Was die Luft kostet – ISO 9613-1 konkret für die Bioakustik

NEXUS: Die Formel hinter der unsichtbaren Mauer

ISO 9613-1 demystifiziert – was steckt wirklich in dieser Norm, und warum ändert sie alles in der Bioakustik?

Es gibt Momente im Forschungsalltag, in denen man sich fühlt wie jemand, der gerade die Gebrauchsanleitung eines Geräts liest, das er schon jahrelang benutzt hat. Genau das ist mir passiert, als ich zum ersten Mal wirklich tief in ISO 9613-1 eingetaucht bin. Nicht als trockene Pflichtlektüre, sondern als ehrliche Frage: Was macht diese Norm eigentlich, wenn ich sie auf 45 kHz ansetze, bei 8°C und 78 % relativer Luftfeuchtigkeit – so wie neulich am Padersee?

Die Antwort hat mich überrascht. Und ein bisschen erschreckt. Denn sie zeigt, wie groß die „unsichtbare Mauer" wirklich ist – und wie präzise wir sie vermessen können, wenn wir es wollen.

🇬🇧 English Summary: The Formula Behind the Invisible Wall

What ISO 9613-1 really calculates – and why it matters for bat research.

ISO 9613-1 is the international standard for calculating atmospheric sound attenuation (α) — the energy a sound wave loses per meter of air it travels through. For bat echolocation frequencies (20–110 kHz), this attenuation is not a minor correction; it is the dominant factor that determines detection range.

The standard defines α as a function of:

• Frequency (f) — higher frequencies attenuate faster
• Temperature (T) — cold air absorbs more at high frequencies
• Relative Humidity (h) — dry air is the enemy of ultrasound range
• Atmospheric Pressure (p) — rarely changes α significantly at field conditions

The NEXUS system measures all four variables in real time using a BME680 sensor and calculates α for frequencies from 20 to 110 kHz — directly in the field, on every recording night. The result: detection ranges are no longer assumptions. They are calculated facts.

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Was ISO 9613-1 eigentlich ist – und was nicht

Viele begegnen dieser Norm zum ersten Mal in technischen Dokumenten zur Lärmschutzplanung. Straßen, Industrieanlagen, Windparks – da taucht sie auf. Was sie dabei alle gemeinsam haben: Es geht meist um den Schall, den Menschen hören. Also Frequenzen unter 10 kHz.

Für unsere Welt – die Welt des Ultraschalls, der Fledermäuse, der 25-bis-110-kHz-Rufe – war die Norm ursprünglich gar nicht primär gedacht. Und doch ist sie das präziseste Werkzeug, das wir haben. Denn ihre physikalischen Grundlagen gelten universell. Die Luft kennt keinen Unterschied zwischen einem Presslufthammer und einem Abendsegler.

Das Kernprinzip: ISO 9613-1 beschreibt, wie viel Schallenergie (in Dezibel) pro Meter Ausbreitung durch die Luft absorbiert wird. Das Ergebnis ist der Dämpfungskoeffizient α, angegeben in dB/m. Multipliziert man α mit der Entfernung zur Schallquelle, erhält man die gesamte atmosphärische Dämpfung dieser Strecke – in Dezibel.

Die Formel – endlich ohne Scheu

Ich werde die Norm nicht in ihrer vollen mathematischen Pracht abbilden – das ist Sache der ISO-Dokumente. Aber ich möchte zeigen, woraus α besteht. Denn sobald man das versteht, begreift man auch, warum der NEXUS so wichtig ist.

α  =  α_klassisch  +  α_molekular

mit:
α_klassisch  →  Viskositätsdämpfung & Wärmeleitung (frequenz²-abhängig)
α_molekular →  Rotationsschwingungen von O₂ und N₂ (stark feuchtigkeitsabhängig)

Das Interessante ist die Zweiteilung. Der klassische Anteil steigt mit dem Quadrat der Frequenz – verdoppelt man die Frequenz, vervierfacht sich dieser Beitrag. Der molekulare Anteil hingegen hängt stark von der Luftfeuchtigkeit und Temperatur ab, weil Wassermoleküle die Schwingungsrelaxation von Sauerstoff beeinflussen. Das ist der Teil, den niemand intuitiv erwartet – und der in der Praxis bei Ultraschall oft dominiert.

Die vier Variablen, die alles bestimmen

f Frequenz 20–110 kHz bei Fledermäusen. α wächst überproportional mit f. Bei 80 kHz ist die Mauer mehr als doppelt so dick wie bei 40 kHz.	T Temperatur Kälte erhöht α, weil die Relaxationsfrequenz von O₂ verschoben wird. Kühle Frühlingsnächte um 8°C sind für Ultraschall-Reichweiten besonders ungünstig.
h Relative Luftfeuchtigkeit Der heimliche Hauptdarsteller. Trockene Luft dämpft stärker als feuchte – kontraintuitiv, aber physikalisch eindeutig. h unter 30 % kann α bei 40 kHz um Faktor 2–3 erhöhen.	p Luftdruck Im Freiland (Meereshöhe bis ~500 m) ist der Einfluss minimal. Der NEXUS erfasst ihn über BME680 und AIR530 – für Vollständigkeit und Hochlagenforschung.

Zahlen, die nachdenklich machen

Theorie ist schön. Aber was bedeutet das konkret, wenn ich am Padersee sitze und auf meine Aufnahme warte? Hier sind einige typische Feldszenarien durchgerechnet:

Frequenz	Bedingung	α (dB/m)	Reichweite*
40 kHz	15°C, 70 % rF	~0,8 dB/m	~40 m
40 kHz	8°C, 40 % rF	~2,1 dB/m	~18 m
55 kHz	15°C, 70 % rF	~1,6 dB/m	~28 m
55 kHz	8°C, 40 % rF	~3,8 dB/m	~13 m
80 kHz	15°C, 70 % rF	~3,5 dB/m	~16 m
80 kHz	8°C, 40 % rF	~7,2 dB/m	~7 m

* Geschätzte Detektionsreichweite bei typischem Fledermaus-Quellpegel von ~110 dB re 20 µPa und Mikrofonschwelle von ~30 dB. Nur atmosphärische Dämpfung + geometrische Ausbreitung (1/r²) berücksichtigt.

Die Zahlen sprechen eine klare Sprache. Eine Zweidrittelminderung der Reichweite zwischen einer warmen, feuchten Sommernacht und einer kühlen, trockenen Frühlingsnacht ist keine Randnotiz – das ist die Differenz zwischen „Tier detektiert" und „Tier unsichtbar".

Der entscheidende Punkt für Citizen Science: Wenn zwei Beobachter an zwei verschiedenen Abenden am gleichen Standort forschen und unterschiedliche Aktivitätszahlen notieren, liegt das möglicherweise nicht an der Fledermaus-Population. Es liegt an der Luft.

Was der NEXUS daraus macht

Das Besondere am NEXUS ist nicht, dass er diese Formeln kennt. Die Formeln stehen in der Norm. Das Besondere ist, dass er sie in Echtzeit anwendet – draußen, bei Windböen, wenn ich gleichzeitig die Thermoskanne aufmache und auf den Bildschirm schaue.

Der BME680 liefert alle 8 Sekunden Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit und Luftdruck. Aus diesen drei Werten berechnet der SEEED XIAO ESP32S3 laufend α für das gesamte relevante Frequenzspektrum – von 20 bis 110 kHz, in 1-kHz-Schritten. Das Ergebnis ist nicht nur ein einzelner Koeffizient, sondern ein vollständiges α-Spektrum, das sich mit jeder Wetterfronten-Durchgang verändert.

Praktisches Beispiel aus dem Feld: Wenn der NEXUS um 22:14 Uhr meldet, dass α bei 45 kHz gerade von 1,4 auf 1,9 dB/m gestiegen ist, weiß ich: Die Detektionsreichweite für Breitflügelfledermäuse (Eptesicus serotinus) ist gerade um rund 25 % geschrumpft. Nicht weil weniger Tiere da wären – sondern weil die Mauer dicker geworden ist. Ein stiller Protokoll-Eintrag, der früher fehlen würde.

Warum „genug gemessen" nie genug ist

Ich höre manchmal den Einwand: „Für Citizen-Science-Zwecke reicht doch eine einfache Wetterstation." Und ja – für die Phänologie mag das stimmen. Aber für Bioakustik gilt: Wir messen mit einem Gerät, dessen Empfindlichkeit sich mit jeder Temperaturänderung verschiebt. Würde ein Fotograf akzeptieren, dass sich der ISO-Wert seiner Kamera während der Nacht heimlich ändert und er es nicht merkt? Nein. Warum sollten wir das in der Akustik tun?

Die SEN-15901-Wetterstation im NEXUS-Setup ergänzt das Mikroklimasensing um Windgeschwindigkeit und Niederschlag – zwei weitere Faktoren, die die effektive Reichweite beeinflussen, auch wenn ISO 9613-1 sie nicht direkt einbezieht. Wind erzeugt Hintergrundrauschen, das den Signal-Rausch-Abstand drückt. Regen produziert breitbandiges Prasseln. Auch das ist eine Mauer – nur eine aus Lärm statt aus Dämpfung.

Wo ich stehe und was noch kommt

Ich wäre unehrlich, wenn ich so täte, als wäre alles gelöst. Die Validierungsphase – Frühjahr 2026 – steht noch weitgehend aus. Was ich jetzt habe, ist ein System, das rechnet. Was ich noch brauche, ist der Beweis, dass seine Rechnungen mit der Realität übereinstimmen. Dazu brauche ich Nächte. Und die kommen.

Geplant ist ein Parallelbetrieb: NEXUS-Berechnung auf der einen Seite, empirische Messung der Detektionsreichweite über bekannte Rufquellen auf der anderen. Wenn beide übereinstimmen – und ich glaube, sie werden – dann ist ISO 9613-1 nicht mehr nur eine Norm in einer PDF. Dann ist sie ein Werkzeug, das jede Aufnahmenacht in Kontext setzt.

DIE LUFT IST KEIN FREIER RAUM. SIE IST EIN MEDIUM MIT REGELN.

Und wer diese Regeln kennt, hört mehr – auch wenn er weniger aufnimmt.