Raumakustik – Schallabsorption

Die Raumakustik ist ein Gebiet der Akustik, das sich mit der Auswirkung der baulichen Gegebenheiten eines Raumes auf die in ihm stattfindenden Schallereignisse beschäftigt. Zuhörer und Schallquelle befinden sich dabei im gleichen Raum. Verfügt der Raum dabei über nahezu keine schallabsorbierenden Flächen (Wand, Decke und Boden), wandert der Schall zwischen den Flächen hin und her und es dauert lange, bis der Schall verstummt. In derartigen Räumen kann der Zuhörer den Redner nur schwer verstehen, da seine Ohren sowohl den Direktschall als auch die sich wiederholenden, reflektierten Schallwellen wahrnehmen.

Werden die Flächen stattdessen mit schallabsorbierendem Material verkleidet, sinkt der Schallpegel schneller und der Zuhörer hört nur den Direktschall. Außerdem verringert sich der allgemeine Schallpegel im Raum.

Raumakustik Schalldämpfung

Die schallabsorbierenden Eigenschaften eines Materials werden über den Schallabsorptionskoeffizienten α (Alpha) in Abhängigkeit von der Frequenz ausgedrückt. Der Alpha-Wert (α) geht von 0 bis 1,00 (totale Reflexion bis totale Absorption).

Die schallabsorbierenden Materialien können in drei Hauptkategorien unterteilt werden:

  • Offenporiges absorbierendes Material
  • Resonantes absorbierendes Material
  • Einfach absorbierendes Material

 

Geschüttetes absorbierendes Material

Steinwolle stellt ein gutes Beispiel für ein offenporig absorbierendes Material dar. Wenn die Schallwelle die Mineralwolle durchdringt, wird Schallenergie durch Reibung in Wärme umgewandelt.

Die Materialdicke hat große Auswirkung auf die schallabsorbierenden Eigenschaften des Materials. Hohe Frequenzen (über 500 Hz) lassen sich mit Steinwolle der Stärke 30 – 50 mm gut beeinflussen. Frequenzen unterhalb von 500 Hz sind problematischer zu beeinflussen. Hierzu werden dickere Steinwolle-Dämmplatten benötigt, um eine bessere Schallabsorption zu erzielen. Die Materialdicke kann auch durch einen Luftzwischenraum hinter einer Akustikdecke oder einem Wandpaneel beeinflusst werden, um die Schalldämmung von niedrigen Frequenzen zu verbessern.
Für diese schallabsorbierenden Materialien ist es wichtig, dass sich auf der Oberfläche keine luftdichte Schicht befindet, wie z. B. eine Dampfsperre oder eine Lackierung, da sich hierdurch die schallabsorbierenden Eigenschaften erheblich verschlechtern. Die Auswirkungen einer luftdichten Schicht:

Schallabsorptionskurven von Steinwolledämmung

Nachfolgend sind einige hilfreiche Absorptionskoeffizienten für bestimmte Materialien aufgeführt:

Oktavband 
 (Hz)
125 250 500 1000 2000 4000
Beton

0.02

0.02 

0.02 

0.02 

0.03 

0.04 

Gipskartonständerwerk

0.2

0.15

0.1

0.08

0.05

0.05

Fenster

0.35

0.25

0.18

0.12

0.07

0.04

50-mm Mineralwolleplatte*

0.2

0.65

1.0

1.0

1.0

1.0

100-mm Mineralwolleplatte*

0.45

0.9

1.0

1.0

1.0

1.0

* Mit entsprechender Unterstützung

Resonantes absorbierendes Material

Resonantes absorbierendes Material besteht aus einem mechanischen oder akustischen Schwingungskonzept. Ein Beispiel hierfür sind Membranabsorber, z. B. eine massive Platte mit einem dahinter liegenden luftdichten Zwischenraum. Hierbei wird die maximale Absorption bei der Resonanzfrequenz erreicht. Wird der Hohlraum zusätzlich mit einem geschütteten Material wie Steinwolle gefüllt, verbessert sich die Schallabsorption über das Frequenzspektrum.

Einfach absorbierendes Material

In dieser Gruppe befinden sich Objekte wie Tische, Stühle, Personen usw. Die Absorption dieser Objekte wird normalerweise als m2 in der Sabineschen Nachhallformel pro Objekt angegeben.

Unter der Nachhallzeit versteht man das Zeitintervall, innerhalb dessen der Schalldruck in einem Raum bei plötzlichem Verstummen der Schallquelle auf den tausendsten Teil seines Schalldruck-Anfangswertes abfällt, was einer Pegelabnahme von 60 dB entspricht.

Ziemlich lautes Klatschen liegt bei ca. 100 dB (SPL) und Flüstern bei ca. 40 dB. Die Nachhallzeit eines Raumes lässt sich auf einfache Weise schätzen, indem Sie klatschen und hören, wie lange ein Nachhallen des Klatschens noch hörbar ist. Dabei wird vorausgesetzt, dass der Raum normale Abmessungen hat und dass es ziemlich ruhig ist.


Einzelner Absorber

Für kleine Räume oder Hallen (Volumen < 1.000 m3), in denen das Schallfeld diffus ist und die durchschnittliche Absorption unter 0,3 liegt, kann die Nachhallzeit mittels einer empirischen Formel, der Sabineschen Formel, berechnet werden:

 

RT = 0.16 x V / A


T = Nachhallzeit, s
V = Raumvolumen, m3
A = (Σ Oberfläche (S) x α) = Absorptionsbereich des Raums, m2

Der Absorptionsbereich eines Raumes A ist die Summe eines jeden Oberflächenbereichs S multipliziert mit deren Absorptionskoeffizienten α.
Beispiel: Die gewünschte Nachhallzeit in einem Klassenzimmer beträgt 0,8 s. Das Klassenzimmer hat die Maße 6 x 10 x 3 m, und es sollen 45 m2 absorbierendes Deckenmaterial verwendet werden. Welchen Absorptionskoeffizienten muss das Produkt haben?

Antwort: A = 0.16 x V/T = 0.16 x 180/0.8 = 36 m2 x α = 36/45 = 0.8

Die optimale Nachhallzeit für einen Raum ist von der Größe, den Oberflächenmaterialien und der Art des Raumes abhängig. Außerdem kann jedes im Raum aufgestellte Objekt die Nachhallzeit beeinflussen. Dazu zählen auch Menschen und Gegenstände.

Räume für Vorträge erfordern kürzere Nachhallzeiten als Räume für Musik. Bei längeren Nachhallzeiten sind Ansprachen schlechter zu verstehen. Wird auf der anderen Seite die Nachhallzeit zu kurz, leiden u.U. die klangliche Ausgewogenheit und das Verständnis.

 

Lärmminderung in großen Industriebetrieben

Industriehallen mit einem Volumen über ca. 1.000 m3 sind normalerweise deutlich länger und breiter als sie hoch sind. In solchen Fällen haben die Wandhöhe sowie die Anzahl der vorhandenen Geräte und Einrichtungen einen erheblichen Einfluss auf das Schallfeld. In einer solchen Halle ist das Schallfeld generell nicht diffus und es ist daher nicht angebracht, die Nachhallzeit mit der Sabineschen Formel zu berechnen.