Wie funktioniert die Schalltomographie?

Die Schalltomographie nutzt die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Schallwellen, um die innere Struktur des Holzes sichtbar zu machen. Dazu werden Sensoren kreisförmig um den Baumstamm angebracht und mit einem Hammer oder mechanischem Impulsgeber angeschlagen. Die Laufzeiten der Schallwellen zwischen den Sensoren werden gemessen und rechnerisch zu einem tomographischen Schnittbild verarbeitet (Gilbert & Smiley, 2004).

Grundprinzipien:

Aus den Laufzeiten der Schallimpulse wird ein farbcodiertes Bild des Baumquerschnitts erstellt: Grün steht für gesundes Holz mit hoher Schallgeschwindigkeit, Gelb für angegriffenes Holz mit ersten Strukturveränderungen, Rot für stark geschädigtes Holz mit Fäule oder weit fortgeschrittenem Abbau, und Blau für Hohlräume oder stark zersetztes Holz.

Messtechnische Grundlagen und Aussagegrenzen

Die Schalltomographie (Impuls-Tomographie) erfasst die Schallgeschwindigkeit als indirekten Kennwert der Holzintegrität. In gesundem Laubholz liegt die Schallgeschwindigkeit quer zur Faser typischerweise im Bereich von etwa 1.000–1.800 m/s; abfallende Geschwindigkeiten deuten auf Dichteverlust, Fäulen oder Risse hin. Entscheidend ist, dass das Verfahren keine absolute Festigkeit misst, sondern relative Laufzeitunterschiede in einer Messebene abbildet. Die Rekonstruktion erfolgt aus den Laufzeiten aller Sensor-zu-Sensor-Verbindungen; die Auflösung steigt mit der Sensoranzahl (üblich sind 8–12 Sensoren je Messebene). Beginnende Fäulen und feine Risse können der Detektion entgehen, da Umweglaufzeiten sie nicht immer eindeutig auflösen – die Tomographie ist daher ein bildgebendes Screening, keine punktgenaue Festigkeitsmessung.

Vorteile der Schalltomographie gegenüber anderen Methoden

• Zerstörungsfrei: Kein Bohren oder Verletzen des Baumes notwendig
• Flächige Analyse: Nicht nur punktuelle Messung wie bei Bohrwiderstandsmessung
• Hohe Genauigkeit: Differenzierte Darstellung von Fäule, Hohlräumen und Abschottungszonen
• Mehrere Messpunkte: Detaillierte Kartierung großer Schäden möglich

Praxisbeispiel

Ein Baum mit Verdacht auf Pilzbefall kann mithilfe der Schalltomographie auf innere Schäden untersucht werden, ohne das Holz mechanisch zu verletzen. Besonders bei alten, wertvollen oder geschützten Bäumen ist dies ein entscheidender Vorteil.

Gibt es Einschränkungen?

• Schwierigkeiten bei sehr dichten Hölzern: Bei Eiche oder Robinie kann die Schallgeschwindigkeit generell hoch sein, was Fäulen schwerer erkennbar macht (Gilbert et al., 2008).
• Abhängigkeit von der Sensorplatzierung: Ungünstige Sensoranordnungen können zu ungenauen Ergebnissen führen.
• Erfassung nur von Querschnittsveränderungen: Die Schalltomographie liefert keine Aussagen über die Längsstruktur des Baumes (Divos & Szalai, 2002).

Einordnung im gestuften Untersuchungskonzept

Die Schalltomographie ist ein zerstörungsfreies bildgebendes Verfahren und eignet sich hervorragend als erster Schritt bei Verdacht auf innere Defekte, weil sie den gesamten Querschnitt einer Messebene erfasst, ohne das Holz zu verletzen. Sie beantwortet die Frage, wo und wie groß ein möglicher Defekt ist – nicht jedoch die Frage nach der verbleibenden Bruchsicherheit. Dafür wird die tomographisch identifizierte Restwandstärke in eine baumstatische Bewertung (t/R-Verhältnis) überführt oder durch einen Zugversuch ergänzt. In der Praxis bewährt sich die Kombination: Die Schalltomographie lokalisiert den Defekt flächig, die punktgenaue Bohrwiderstandsmessung verifiziert kritische Stellen, und der Zugversuch liefert bei Bedarf die integrale Stand- und Bruchsicherheitsbewertung.

Schalltomographie vs. Bohrwiderstandsmessung

Während die Bohrwiderstandsmessung punktuelle Messungen der Holzstruktur ermöglicht und die Restwandstärke präzise bestimmt, bietet die Schalltomographie einen flächigen Überblick über Fäulen oder Hohlräume im Baum. In vielen Fällen ist die Kombination beider Methoden ideal, um eine umfassende Diagnose zu erhalten (Nicolotti & Miglietta, 1998).

Fazit

Die Schalltomographie hat sich als eine der wichtigsten Methoden zur zerstörungsfreien Untersuchung von Bäumen etabliert. Sie liefert wertvolle Informationen zur Sicherheitsbewertung von Altbäumen und ermöglicht es, Maßnahmen gezielt zu planen. Künftige Kombinationen mit KI-gestützter Bildanalyse oder 3D-Scans könnten noch präzisere Ergebnisse liefern.

Quellen: Divos, F., & Szalai, L. (2002). Tree evaluation by acoustic tomography. · Gilbert, E. & Smiley, E.T. (2004). Comparison of techniques for assessing tree decay. Journal of Arboriculture 30(1). · Gilbert, E. A., Smiley, E. T., Kane, B. C. (2008). Reliability of sonic tomography for assessing decay in trees. · Nicolotti, G., & Miglietta, P. (1998). Using high technology instruments to assess wood decay in trees.

Häufige Fragen zur Schalltomographie

Ist die Schalltomographie zerstörungsfrei?

Ja. Die Sensoren werden mit dünnen Messnägeln nur in die Rinde bzw. das äußere Holz gesetzt; es entstehen keine Bohrungen und keine relevante Schädigung des Baumes.

Kann die Schalltomographie die Bruchsicherheit direkt bestimmen?

Nein. Sie bildet die innere Struktur ab und lokalisiert Defekte. Die Bruchsicherheit ergibt sich erst aus der baumstatischen Bewertung der Restwandstärke oder einem ergänzenden Zugversuch.

Wann ist die Schalltomographie der Bohrwiderstandsmessung vorzuziehen?

Wenn ein flächiges Bild des gesamten Querschnitts benötigt wird und der Baum möglichst wenig verletzt werden soll. Zur punktgenauen Verifizierung einzelner Stellen ist die Bohrwiderstandsmessung ergänzend sinnvoll.

Welche Grenzen hat das Verfahren?

Beginnende Fäulen und feine Risse werden nicht immer sicher aufgelöst; das Ergebnis gilt nur für die jeweilige Messebene und erfordert eine fachkundige Interpretation.