Brief CMYK107 Architekt Dipl.-Ing. (FH) Horst Schmid, Bau- und Immobiliensachverständiger

Raumakustik

Die Raumakustik beschreibt die akustischen Eigenschaften eines Raumes, wenn sich die Schallquelle innerhalb des Raumes befindet.

Raumakustik bedeutet, dass innerhalb eines Raumes Schall von einem Sender (zum Beispiel einem "Sprecher") nicht nur auf dem direkten Wege zu einem Empfänger ("Zuhörer") gelangt (Direktschall), sondern aufgrund von Reflexionen an Wänden, Decke usw. zusätzlich auch auf einer Vielzahl von Umwegen. Da jede Oberfläche einen Teil des auftreffenden Schalls absorbiert, verlieren die Reflexionen nach und nach Schallenergie; das Geräusch klingt ab. Je geringer die Absorption der Raumoberflächen, umso länger dauert der Abklingvorgang, und umso "halliger" klingt der Raum – er hat eine lange Nachhallzeit (T). Hallige Räume sind laut, schlecht für die Sprachverständlichkeit und subjektiv unangenehm – dies führt häufig zu Nutzerbeschwerden.

Ziele raumakustischen Designs können sein:

  • Möglichst hohe Sprachverständlichkeit bei Unterrichtsräumen, Vorlesungssälen und Theatern.
  • Ein möglichst räumliches Musikerlebnis bei Konzertsälen.
  • Möglichst kein Einfluss des Raumes bei Tonstudios.

 

Technische Definition

Beim Auftreffen von Schall auf beispielsweise eine Wand, in diesem Beispiel gekennzeichnet als Schall-Leistung (W1), wird ein Teil reflektiert (Wrefl) und ein Teil geht in die Wand (Wabs). Bauakustik Definition – Trikustik. Reflexion (Wrefl) und Absorption (Wabs) ergeben zusammen immer hundert Prozent.

Die Absorption (Wabs) setzt sich zusammen aus:

  • Dissipation (Wdis), jene Schalleistung, die im Bauteil in Bewegung bzw. Wärme umgewandelt wird
  • Transmission, jene Schalleistung, die in den Nachbarraum übertragen wird, teilt sich nochmal in:
  • direkte Transmission (W2)
  • Transmission über Flankenwege (W3), über Körperschall auf andere Bauteile übertragen

Ein geöffnetes Fenster hat somit hundert Prozent Schallabsorption, allerdings keine Schalldämmung. Wenn für einen Raum hohe Schallabsorption und hohe Schalldämmung (beispielsweise ein Musikübungsraum im Wohngebiet) erforderlich sind, sollte ein mehrschaliger Aufbau verwendet werden.

Schallabsorption

Die Raumakustik wird stark beeinflusst von den Oberflächen eines Raumes und zwar von ihrer absoluten Größe (S), ihrer Schallabsorption und ihrer Geometrien. In diesem Zusammenhang definiert man die „äquivalente Schallabsorptionsfläche A“ als

A = αs [m²]

Mit S = tatsächlich betroffene Bauteilfläche in m²

Die Schallabsortionsfläche eines Raumes ergibt sich als Summe der Einzelflächen mal deren jeweiligen Schallabsorptionsgraden. Die Absorption ist umso geringer, je härter und glatter beziehungsweise geschlossener die Oberfläche eines Bauteils ist. Sie ist umso größer, je weicher die Oberfläche ist. Auch harte Oberflächen können absorbierend sein, wenn es sich um hohlliegende, dünne Platten handelt, die frei schwingen können.

Der Schallabsorptionsgrad αS ist von der Frequenz des auftreffenden Schalles abhängig. Wegen der Frequenzabhängigkeit ist er nur als Diagramm exakt darstellbar. Wie unterschiedlich die Absorptionskurven sein können, zeigt die Abbildung 2. In allen drei Fällen liegt das Maximum der Schallabsorption sehr hoch bei Werten von 0,7 bis 0,8. Trotzdem sind alle drei Materialien nur dann brauchbar, wenn man den Schall in einem bestimmten, begrenzten Frequenzbereich beeinflussen will. Das kann bei akustischen Sonderaufgaben wie Theatern und Musiksälen sinnvoll sein. Meist braucht man aber eine Absorption, die über ein möglichst breites Frequenzband geht.

Schallabsorption verschiedener Baustoffe mit Lage
der maxilmalen Schallabsorption bei unterschiedlichen Frequenzen
Quelle: Trockenbau Atlas (Becker Pfau Tichelmann)

 

Nachhallzeit

Ein besonders wichtiger Wert im Bereich der Raumakustik ist die Nachhallzeit eines Raumes. Dies ist die Zeit in Sekunden nach Abschalten der Schallquelle, in der die in einem Raum erzeugte Schallenergie um 60 dB absinkt. Je geringer die Absorption der Raumoberflächen ist, desto länger dauert der Abklingvorgang, und umso »halliger« klingt der Raum – er hat somit eine lange Nachhallzeit (T). Hallige Räume sind laut, wirken sich negativ auf die Sprachverständlichkeit aus und werden subjektiv als unangenehm empfunden – dies führt häufig zu Beschwerden. Die Nachhallzeit ist vom Raumvolumen V (in m³) und der äquivalenten Schallabsorptionsfläche A (in m²) der Oberflächen eines Raumes abhängig. Der Zusammenhang zwischen diesen drei Größen ist durch die sogenannte „Sabinesische Formel“gegeben:

T = 0,163 · V / A in Sekunden

Da das Volumen eines Raumes immer konstant ist, kann frequenzabhängig durch die Variation der Absorptionsfläche A die gewünschte Nachhallzeit eingestellt werden. Diese wünschenswerte Nachhallzeit richtet sich nach der Art der Darbietung und der Raumgröße. Für die Nachhallzeit und damit die Akustik in einem Raum ist aber nicht nur die Schallabsorption der Begrenzungsflächen wichtig. Auch die Schallabsorption aller anderen Materialien und Flächen im Raum gehen in die Bewertung mit ein. Man muss sich vorher überlegen, wie der Raum im Endzustand aussehen wird und mit welcher Personenzahl im Raum gerechnet werden muss, da die Menschen ebenfalls eine beachtliche Schallabsorption aufweisen.

Für die meisten „typischen“ Räume, in denen eine zu hohe Nachhallzeit vermieden werden soll – Klassenzimmer und Kita-Gruppenräume, Büros, Besprechungsräume, Multifunktionsräume, Wartebereiche und vieles mehr– kann aber auch ohne Unterstützung eines Akustik-Fachplaners folgende Faustregel angewandt werden, um hinsichtlich der Nachhallzeit vernünftige Ergebnisse zu erzielen: Wenn eine Fläche, die etwa der Grundfläche des Raumes entspricht, mit wirksamen Schallabsorbern ausgestattet wird, wird die Nachhallzeit für die meisten Zwecke in einem akzeptablen Bereich liegen. Bei sehr hohen Räumen, anspruchsvoller Nutzung oder speziellen Gestaltungswünschen empfiehlt es sich hingegen, einen Fachplaner einzuschalten.

Bild 3:  Reflektogramm (zeitliche Abfolge der eintreffenden Schallimpulse) am Zuhörerort
Quelle: TAC Technische Akustik (Florian Ruckeisen)

Absorberflächen

Was aber ist ein wirksamer Absorber? Grob gesagt sollten Absorberflächen einen bewerteten Absorptionsgrad von mindestens αw = 0,6 aufweisen. Geringeres Absorptionsvermögen kann durch zusätzliche Fläche ausgeglichen werden und umgekehrt – hier ist die äquivalente Absorptionsfläche (A) hilfreich. Sie ergibt sich durch Multiplikation aus dem Absorptionsgrad und der Fläche: 24 m² Absorberfläche mit α = 0,5, 15 m² Absorberfläche mit α = 0,8, und 4 Deckensegel mit je A = 3,0 m² bringen (frequenzabhängige Unterschiede außer Acht gelassen) alle gleich viel absolute Absorption in den Raum ein, nämlich A = 12 m². Für nichtflächige Absorber wie zum Beispiel Polsterstühle oder Einzelabsorber wird oft auch direkt A angegeben anstatt α.

Reflexionen

Was die Verteilung der Absorberflächen angeht, so ist es zumindest bei großen Räumen vorteilhaft, wenn die Absorption nicht ausschließlich in einer Ebene (zum Beispiel der Decke) verortet wird. Andernfalls können Reflexionen beispielsweise zwischen schallharten Wand-/Fensterflächen dazu führen, dass Schallanteile erst relativ „spät“ die hochabsorbierende Fläche erreichen, was die effektive Absorption vermindert. Im Einzelfall können störende sogenannte „Flatterechos“ zwischen parallelen, schallreflektierenden Flächen auftreten. In kleineren, „gewöhnlichen“ Räumen sind diese Effekte allerdings zumeist wenig problematisch.

Anerkanntes Regelwerk

Das bedeutendste Regelwerk zur Planung von Raumakustik ist die DIN 18041 "Hörsamkeit in kleinen bis mittelgroßen Räumen"; diese gilt unter Fachleuten auch als allgemein anerkannte Regel der Technik. In DIN 18041 werden für Räume je nach Raumvolumen und Nutzungszweck anzustrebende Sollnachhallzeiten definiert. Die DIN 18041 enthält auch Hinweise und Skizzen zur Verteilung von Absorbern.

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