Noise mapping with the PE method - a case study from interior Norway

Abstract

The Norwegian Armed Forces presently use the software Milnoise for mapping acoustic noise from their shooting- and practice ranges. Research and development on computational methods for outdoor sound propagation have focused largely on noise from traffic and industry, and Milnoise is predominantly based on those methods. Noise from heavier weapons and explosions differs from traffic noise in its low frequency content and longer range. This report is part of a project aiming to improve computational methods for such noise, thereby enabling more accurate prediction. At long distances it is known that sound propagation is strongly influenced by the weather conditions, with effects up to tens of dB. We have implemented a so-called parabolic equation (PE) method that can take into account detailed knowledge of weather conditions. PE methods are well established computational techniques, and much used for outdoor acoustics as well as other wave propagation phenomena. We have emphasised efficient implementation, i.e. short computation time. Even so, the increased level of detail compared to current Milnoise comes at a computational cost. In this report we demonstrate how the PE method can handle a realistic scenario with firing of an M109 howitzer at a practice range in Southern Norway. Since the PE method is a relatively precise acoustics model, much of the uncertainty in the resulting noise maps is related to the quality of the input weather and ground data. Over long distances it is very challenging to obtain good weather data. Ideally one should know the temperature and wind in rather large detail up to 2000 m altitude and in a radius of 20 km around the shooting range. The weather model in this report uses local data from weather stations that are distributed in or near the shooting range at different altitudes.

Forsvaret bruker i dag programvaren Milnoise for å kartlegge akustisk støy fra skyte- og øvingsfelt. Forskning på og utvikling av regnemetoder for utendørs lydutbredelse har hatt hovedfokuset på støy fra trafikk og industri, og Milnoise baserer seg i stor grad på de samme metodene. Lyd fra tyngre våpen og eksplosjoner skiller seg imidlertid fra trafikkstøy ved blant annet lav frekvens og lang rekkevidde. Rapporten er del av et prosjekt med mål å forbedre regnemetodene for slik støy, og dermed øke nøyaktigheten i støykartleggingen. På lang avstand er det kjent at lydutbredelsen er sterkt påvirket av værforhold, med lokale utslag på flere titalls desibel. Vi har implementert en regnemetode som kan ta i bruk detaljert kunnskap om været. Metoden er en såkalt ’parabolic equation method’. PE-metoder er anerkjent og mye brukt i utendørsakustikk og for andre bølgefenomener. Vi har lagt vekt på effektiv implementasjon, dvs. kort regnetid, men det vil uansett være en regnekostnad knyttet til det økte detaljnivået sammenliknet med Milnoise. I denne rapporten viser vi hvordan regnemetoden kan håndtere et realistisk scenario med skytestøy fra M109 155 mm felthaubits på Rena øvingsfelt. Siden PE-metoden er en relativt presis akustikkmodell, vil mye av usikkerheten i det resulterende støykartet komme fra input-dataene, det vil si vær og bakke-dataene. Over lange avstander er det svært krevende å få presise værdata. Ideelt sett bør man hele tiden vite temperatur og vind nokså detaljert opp til et par tusen meter og i en radius av et par mil rundt skytefeltet. I denne rapporten benytter vi lokale værstasjoner plassert i og nær Rena skytefelt i ulike høyder.