Richtwirkung bei Industriequellen

Falls Schallquellen nicht in alle Richtungen gleichförmig abstrahlen, kann dies durch Auswahl einer vorgegebenen oder durch Eingabe einer nutzer-definierten Richtwirkung berücksichtigt werden. Die eingestellte Industrie-Richtlinie (siehe Industriequellen) legt ggf. fest, wie eine Richtwirkung in die Ausbreitungsrechnung eingeht. Allerdings macht die Mehrzahl der Industrie-Richtlinien keine spezifischen Aussagen zum Umfang und zur Anwendung von eingegebenen Richtwirkungen. Die nachfolgenden Aussagen beziehen sich beispielhaft auf die Anwendung von Richtwirkungen in Verbindung mit DIN ISO 9613-2.

Richtwirkungen und DIN ISO 9613-2

Die Gleichung (3) in DIN ISO 9613-2 9613-1996 berücksichtigt formal die Richtwirkungskorrektur D_c:

\(L_{fT}(DW)=L_W+D_C-A\)

mit

• \(L_{fT}(DW)\): Energie-äquivalenter Oktavband-Dauerschalldruckpegel bei Mitwind, in dB

• \(L_W\): Oktavband-Schallleistungspegel in dB, der von der (Ersatz-) Punktquelle erzeugt wird (Bezugsschallleistung (10^-12 W)

• \(D_C=D_I+D_\Omega\): Richtwirkungskorrektur, in dB, wobei \(D_I\) das Richtwirkungsmaß der Punktschallquelle und \(D_\Omega\) das Raumwinkelmaß zur Berücksichtigung der Ausbreitung in einen Raumwinkel kleiner als \(4\pi\) ist.

• \(A\): Gesamt-Dämpfung je Oktavband während der Ausbreitung, in dB

Gemäß der Gleichung für L_fT(DW) wird die Richtwirkungskorrektur zum Schallleistungspegel addiert, sodass die Richtwirkung auf einen Summenpegel von Null dB normiert werden muss, um die abgestrahlte Schallleistung der Punktquelle nicht zu verändern. Weitere Angaben zur Eingabe oder Anwendung von Richtwirkungen (z.B. Winkelschritt-Weite, Anwendungsgrenzen im Zusammenhang mit dem Strahlsuch-Verfahren etc.) sind in DIN ISO 9613-2 nicht zu finden.

Diese Aussage gilt analog für andere Industrie-Richtlinien.

Hinweis

Bei der Modellierung von Straßen-, Schienen- oder Flugverkehrslärm werden u.U. auch quellseitige Richtwirkungen innerhalb der Ausbreitung berücksichtigt. Die dabei verwendeten Richtwirkungen sind dann fester Bestandteil der Quellbeschreibung und können - im Gegensatz zu Industriequellen (Punkt, Linien, Flächenquellen) - nicht durch den Anwender verändert werden.

Dialog Richtwirkung

Der Dialog Richtwirkung wird bei Mausklick auf die Schaltfläche „Richtwirkung“ im Quelldialog von Industriequellen (Punkt-, Linien, Flächenquellen) geöffnet.

Dialog Richtwirkung

Eine ausgewählte Richtwirkung wird nach Schließen des Dialogs Richtwirkung im Quelldialog durch ein Häkchen auf der Schaltfläche „Richtwirk.“ kenntlich gemacht.

Dialogoptionen

Listenfeld „Richtwirkung“

Zur Berücksichtigung der gerichteten Schallabstrahlung bei Industriequellen stehen zwei Arten von Richtwirkungen zur Verfügung:

• vordefinierte Richtwirkungen im Listenfeld „Richtwirkung“. Es sind z.B. folgende vordefinierten Richtwirkungen wählbar:
  • Kamin (nach VDI 3733 (1996), siehe Richtwirkung von Kaminmündungen)
  • Kamin (ISO 9613 (2024), siehe Richtwirkung von Kaminmündungen)
  • Bauteil & Öffnung (nach ÖAL28, siehe Richtwirkung von Bauteilen und Öffnungen)
  • Bauteil (nach ÖAL28/01, siehe Richtwirkung von Bauteilen und Öffnungen)

Beispiel

Pfad: Beispiele\Infos\Tunnel

• Tunnelmündung, reflektierend (TUNNEL_REFL) nach Pro-2008
• Tunnelmündung, absorbierend (TUNNEL_ABS) nach Pro-2008

Beispiel

Pfad: Beispiele\Infos\Freizeit

• Line Array, Typ „niedrig geflogen“, nach Tabelle 12 der „Ergänzung zur Sächsischen Freizeitlärmstudie (2019) Ede-2019
• Line Array, Typ „hoch geflogen“, dto. Ede-2019

• nutzer-definierte Richtwirkungen: Individuelle, frequenzabhängige Richtwirkungen können über das Menü Tabellen|Bibliotheken (global) oder (lokal)| Richtwirkung (siehe Nutzer-definierte Richtwirkungen) definiert werden. Sind nutzer-definierte Richtwirkungen vorhanden, so werden diese am Ende des Listenfeldes „Richtwirkung“ im Dialog Richtwirkung angezeigt.

Option „Richtwirkung automatisch“

Bei dieser Option (Standard) entspricht die Richtung 0° der gewählten Richtwirkung bei Punktquellen der Flächennormalen einer nahen Hausfassade. Nach erfolgter Berechnung werden die Koordinaten des Richtwirkungsvektors in die entsprechenden Felder „xyz“ eingetragen.

Automatische Orientierung nach Quelltyp

Die Orientierung des Richtwirkungsvektors ist abhängig vom Quelltyp. Es werden folgende Vorgehensweisen verwendet:

Quelltyp	Orientierung des Richtwirkungsvektors	Bild
Punktquelle	Der Richtwirkungsvektor weist in die Richtung des Normalen-vektors der nächstgelegenen Hausfassade in 1 m Umkreis um die Punktquelle. Wird keine Hausfassade gefunden, so wird der Richtwirkungsvektor unabhängig von der Quellhöhe in +z-Richtung ausgerichtet.	Vertikalschnitt Die zugewiesene Richtwirkung weist in positive z-Richtung (z=1), da Boden als Reflexfläche gesehen wird.
Linienquelle	Der Richtwirkungsvektor weist vom ersten bis zum letzten Polygonpunkt (für jedes Segment der Linienquelle). Die resultierende Pegelverteilung ergibt sich dadurch, dass die zugewiesene Richtwirkung am ersten Polygonpunkt jedes Segments entlang der Linienquelle angewandt wird.	Aufsicht
Flächenquelle	Der Richtwirkungsvektor weist in die Normalenrichtung der Flächenquelle. Die resultierende Verteilung ergibt sich dadurch, dass die zugewiesene Richtwirkung auf jede Ersatz-Punktquelle innerhalb der Flächenquelle angewandt wird.	Vertikalschnitt
vertikale Flächenquelle	Der Richtwirkungsvektor weist nach rechts, gesehen vom Anfangs- zum Endpunkt. Daher: Vertikale Flächenquellen an Gebäuden entgegen dem Uhrzeigersinn eingeben!	Aufsicht

Hinweis

Die automatische Orientierung des Richtwirkungsvektors bei Punktquellen erfolgt nur bei nahe gelegenen, reflektierenden Häusern, nicht bei reflektierenden Schirmen oder Zylindern.

Option „Richtungsvektor“

Ist diese Option aktiviert, so können die Richtwirkungsvektoren 1 und 2 durch Eingabe der Koordinatenrichtung xyz individuell orientiert werden. Die Angaben werden nach erfolgter Berechnung auf den Einheitskreis bezogen (Radius R=1, x²+y²+z²=1).

Beispiele:

Koordinaten		Richtwirkungsvektor weist in Richtung ...
Vektor 1	Vektor 2
(1, 0, 0)	(0, 0, 0)	... der positiven x-Achse (somit "nach rechts").
(0, 0, 1)	(0, 0, 0)	... der positiven z-Achse (somit "nach oben").
(1, 1, 0)	(0, 0, 0)	... der Winkel-Halbierenden zwischen der positiven x- und der positiven y-Achse (somit 45° nach „rechts oben“). Nach erfolgter Berechnung werden die um-normierten Koordinaten des Vektors (x, y, z) = (0.7071, 0.7071, 0) angezeigt [R=sqrt(0.7071^2+0.7071^2)].

Option „Rotationswinkel“

Geben Sie alternativ die Winkel ein, die der Richtwirkungsvektor mit den Koordinatenachsen einschließt:

• phi φ: Drehwinkel des Richtwirkungsvektors 2 (in Abbildung: x') um die +z-Achse (in der xy-Ebene)
• theta ϑ: Drehwinkel, den der Richtwirkungsvektor 1 (in Abbildung: z') mit der +z-Achse einschließt
• psi ψ: Drehwinkel um die positive Achse des Richtwirkungsvektors 1 (in Abbildung: z')

Drehwinkel phi φ, theta ϑ und psi ψ

Darstellung der Richtwirkung für Punktquellen

Folgende Möglichkeiten stehen zur Darstellung der Richtwirkung stehen im Modell zur Verfügung:

• 2D-Darstellung: Im Darstellungsmenü kann ein weiterer Layer definiert werden, welcher in Abhängigkeit der Hauptrichtung DIR_ANGLE z.B. ein Pfeil anzeigt. Hierfür ist Darstellungsmenü bereits ein Layer beinhaltet, welcher zur Darstellung „Auf dem Bildschirm“ bzw. „Auf dem Papier“ aktiviert werden muss.
• 3D-Darstellung: Im Darstellungsmenü im Tab 3D kann die Option „Richtwirkung darstellen“ aktiviert werden. Mit dieser Option wird der Richtwirkungsballon auch in der 3D-Spezialansicht dargestellt.

Schaltfläche "3D"

Öffnet eine 3D-Ansicht, die die Richtwirkung als sog. „Ballon“ anzeigt. Zur Handhabung der Darstellung siehe Nutzer-definierte Richtwirkungen.

Da die Eingabe von Vektorkoordinaten oder Drehwinkeln möglicherweise nicht intuitiv möglich ist, können die Richtwirkung einfacher in der 3D-Ansicht ausgerichtet werden, indem Sie diese mit der Maus nach Bedarf drehen. Durch drücken der Umschalt/Shift-Taste werden die Werte im Dialog aktualisiert, sobald die Mausbewegung beendet wird. Zwischen den beiden Vektoren und den Drehwinkeln besteht immer eine 1: 1-Beziehung.

Abgasgeschwindigkeit (m/s), Abgastemperatur (°C), Windgeschwindigkeit (m/s)

sind zur Berechnung der vor-definierten Kaminrichtwirkung nach VDI 3733 (1996) erforderlich

Weitere Informationen

Interpolation bei Richtwirkungen

Bei der Anwendung eingegebener Richtwirkungen (über Menü Tabellen|Bibliotheken (lokal)|Richtwirkung) auf beliebige Strahlwege wird wie folgt vorgegangen:

• Für jeden Strahl (Quelle-Empfänger) bzw. (Quelle-erster Reflektor, siehe unten) wird dessen Winkel zur Nordrichtung ermittelt.
• Abhängig vom Richtwirkungsvektor der Quelle und der Strahlrichtung wird für jeden Strahl die relevante Richtwirkungskorrektur ermittelt. Dabei wird bei Strahlrichtungen zwischen zwei eingegebenen Winkelschritten (in 15° Abständen, siehe Nutzer-definierte Richtwirkungen) linear interpoliert.
• Der so ermittelte Wert für das Richtwirkungsmaß \(D_I\) wird zum ggf. quellseitig eingegebenen Raumwinkelmaß \(D_{\Omega}\) addiert und als \(D_C\) in der Ausbreitungsrechnung berücksichtigt (siehe Berechnungsprotokoll).

Richtwirkung bei reflektierten Strahlen

In den Regelwerken - z.B auch in DIN ISO 9613-2 - ist nicht festgelegt, wie mit Richtwirkungen in Verbindung mit reflektierten Strahlen vorzugehen ist. In CadnaA wird folgende Strategie angewandt:

• Bei ein- oder mehrfach reflektierten Strahlen bestimmt das erste von der Quelle ausgehende Teilstück des Strahls (Strahlweg von Quelle zum 1.Reflektor) die Richtung, auf Basis dessen die relevante Richtwirkungskorrektur ermittelt wird.
• Diese Richtwirkungskorrektur wird verwendet, auch wenn der Strahl - u.U. nach mehrfachen Reflexionen - aus einer anderen Richtung kommend am Aufpunkt eintrifft.