Einfluss der Geometrie auf die Wirkung von Schallschutzwänden

Kurzfassung

Schallschutzwände spielen eine wichtige Rolle beim Schutz der Bevölkerung vor schädlichem Lärm. Zur Planung einfacher, senkrecht stehender Schallschutzwände gibt es seit Jahren Verfahren, die standardisiert und rechtlich festgeschrieben sind. Die Konsequenz ist, dass lediglich die Höhe der Schallschutzwand variiert wird, um die geforderte Abschirmwirkung zu erzielen. Da die Abschirmwirkung maßgeblich durch die Beugung an der Oberkante der Wand beeinflusst wird, entstand die Idee, die Geometrie der Oberkante durch Aufsätze zu verändern, um eine höhere akustische Abschirmwirkung bei gleicher Höhe zu erzielen. In Forschungsarbeiten finden sich Untersuchungen zu Aufsätzen mit unterschiedlichen Formen und aus unterschiedlichen Materialien (absorbierend, reflektierend). Je nach Form spielen unterschiedliche Parameter eine Rolle bei der Gestaltung dieser Aufsätze. Daher ist es auch schwierig ein standardisiertes Verfahren zur Planung dieser zu entwickeln. In den letzten Jahren sind beim Bau neuer Verkehrswege auch neue Schallschutzwände entstanden. Dabei trifft man immer häufiger auf Konstruktionen, die geneigt oder auch gebogen sind oder im oberen Wandbereich eine Neigung aufweisen. Diese geneigten Abschnitte auf einer Schallschutzwand kann man auch als klappenförmige Aufsätze auffassen. In der vorliegenden Arbeit wird die Wirkung von klappenförmigen Aufsätze auf die Beugung an Schallschutzwänden untersucht. Obwohl in der Fachliteratur bereits Untersuchungen zu Schallschutzwänden mit T-, Y- und Pfeil-Profilen zu finden sind, ist nicht ersichtlich, welchen Einfluss die Öffnungswinkel und Längen der einzelnen Klappen bei diesen Aufsätzen haben. Vor allem bei dem Versuch, die gewonnenen Erkenntnisse in die Praxis zu übertragen, sind diese Parameter von entscheidender Bedeutung, daher ist es wichtig, ihren Einfluss auf die Abschirmwirkung zu bestimmen. In den theoretischen Betrachtungen hierzu wurde ein mathematisches Modell entwickelt, das die Grundlage für die numerische Betrachtung bildet. Die analytische Lösung für den Druck beschreibt das Schallfeld sowohl vor als auch hinter der Schallschutzwand. In numerischen und experimentellen Studien wurde die Abschirmwirkung, die durch den klappenförmigen Aufsatz entsteht, in Abhängigkeit der Aufsatzparameter „Klappenöffnungswinkel“ und „Klappenlänge“ untersucht. Dabei stellte sich heraus, dass die Wirkung der Aufsätze stark von der Quellposition abhängt. Erst wenn der Klappenöffnungswinkel größer als der Quellwinkel ist, sind Verbesserungen durch den Aufsatz zu erwarten. Die Klappenlänge ist ein wichtiger Parameter im Hinblick auf die Frequenzabstimmung des Aufsatzes. Die Parameteruntersuchungen haben gezeigt, dass eine einfache Planungsgrundlage für klappenförmige Aufsätze nicht offensichtlich ist. Daher muss beim Einsatz in der Praxis eine numerische Untersuchung erfolgen. Allerdings konnte auch gezeigt werden, dass es möglich ist, mit dem hier verwendeten numerischen Modell Voraussagen über die Wirkung der Aufsätze zu treffen. //Abstract: Noise barriers play an important role in protecting citizens from harmful noise. Standardized and legalized procedures for the planning of simple, upright noise barriers has existed for many years now. The result is that, by simply varying the height of the noise barrier, the desired sound protection is achieved. Sound protection is substantially influenced by the diffraction at the upper edge of the wall. Thus the idea arose that the geometry of the upper edge could be altered through attachments in order to achieve higher acoustical blocking with walls of the same height. Studies show investigations of attachments with different forms and of different materials (absorbing, reflective). Depending on the form, various parameters played a role in the design of such attachments. In the past few years, new noise barriers have been erected during the construction of new traffic routes. More and more, these constructions have upper wall areas that are inclined or even bent. These inclined portions of a noise barrier can be viewed as flap-like attachments. This study investigates the effect of these flap-like attachments on the diffraction by a noise barrier. Despite the presence of studies of noise barriers with T-, Y-, and arrow profiles in the technical literature, the influence of the angle of opening and the lengths of individual flaps of the attachments is not evident. Above all, the results gained during the experiment demonstrate that these parameters are significant; therefore it is important to determine their influence on the shielding effectiveness. To date, theoretical examinations developed a mathematical model that serves as a basis for numerical examinations. The analytical solution for the pressure describes the sound field in front of and behind the noise barrier. Numerical and experimental studies examine the shielding effectiveness achieved through these flap-like attachments, dependent on the attachment parameters “angle of flap opening” and “flap length”. It was discovered that the effect of the attachments was strongly dependent on the source position. Improvements from the attachments were seen only when the angle of the flap opening was greater than that of the source angle. The length of the flap is thus an important parameter with regard to the frequency adjustment of the attachment. The investigation of parameters has shown that a simple basis for the planning of flap-like attachments is not evident. Numerical analyses must be undertaken for practical applications. However, it is also demonstrated that it is possible to use the numerical models applied in this study to be able to predict the effects of attachments.