Brechung von Schallwellen (Refraktion)
zurück
 
Schallwellen würden sich in der Atmosphäre nur dann geradlinig ausbreiten, wenn die Schallgeschwindigkeit überall gleich wäre und kein Wind herrschte. Da die Schallgeschwindigkeit von der Lufttemperatur abhängt und sich diese wiederum vor allem mit der Höhe stark ändert, kann nicht von einer einheitlichen Schallgeschwindigkeit ausgegangen werden. Auch weht in der Atmosphäre häufig ein Wind, der die Schallwellen zusätzlich verfrachtet. Auch die windbedingte zusätzliche Schallgeschwindigkeit hängt von der Höhe ab, da die Windgeschwindigkeit vom Boden ausgehend mit der Höhe zunimmt.

In einem Medium mit unterschiedlichen Ausbreitungsgeschwindigkeiten, breiten sich Wellen nicht mehr geradlinig aus, sondern werden gebrochen, d.h. die Ausbreitung verläuft gekrümmt. Dies geschieht auch mit den Schallwellen in der Atmosphäre.

Die Darstellung der Brechung von Schallwellen geschieht in der Regel mit Hilfe von Schallstrahlen, die wie Lichtstrahlen, die Richtung der Wellenausbreitung beschreiben.


 

 

Reduzierte Hörbarkeit:
Nimmt die Schallgeschwindigkeit mit der Höhe ab, entweder weil die Temperatur mit der Höhe abnimmt und/oder im Falle von Schallausbreitung gegen den Wind (Gegenwindausbreitung), so werden die Schallstrahlen nach oben gebrochen. Es steht dabei ein akustischer Schatten, in den die Schallwellen nicht direkt einfallen können. Lediglich infolge von Beugung oder Streuung kann Schallenergie in die Schattenzone gelangen. Dennoch ist es in der Schattenzone deutlich leiser, als es auf Grund der Entfernung zur Quelle zu erwarten wäre.
Aufwärtsbrechung (Temperaturabnahme mit der Höhe und/oder Gegenwindausbreitung)
Verstärkte Hörbarkeit:
Nimmt die Schallgeschwindigkeit dagegen mit der Höhe zu, entweder weil die Temperatur mit der Höhe zunimmt (Inversionswetterlage) und/oder im Falle von Schallausbreitung in Windrichtung (Mitwindausbreitung), so werden die Schallstrahlen nach unten, d.h. in Richtung auf den Boden, gebrochen. Am Boden selbst kann es zu Reflexion kommen. Die reflektierten Schallstrahlen werden erneut nach unten gebrochen. Die Folge sind Mehrfachreflexionen und eine Begünstigung der Schallausbreitung in Bodennähe über weite Entfernungen hinweg.
Abwärtsbrechung (Inversionswetterlage und/oder Mitwindausbreitung)