Schall ist eine Art Welle, also die Schwingung der Luft. Wenn die Luft strömt, kann die Ausbreitung von Schallwellen in die Überlagerung zweier Arten von Bewegungen zerlegt werden: den Luftstrom und die Bewegung der Schallwelle relativ zur Luft.
Zu den Faktoren, die die Schallausbreitung beeinflussen, gehören neben Bedingungen wie Temperatur und Dichte auch „Windgeschwindigkeitsgradienten“. Windgeschwindigkeitsgradienten können den Weg des Schalls durch die Luft verändern oder der Wind kann zu einer Krümmung des Schalls führen. Dies ist der interessanteste Ort.
Wir gehen von einer typischen Schallgeschwindigkeit von 340 m/s aus und in der Luft weht eine Brise von 5 m/s. Die durch den Wind verursachte Schallintensität beträgt ≈1,03-mal so viel wie bei Windstille, was wirklich zu gering ist. Wenn der Wind jedoch besonders stark ist, kann der Zuhörer möglicherweise nicht einmal die gesprochene Stimme klar hören, da der Wind stärker ist als die menschliche Stimme.
Bei Schallwellen mit langen Ausbreitungswegen (mehr als 50 Meter) werden die Schallwellen nach oben gebrochen, wenn der Wind entgegen der Schallausbreitungsrichtung (also gegen den Wind) weht. Dies liegt daran, dass die raue Oberfläche (große Bäume, Gebäude, Weizen usw.) die Windausbreitung behindert und Turbulenzen Q bildet, so dass die Windgeschwindigkeit in Bodennähe etwas geringer ist als die obere Luftgeschwindigkeit bzw. die obere Luftgeschwindigkeit schneller (in Oberflächennähe Die Windgeschwindigkeit nimmt im Allgemeinen mit der Entfernung vom Boden zu), und dieser Unterschied in der Windgeschwindigkeit erzeugt einen Windgeschwindigkeitsgradienten. Wie oben erwähnt, hat der Gradient wiederum Einfluss auf die Schallgeschwindigkeit. In der umgekehrten Zone ist die Schallwellenausbreitungsgeschwindigkeit umso langsamer, je größer die Windgeschwindigkeit ist (tatsächliche Schallgeschwindigkeit=Schallgeschwindigkeit minus Windgeschwindigkeit), sodass der Schall nach oben gebogen wird.
Theoretisch kann bei einem 6-starken Wind mit einer Windgeschwindigkeit von 13 Kilometern pro Stunde die durchschnittliche Reduzierung um einige Dezibel pro 100 Meter reduziert werden, tatsächlichen Messungen zufolge kann es jedoch zu einem Verlust von mehr als 20 Dezibel kommen aus relativ großer Entfernung beobachtet werden.
Wenn der Wind in die gleiche Richtung wie der Schall weht (Rückenwind), wird der Schall in Richtung Boden gebrochen, so dass die Bedingungen dafür günstig sind, dass sich der Schall zum Boden ausbreitet und vom Boden reflektiert wird, was die Intensität erhöht des Schalls (Schallpegel).
Windgeschwindigkeitsgradienten führen zu einer Brechung des Schalls, wodurch Geräusche von Quellen (sogar von hinter Bäumen) leichter in Windrichtung (Downwind) und schwerer in Windrichtung (Upwind) zu hören sind.
Wenn sich der Zuhörer jedoch in der Nähe der Schallquelle und in Windrichtung befindet, wird der Ton tatsächlich stärker gehört.
Dies liegt daran, dass Reflexionen vom Boden im Spiel sind. Aber solange die Entfernung größer ist (300 Meter), kommt es zu einer schnellen Schalldämpfung (angezeigt durch den schattierten Bereich in der Abbildung unten).
Das Obige ist eine theoretische Analyse, das Folgende sind die tatsächlich gemessenen Daten, der Ordinatenwert sollte der durch den Windfaktor verursachte Korrekturbetrag sein.
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Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Wind nicht nur die Geschwindigkeit der Schallausbreitung beeinflusst, sondern auch die Richtung der Schallausbreitung.
