Schallausbreitung in der Nordsee

Die Schallausbreitung im Meer wird durch zwei Faktoren stark beeinflusst:

  • Einfluss des Abstands und
  • Einfluss der Wassertiefe

Einfluss des Abstands auf die Schallausbreitung in der Nordsee

Für überschlägige Rechnungen kann man annehmen, dass der Schalldruck mit der Entfernung nach einem einfachen Potenzgesetz abnimmt. Der Pegel in dB verringert sich dann um:

mit
r1 und r2    – Entfernung zur Schallquelle vergrößert sich von r1 auf r2
TL        – Durchgangsdämpfung; engl. Transmission Loss
k         – Konstante (für die Nordsee kann k = 15 angesetzt werden)

Häufig wird die Durchgangsdämpfung bzw. TL für einen Abstand r1 = 1 m (fiktiver Abstand zur punktförmig gedachten Quelle) angegeben. Die daraus zu berechnende Schallleistung eines Rammschlages in 1 m Entfernung wird oftmals auch als Quellpegel bezeichnet. Die obige Gleichung vereinfacht sich dann zu TL = k log (r/Meter). Diese einfache Rechnung berücksichtigt allerdings nicht, dass die Abnahme des Schalldrucks mit der Entfernung auch von der Frequenz abhängt. Zusätzlich ist zu beachten, dass die o. g. Formel nur für das „Fernfeld“ eines akustischen Signals gilt, d. h. in einigem Abstand (frequenzabhängig) von der Quelle.

In Luft liegt die Grenze zwischen Nah- und Fernfeld frequenzabhängig bei ca. 2λ (2λ – Wellenlänge; frequenzabhängig). Für Unterwasserschall bei Rammungen von Wind­energie­anlagen existieren keine detaillierten Studien von Nah- und Fernfeld. Es ist zu erwarten, dass die Grenze zwischen Nah- und Fernfeld im Bereich 2λ bis 10λ liegen wird.
Zusätzlich macht sich bei Abständen von einigen Kilometern die Absorption im Wasser bemerkbar und bewirkt eine weitere Verringerung des Schalldrucks. Des Weiteren hat bei solch großen Entfernungen das Wetter einen Einfluss auf den Schallpegel im Wasser; bei starkem Wind und Seegang ist der Schalldruckpegel niedriger. Dies liegt an der größeren Oberflächenrauigkeit des Meeres und vor allem an dem erhöhten Lufteintrag durch Wellenschlag in die obere Meeresschicht.
Von Thiele und Schellenstede (1980, Standardwerte zur Ausbreitungsdämpfung in der Nordsee. FWG-Bericht 1980-7, Forschungsanstalt der Bundeswehr für Wasserschall und Geophysik) haben Näherungsformeln zur Berechnung der Schallausbreitung für verschiedene Gebiete der Nordsee sowie für „glatte“ und für „raue“ See veröffentlicht:

mit
F    = 10 log(f/[kHz])
R     – Abstand

Strenggenommen gelten die Zusammenhänge aus dieser Gleichung nur für winterliche Bedingungen mit guter Durchmischung des Wassers ohne ausgeprägtes Schallgeschwindigkeitsprofil in der Nordsee.

Einfluss der Wassertiefe auf die Schallausbreitung in der Nordsee

Die Schallausbreitung im Meer wird ebenfalls von der Wassertiefe beeinflusst. Unterhalb einer bestimmten Grenzfrequenz ist keine kontinuierliche Schallausbreitung möglich; je flacher das Gewässer umso höher ist diese Frequenz. In 10 m tiefem Wasser liegt die Grenzfrequenz fg je nach Sedimenttyp in der Größenordnung von 100 Hz (Urick R. (1983): “Principles of underwater sound”, 3rd ed. Pensinsula Publishing, Los Altos). Schall in der Nähe der Grenzfrequenz wird mit wachsender Entfernung zur Schallquelle stärker abgeschwächt bzw. gedämpft als z. B. durch folgende Gleichung berechnet:

mit
F    = 10 log(f/[kHz])
R     – Abstand

Streng genommen gelten die Zusammenhänge aus dieser Formel nur für winterliche Bedingungen mit guter Durchmischung des Wassers ohne ausgeprägtes Schall­geschwindig­keits­profil in der Nordsee (deutsche Bucht).