Schallteilchen

Beim Teilchenmodell wird ausgehend vom Quellort eine große Anzahl sogenannter "Schallteilchen" quasi-zufällig in alle Raumrichtungen ausgesandt. Dabei spielt die Ortslage der Immissionspunkte, Raster- oder Voxelgitter-Punkte keine Rolle, sondern es ist nur die Richtung des jeweiligen Schallteilchens relevant. Jedes Schallteilchen repräsentiert einen Raumwinkelausschnitt einer Kugelwelle mit entsprechender Teilenergie der Schallquelle. Die Schallteilchen werden bis zur vorgegebenen maximalen Laufzeit oder Reflexionsordnung verfolgt. Dabei können Hindernisse absorbierend, streuend und transmittierend wirken, die Raumbegrenzungsflächen wirken absorbierend und ggf. streuend. Der Immissionspegel je Zählvolumen (Voxel) wird durch Summation der einzelnen Energiebeiträge erhalten.

Berechnungsprinzip des Teilchenmodells: Teilchenstrahlen und Zählvolumen

Der Berechnung kann in vier Schritte gegliedert werden:

1. Im ersten Schritt werden die von der oder den Quellen ausgehenden Teilchen zufällig erzeugt. Der verwendete Algorithmus stellt sicher, dass die Richtungsverteilung der von der/den Quelle/n ausgehenden Teilchen zufällig ist, aber auch bei hohen Teilchenzahlen oder mehreren Iterationen keine Richtungshäufungen aufweist. Es werden so viele Teilchen - verteilt auf alle Quellen - erzeugt, wie in der Berechnungskonfiguration, Abschnitt „Teilchen“ vorgegeben wurden (standardmäßig 100.000 Teilchen, absolut). Die Lage der Ersatz-Punktquellen bei Linien- und Flächenquellen ist ebenfalls zufällig. Beide Vorgehensweisen stellen sicher, dass keine systematischen räumlichen Pegelabweichungen (negativ oder positiv) auftreten. Bei zu geringer Teilchenzahl treten - naturgemäß - zwischen verschiedenen Rechenläufen bei ein- und derselben Quellanordnung Pegelunterschiede auf (beschrieben durch die Standardabweichung).

2. Im zweiten Schritt wird der Weg der so erzeugten Teilchen im Raum bis zu der eingestellten maximalen Laufzeit oder Ordnung verfolgt. Bei der Reflexion an Raumbegrenzungsflächen oder an Hindernissen wird nach den Gesetzen der geometrischen Raumakustik die Richtung des reflektierten Teilchens ermittelt. Dabei wird die Energie, die jedes Teilchen repräsentiert, durch die Absorptionseigenschaften des Reflektors gemindert.Falls die Streuung an Raumbegrenzungsflächen oder an Hindernissen zugelassen ist (siehe Registerkarte „Teilchenmodell“), werden die einfallenden Teilchen im Verhältnis des Streugrades gestreut oder reflektiert. Dabei wird eine räumliche Verteilung der gestreuten Energie entsprechend einem Lambertscher Strahler verwendet („ideal diffus“).Falls die Transmission von Hindernissen zugelassen ist (siehe Registerkarte „Teilchenmodell“), werden die einfallenden Teilchen im Verhältnis des Transmissionsgrades transmittiert oder reflektiert. Teilchen erfahren bei der Transmission keine Richtungsänderung.

3. Im dritten Schritt wird die Energie aller in einem Zählvolumen eintreffenden Teilchen aufsummiert. Das einzelne Zählvolumen entspricht einer 3D-Raumzelle, festgelegt durch die Abmessungen des Voxelgitters. Standardmäßig beträgt das Zählvolumen 0.125 m³ (mit den Abmessungen 0.5*0.5*0.5 m). Die Durchstoßlänge eines Teilchens innerhalb eines Voxels wird als Kompensationsgröße für die unterschiedlich großen Raumwinkel verwendet, die je nach Einfallsrichtung des Teilchens abgedeckt werden.

4. Im vierten Schritt wird geprüft, ob nach dem aktuellen Iterationsschritt die in der Konfiguration (siehe Konfiguration, Registerkarte „Berechnung“) eingestellten maximalen Standardabweichungen (in dB) für Voxel und/oder für Immissionspunkte eingehalten werden (Abbruchkriterium). Falls nicht, wird eine weitere Iteration ausgeführt. Nach jeder Iteration erfolgt diese Prüfung erneut, bis die Kriterien für Voxel und/oder Immissionspunkte erfüllt sind.

Hinweis

Beim Teilchenmodell können keine Strahlen zu den Immissionspunkten angezeigt werden (siehe Immissionspunkt, Option "Generiere Strahlen (als Hilfspolygone)"), da keine dezidierten Strahlen dorthin ausgesandt werden. Aus demselben Grund können in diesem Fall der arbeitsplatz-bezogene Emissions-Schalldruckpegel L_pA (dB) von Quellen, die einem Immissionspunkt zugeordnet wurden, nicht im Immissionspunkt-Pegel berücksichtigt werden (siehe auch „Teilchen-Ping-Pong“, Kapitel 3D-Ansicht).

Kombiniertes Verfahren„Spiegelquellen --> Teilchen“

Beim kombinierten Verfahren „Spiegelquellen --> Teilchen“ wird das Spiegelquellen-Verfahren bis und einschließlich der dort eingestellten Ordnung n angewandt. Für die höheren Ordnungen (beginnend mit n+1) bis zur vorgegebenen maximalen Laufzeit oder Reflexionsordnung wird das Teilchen-Verfahren verwendet (siehe Konfiguration).

Mit dem kombinierten Verfahren kann die Berechnung komplexer Szenarien mit vielen abschirmenden Objekten, gegenüber der alleinigen Anwendung des Spiegelquellen-Verfahrens i.d.R. erheblich beschleunigt werden, ohne die Energiebeiträge höherer Reflexionsordnungen vollständig zu vernachlässigen.

Hinweis

Bei Verwendung des kombinierten Verfahrens „Spiegelquellen --> Teilchen“ wird der arbeitsplatz-bezogene Emissions-Schalldruckpegel L_pA (dB) von Quellen, die einem Immissionspunkt zugeordnet wurden, im Immissionspunkt-Pegel berücksichtigt. In diesem Fall ist der Direktschall der referenzierten Quelle durch den Emissions-Schalldruckpegel bestimmt, während die Direktanteile anderer Quellen und die Anteile des Raumschalls aus der Strahlverfolgung resultieren.

Anwendungshinweise

Die Unterschiede zwischen den Berechnungsverfahren „Spiegelquellen“ (ohne Beugung, siehe Spiegelquellen) und „Teilchen“ sind bei genügend hoher Teilchenzahl gering.

	Spiegelquellen Ordnung 0 Rasterabstand 1*1 m Beispiel: Dateien\Handbuch\Kap 7_2\Tabelle 1\Spiegelquellen - ReflexOrdn 0.cni
	Teilchen Ordnung 0 Voxelabstand 1*1*1 m Teilchenzahl 1 Millionen (Standardeinstellung) Beispiel: Dateien\Handbuch\Kap 7_2\Tabelle 1\Teilchenmodell 1 Mio - Reflex Ordnung 0.cni
	Teilchen Ordnung 0 Voxelabstand 1*1*1 m Teilchenzahl 10 Millionen Beispiel: Dateien\Handbuch\Kap 7_2\Tabelle 1\Teilchenmodell 10 Mio - Reflex Ordnung 0.cni

Tabelle 1: Verfahrensvergleich Spiegelquellen/Teilchen, Einfluss höherer Teilchenzahl

Beim Teilchenmodell ist es nicht sinnvoll, den Voxelabstand zu reduzieren, um qualitativ bessere Ergebnisse zu erzielen. Vielmehr ist hier eine ausreichend hohe Teilchenzahl für die Güte der Ergebnisse entscheidend.

	Spiegelquellen Ordnung 0 Rasterabstand 0.2*0.2 m Beispiel: Dateien\Handbuch\Kap 7_2\Tabelle 2\Spiegelquellen - Reflex Ordnung 0 - Raster 0.2x0.2 m.cni
	Teilchenmodell Ordnung 0 Voxelabstand 1*1*1 m Teilchenzahl 1 Millionen Beispiel: Dateien\Handbuch\Kap 7_2\Tabelle 2\Teilchenmodell 1 Mio - Reflex Ordnung 0 - Voxel 1x1x1 m.cni
	Teilchenmodell Ordnung 0 Voxelabstand 1*1*1 m Teilchenzahl 10 Millionen Beispiel: Dateien\Handbuch\Kap 7_2\Tabelle 2\Teilchenmodell 10 Mio - Reflex Ordnung 0 - Voxel 1x1x1 m.cni

Tabelle 2: Vergleich Spiegelquellen/Teilchen bei kleinerem Raster- bzw. Voxelabstand

Bei zu kleiner Teilchenzahl ist, mit zunehmendem Abstand von der Quelle, der örtliche Pegel nur noch von wenigen dort ankommenden Teilchen bestimmt und weist daher eine hohe statistische Unsicherheit auf. Zudem resultieren für geringe Teilchenzahlen - aufgrund der zufällig erzeugten Richtung, in die die Schallteilchen ausgesandt werden - bei wiederholter Berechnung jedes Mal andere Pegelverteilungen.

	Teilchenmodell Ordnung 0 Voxelabstand 1*1*1 m Teilchenzahl 10.000 Beispiel: Dateien\Handbuch\Kap 7_2\Tabelle 3\Teilchenmodell 10000 - Reflex Ordnung 0 - Voxel 1x1x1 m.cni
	Teilchenmodell Ordnung 0 Voxelabstand 1*1*1 m Teilchenzahl 100.000 Beispiel: Dateien\Handbuch\Kap 7_2\Tabelle 3\Teilchenmodell 100000 - Reflex Ordnung 0 - Voxel 1x1x1 m.cni

Tabelle 3: Teilchenmodell bei kleinen Teilchenzahlen

Hinweis

Der gleichartige Fall mit den Teilchenzahlen 1.000.000 und 10.000.000 wurde schon in Tabelle 1 behandelt, siehe dort.