis 2.7.19 ausführlich beschrieben.

2.7.26.

Standardgitterberechnung und Verfeinerung

Wenn Lärmkonturen durch Interpolation zwischen Indexwerten an rechteckig angeordneten Gitterpunkten ermittelt werden, hängt ihre Genauigkeit von der Wahl der Gitterweite (Maschenweite) Δ_G ab, vor allem innerhalb von Zellen, in denen ein großes Gefälle bei der räumlichen Verteilung des Index zu einer engen Krümmung der Konturen führt (siehe Abbildung 2.7.s). Durch eine engere Gitterweite lassen sich Interpolationsfehler reduzieren, doch erhöht sich damit die Zahl der Gitterpunkte, was die Berechnungszeit verlängert. Für eine Optimierung der Gitterweite müssen Modellierungsgenauigkeit und Laufzeit gegeneinander abgewogen werden.

Abbildung 2.7.s

Eine deutliche Verbesserung der Recheneffizienz mit genaueren Ergebnissen wird mit der Verwendung eines unregelmäßigen Gitters zur Verfeinerung der Interpolation in kritischen Zellen erzielt. Das in Abbildung 2.7.s abgebildete Verfahren besteht darin, die Maschenweite lokal zu verengen und den Großteil des übrigen Gitters unverändert zu lassen. Dies ist sehr unkompliziert und erfolgt mit den folgenden Schritten:

1.

Festlegung einer Verfeinerungsschwellendifferenz ΔL_R für den Lärmindex.

2.

Berechnung des Basisgitters für eine Gitterweite Δ_G.

3.

Überprüfung der Differenzen ΔL der Indexwerte zwischen benachbarten Gitterknoten.

4.

Bei Bestehen von Differenzen ΔL > ΔL_R Festlegung eines neuen Gitters mit Gitterweite Δ_G/2 und Abschätzung der Pegel für die neuen Knoten auf folgende Weise:

Wenn	ΔL ≤ ΔLR	Berechnung des neuen Wertes	durch lineare Interpolation benachbarter Werte.
	ΔL > ΔLR		völlig neu anhand von Basiseingabedaten.

5.

Wiederholung der Schritte 1-4, bis alle Differenzen kleiner sind als die Schwellendifferenz.

6.

Abschätzung der Konturen durch lineare Interpolation.

Soll die Wertereihe mit anderen aggregiert werden (z. B. bei der Berechnung gewichteter Indizes durch Addition getrennter Tag-, Abend- und Nachtkonturen), ist darauf zu achten, dass die getrennten Gitter identisch sind.

2.7.27.

Verwendung gedrehter Gitter

In vielen praktischen Fällen verläuft eine Lärmkontur in Wirklichkeit symmetrisch um einen Kurs über Grund. Wenn die Richtung dieses Kurses jedoch nicht mit dem Berechnungsgitter ausgefluchtet ist, kann dies einen asymmetrischen Konturverlauf zur Folge haben.

Abbildung 2.7.t

Die einfachste Möglichkeit zur Vermeidung dieses Effekts ist eine engmaschigere Gestaltung des Gitters, was jedoch die Rechenzeit verlängert. Eine elegantere Lösung besteht darin, das Berechnungsgitter so zu drehen, dass seine Richtung parallel zu den Hauptkursen über Grund (d. h. in der Regel parallel zur Hauptpiste) verläuft. Abbildung 2.7.t zeigt die Wirkung einer derartigen Gitterdrehung auf den Konturverlauf.

2.7.28.

Nachzeichnen von Konturen

Ein zeitsparender Algorithmus, bei dem bei nur wenig mehr Rechenaufwand darauf verzichtet werden kann, eine ganze Gitterreihe von Indexwerten zu berechnen, besteht darin, den Verlauf der Kontur Punkt für Punkt nachzuzeichnen. Dazu bedarf es zweier Grundschritte, die auszuführen und zu wiederholen sind (siehe Abbildung 2.7.u):

Abbildung 2.7.u

Schritt 1 besteht darin, einen ersten Punkt P₁ auf der Kontur zu finden. Dies erfolgt durch Berechnung der Lärmindexpegel L in abstandsgleichen Schritten entlang eines „Suchstrahls” , von dem erwartet wird, dass er die benötigte Kontur des Pegels L_C kreuzt. Beim Kreuzen der Kontur ändert die Differenz δ = L_C - L das Vorzeichen. Daraufhin wird die Schrittweite entlang des Strahls halbiert, und die Suchrichtung wird umgekehrt, und zwar so lange, bis δ kleiner ist als eine vorher festgelegte Genauigkeitsschwelle. Schritt 2, der so lange wiederholt wird, bis die Kontur hinreichend definiert ist, besteht darin, den nächsten Punkt auf der Kontur L_C zu finden, der sich in einem bestimmten geradlinigen Abstand r vom aktuellen Punkt befindet. In aufeinanderfolgenden Winkelschritten werden Indexpegel und Differenzen δ an den Enden von Vektoren berechnet, die einen Bogen mit dem Radius r beschreiben. Durch eine entsprechende Halbierung und Umkehrung der Inkremente, diesmal in Richtung des Vektors, wird der nächste Konturpunkt mit vorher festgelegter Genauigkeit bestimmt.

Abbildung 2.7.v

Es werden einige Nebenbedingungen gestellt, um zu gewährleisten, dass die Kontur mit einem hinreichenden Grad der Genauigkeit abgeschätzt wird (siehe Abbildung 2.7.v):

1.

Die Länge der Sehne Δc (Abstand zwischen zwei Konturpunkten) muss innerhalb eines Intervalls [Δc_min, Δc_max] liegen, z. B. [10 m, 200 m].

2.

Das Längenverhältnis zwischen zwei benachbarten Sehnen der Längen Δc_n und Δc_{n + 1} muss begrenzt sein, z. B. 0,5 < Δc_n/Δc_{n + 1} < 2.

3.

Hinsichtlich einer guten Anpassung der Sehnenlänge an den Konturverlauf muss die folgende Bedingung erfüllt sein:

Φ_n· max(Δc_{n – 1}, Δc_n) ≤ ε(ε≈ 15 m)

Dabei ist f_n die Differenz der Sehnenrichtungen.

Wie Erfahrungen mit diesem Algorithmus zeigen, müssen im Durchschnitt zwei bis drei Indexwerte berechnet werden, um einen Konturpunkt mit einer Genauigkeit von besser als 0,01 dB zu bestimmen. Besonders bei einer notwendigen Berechnung großer Konturen beschleunigt dieser Algorithmus die Berechnungszeit erheblich. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass seine Umsetzung Erfahrung voraussetzt, vor allem, wenn sich eine Kontur in getrennte Inseln aufteilt.

2.8.

Zuweisung von Lärmpegeln und von Bewohnern zu Gebäuden

Für die Bewertung der Lärmexposition der Bevölkerung sind nur Wohngebäude zu betrachten. Anderen nicht zu Wohnzwecken genutzten Gebäuden wie Schulen, Krankenhäuser, Bürogebäude oder Fabriken sind keine Personen zuzuweisen. Der Zuweisung von Bewohnern zu den Wohngebäuden sind die neuesten amtlichen Daten (entsprechend den einschlägigen Regelungen des Mitgliedstaates) zugrunde zu legen. Da die Fluglärmberechnung anhand eines Rasters mit der Auflösung 100 m × 100 m erfolgt, sind die Pegel auf der Basis der Lärmpegel des nächstgelegenen Rasterpunkts zu interpolieren.

Bestimmung der Anzahl der Bewohner eines Gebäudes

Die Anzahl der Bewohner eines Wohngebäudes ist ein wichtiger Zwischenparameter für die Abschätzung der Lärmexposition. Leider stehen Daten zu diesem Parameter nicht immer zur Verfügung. Im Folgenden ist angegeben, wie sich dieser Parameter aus besser verfügbaren Daten ableiten lässt. Es werden folgende Symbole verwendet:

BA=

base area (Gebäudegrundfläche),

DFS=

dwelling floor space (Wohnfläche),

DUFS=

dwelling unit floor space (Wohneinheitsfläche),

H=

height (Gebäudehöhe),

FSI=

dwelling floor space per inhabitant (Wohnfläche je Bewohner),

Inh=

number of inhabitants (Anzahl der Bewohner),

NF=

number of floors (Geschossanzahl),

V=

volume of residential buildings (Rauminhalt von Wohngebäuden).

Zur Berechnung der Anzahl der Bewohner ist je nach Verfügbarkeit der Daten entweder das Verfahren „Fall 1” oder das Verfahren „Fall 2” heranzuziehen.

FALL 1: Daten zur Anzahl der Bewohner sind verfügbar

1A:

Die Anzahl der Bewohner ist bekannt oder wurde ausgehend von den Wohneinheiten geschätzt. In diesem Fall ist die Anzahl der Bewohner eines Gebäudes die Summe der Anzahl der Bewohner aller Wohneinheiten im Gebäude:

Inhbuildingni1Inhdwellinguniti

(2.8.1)

1B:

Die Anzahl der Bewohner ist nur für Gesamteinheiten bekannt, die größer sind als ein Gebäude, z. B. Blockränder, Häuserblocks, Quartiere oder eine ganze Gemeinde. In diesem Fall wird die Anzahl der Bewohner eines Gebäudes ausgehend vom Rauminhalt des Gebäudes geschätzt:

InhbuildingVbuildingVtotalInhtotal

(2.8.2)

Der Index „total” bezieht sich hier auf die jeweils betrachtete Gesamteinheit. Der Rauminhalt des Gebäudes ist das Produkt aus seiner Grundfläche und seiner Höhe:

Vbuilding = BAbuilding × Hbuilding

(2.8.3)

Ist die Gebäudehöhe nicht bekannt, ist sie auf Grundlage der Geschossanzahl NF_building unter Annahme einer durchschnittlichen Geschosshöhe von 3 m zu schätzen:

Hbuilding = NFbuilding × 3 m

(2.8.4)

Ist die Geschossanzahl ebenfalls nicht bekannt, ist ein für das Quartier oder den Stadtteil repräsentativer Standardwert für die Geschossanzahl zu verwenden.

Der Gesamtrauminhalt V_total von Wohngebäuden in der betrachteten Gesamteinheit wird als Summe der Rauminhalte aller Wohngebäude in der Gesamteinheit berechnet:

Vtotalni1Vbuildingi

(2.8.5)

FALL 2: Daten zur Anzahl der Bewohner nicht verfügbar

In diesem Fall wird die Anzahl der Bewohner auf der Grundlage der durchschnittlichen Wohnfläche je Bewohner FSI geschätzt. Ist dieser Parameter nicht bekannt, ist ein nationaler Standardwert zu verwenden.

2A:

Die Wohnfläche ist auf Basis der Wohneinheiten bekannt. In diesem Fall wird die Anzahl der Bewohner jeder Wohneinheit wie folgt geschätzt:

InhdwellingunitiDUFSiFSI

(2.8.6)

Nun kann die Anzahl der Bewohner des Gebäudes wie in FALL 1A geschätzt werden.

2B:

Die Wohnfläche ist für das gesamte Gebäude bekannt, d. h. die Summe der Wohnflächen aller Wohneinheiten im Gebäude ist bekannt. In diesem Fall wird die Anzahl der Bewohner wie folgt geschätzt:

InhbuildingDFSbuildingFSI

(2.8.7)

2C:

Die Wohnfläche ist nur für Gesamteinheiten bekannt, die größer sind als ein Gebäude, z. B. Blockränder, Häuserblocks, Quartiere oder eine ganze Gemeinde.

In diesem Fall wird die Anzahl der Bewohner eines Gebäudes ausgehend vom Rauminhalt des Gebäudes wie im FALL 1B beschrieben und die Gesamtzahl der Bewohner wie folgt geschätzt:

InhtotalDFStotalFSI

(2.8.8)

2D:

Die Wohnfläche ist unbekannt. In diesem Fall wird die Anzahl der Bewohner eines Gebäudes wie in FALL 2B beschrieben und die Wohnfläche wie folgt geschätzt:

DFSbuilding = BAbuilding × 0,8 × NFbuilding

(2.8.9)

Der Faktor 0,8 ist der Umrechnungsfaktor Bruttogeschossfläche → Wohnfläche. Ist ein anderer Faktor als repräsentativ für die Gegend bekannt, ist dieser zu verwenden und eindeutig zu dokumentieren.

Ist die Geschossanzahl des Gebäudes nicht bekannt, ist sie anhand der Gebäudehöhe H_building zu schätzen, was typischerweise eine gebrochene Geschosszahl zum Ergebnis hat:

NFbuildingHbuilding3 m

(2.8.10)

Sind weder die Gebäudehöhe noch die Anzahl der Geschosse bekannt, ist ein für das Quartier oder den Stadtteil repräsentativer Standardwert für die Geschossanzahl zu verwenden.

Zuweisung von Empfangspunkten zu Gebäudefassaden

Die Ermittlung der Lärmexposition der Bevölkerung beruht auf einer Empfangspunkthöhe von 4 m über der Geländehöhe vor Wohngebäudefassaden. Zur Berechnung der Anzahl der Bewohner ist entweder das Verfahren Fall 1 oder das Verfahren Fall 2 für bodenseitige Lärmquellen zu verwenden. Für gemäß 2.6 berechneten Fluglärm werden alle Bewohner eines Gebäudes mit dem nächstgelegenen Berechnungspunkt im Gitter assoziiert.

FALL 1

a)

Segmente mit einer Länge von mehr als 5 m werden in regelmäßige Abschnitte der größtmöglichen Länge, aber kleiner/gleich 5 m unterteilt. Die Empfangspunkte werden in die Mitte jedes regelmäßigen Abschnitts gesetzt.

b)

Die verbleibenden Segmente mit einer Länge von mehr als 2,5 m sind durch einen Empfangspunkt in der Mitte jedes Segments vertreten.

c)

Die verbleibenden benachbarten Segmente mit einer Gesamtlänge von mehr als 5 m werden analog zu a und b als Polylinienobjekte behandelt.

d)

Die einem Empfangspunkt zugewiesene Anzahl der Bewohner ist mit der Länge der repräsentierten Fassade zu gewichten, so dass die Summe über alle Empfangspunkte die Gesamtzahl der Bewohner repräsentiert.

e)

Nur bei Gebäuden mit Geschossflächen, die auf eine einzige Wohneinheit je Geschoss hindeuten, wird der Lärmpegel der am stärksten exponierten Fassade direkt für die Statistik verwendet und zur Anzahl der Bewohner in Beziehung gesetzt.

FALL 2

a)

Die Fassaden werden gesondert betrachtet oder alle 5 m vom Startpunkt an aufgeteilt, so dass ein Empfangsort in der Mitte des Fassadenteils oder des 5-m-Segments gesetzt wird.

b)

Der verbleibende Abschnitt hat seinen Empfangspunkt in der Mitte.

c)

Die einem Empfangspunkt zugewiesene Anzahl der Bewohner ist mit der Länge der repräsentierten Fassade zu gewichten, so dass die Summe über alle Empfangspunkte die Gesamtzahl der Bewohner repräsentiert.

d)

Nur bei Gebäuden mit Geschossflächen, die auf eine einzige Wohneinheit je Geschoss hindeuten, wird der Lärmpegel der am stärksten exponierten Fassade direkt für die Statistik verwendet und zur Anzahl der Bewohner in Beziehung gesetzt.

3.

EINGABEDATEN

Eingabedaten, die jeweils im Zusammenhang mit den oben beschriebenen Methoden zu verwenden sind, werden in Anlage F bis Anlage I aufgeführt. Sind in Anlage F bis Anlage I aufgeführte Eingabedaten nicht anwendbar oder verursachen Abweichungen vom wahren Wert, die die in 2.1.2 und 2.6.2 genannten Bedingungen nicht erfüllen, so können andere Werte verwendet werden, vorausgesetzt, die verwendeten Werte und die Methodik ihrer Herleitung sind hinreichend dokumentiert, wozu auch ein Nachweis der Eignung gehört. Diese Informationen sind öffentlich zur Verfügung zu stellen.

4.

MESSMETHODEN

Werden aus einem beliebigen Grund Messungen durchgeführt, müssen diese entsprechend den Grundsätzen für die zeitlich gemittelten Messungen nach ISO 1996-1:2003 und ISO 1996-2:2007 oder, für Fluglärm, nach ISO 20906:2009 erfolgen.