Akustikwissen


Absorberklassen

Akustikmaterialien werden nach Absorberklassen A, B, C, D oder E zugeordnet, die auf dem jeweils auf einem  bewerteten Schallabsorptionsgrad basieren.

  • A sehr hoch absorbierend,  Schallabsorptionsgrad αw: 0,90 ... 1,0
  • B sehr hoch absorbierend,  Schallabsorptionsgrad αw: 0,80 ... 0,85
  • C hoch absorbierend,  Schallabsorptionsgrad αw: 0,60 ... 0,75
  • D absorbierend,  Schallabsorptionsgrad αw: 0,30 ... 0,55
  • E gering absorbierend,  Schallabsorptionsgrad αw: 0,15 ... 0,25

Die Auswahl der Schallabsorptionsklasse ist abhängig von den akustischen Anforderungen eines Raumes, denn mit den Materialien der unterschiedlichen Absorberklassen werden die in Räumen bereits bestehende Schallabsorption ergänzt.

Äquivalente Schallschluckfläche

Diese dient zur rechnerischen Ermittlung der Nachhallzeit und wird aus der Summe der unterschiedlichen Oberflächen und Materialien im Raum multipliziert mit dem  Schallabsorptionsgrad des betreffenden Absorptionsmaterials.

Bauakustik

Die Bauakustik beschäftigt sich unter anderem mit der Schallübertragung zwischen Räumen oder zwischen Bauten und der Umgebung.

Die Frage in der Bauakustik lautet: 

Welcher Anteil des Schalls trifft auf der anderen Seite des Bauteils an?

Die Bauakustik beschäftigt vorallem mit der Lärmbekämpfung im Hochbauwesen.

Es gibt unteschiedliche Messgrössen:

  • Schalldämm-Maß (R),
  • Bewertetes Schalldämm-Maß (Rw)
  • Maßeinheit: Dezibel (dB)

Dämmstoffe und Materialien

Bezeichnung für Materialien, welche den Schall dämmen und absorbieren können.

Auflistung von Materialien (nicht abschliessend):

  • Steinwolle
  • Glaswolle
  • Wollfilz
  • Volumenvlies aus Polyesterfilz (sog. needlepunch oder nonwoven)
  • Textilien
  • etc.

 

Dezibel

Logarithmisch definierte Maßeinheit zur Angabe des Schalldruckpegels.

Das Bel (Einheitenzeichen B) ist eine nach Alexander Graham Bell benannte Hilfsmaßeinheit zur Kennzeichnung von Pegeln und Maßen (siehe Logarithmische Größe). Diese Größen finden ihre Anwendung unter anderem in der Elektrotechnik für Dämpfung und in der Akustik. In der Regel wird statt des Bels das Dezibel (Einheitenzeichen dB) verwendet, also der zehnte Teil eines Bels. quelle: wikipedia

Die für für das menschliche Ohr relevante Skala reicht von 0 dB bis 140 dB.

Diffusität

(Zerstreuung) oder genauer Schalldiffusität beschreibt allgemein den Grad der Verteilung von reflektiertem Schall einer Quelle im Raum und über die Zeit. quelle: wikipedia

Direktschall

Schallanteil, der den Hörer von der Schallquelle (Lautsprecher, Stimme, Instrumente, Maschinen) ohne Umwege als erster erreicht.  Durch das Zusammenspiel vom Direktschall und vom diffusen Schallanteil sind die Fachbegriffe direkt Schallfeld und diffuses Schallfeld hergeleitet.

Flatterecho

Reflektierte Schallanteile, die Menschen als an sich getrenntes Ereignis wahrnehmen. Dazu müssen diese  mindestens um 0,05 Sekunden gegenüber dem Direktschall verzögert angekommen sein, was in Innenräumen manchmal als mehrfache Reflexion oder sog. Flatterecho führt.

 

Frequenz

Die Frequenz (von lat. frequentia, Häufigkeit) ist in der Physik und Technik ein Maß dafür, wie schnell bei einem periodischen Vorgang die Wiederholungen aufeinander folgen, z. B. bei einer fortdauernden Schwingung.  Je schneller die Teilchen schwingen, desto höher wird also die Frequenz. Die Einheit wird in  Hertz (Hz) bezeichnet.

Hörbereich

Die sogenannten Hörfläche, wenn die Frequenz (Tonhöhe) und die Schallintensität (Pegel) im Wahrnehmungsbereich des menschlichen Ohres liegen. Massangaben hierfür sind: Die Frequenz (Hz) und der Schallpegel (dB)

Der hörbare Frequenzbereich des menschlichen Ohrs liegt in etwa zwischen 16 Hz und 20000 Hz (auch 20 kHz). Dabei sind die individuellen Unterschiede groß. Mit dem Alter sinkt die obere Grenze stark ab.

Hörsamkeit

Die Hörsamkeit ist ein Fachbegriff, der die Wirkungen der akustischen Eigenschaften eines Innenraumes für Veranstaltungen wie  Musik oder Sprache, am Ort des Hörenden Menschen beschreibt. Die Hörsamkeit beschreibt nicht die physikalischen Eigenschaften eines Innenraums, sondern vorallem die audiopsychologischen Auswirkungen. Sie ist ein Resultat, das aus Einzelbewertungen zu Teilaspekten der Hörsamkeit besteht. Innerhalb eines Raumes kann sich die Hörsamkeit auch örtlich unterscheiden und individuelle Schwankungen können möglich sein. 

Lärm

Lärm wird als störendes durcheinander von lauten, durchdringenden Geräuschen empfunden.

Im Unterschied zum Schalldruck beruht Lärm auf einer ganz subjektiven Bewertung. Durch Lärm kann die Konzentration und die Aufmerksamkeit erheblich gemindert und die Konzentration gestört werden. Dadurch können zB gerade im Büro Fehler entstehen und eine geringere Leistungsfähigkeit kann die Folge davon sein.

Lombard-Effekt

Der Lombard-Effekt, nach dem französischen Wissenschaftler Étienne Lombard (1868–1920) benannt, bezeichnet die Beobachtung, dass ein Sprecher bei vorhandenem Hintergrundlärm seine Lautstärke und meist auch seine Tonlage erhöhen muss.

Wegen des Bedürfnisses, sich bei einem hohen Umgebungsgeräuschpegel dem Gesprächspartner trotzdem mitzuteilen, erhöht ein Sprecher nicht nur seine Lautstärke, sondern unwillkürlich auch die Tonhöhe seiner Stimmlage. Eine Erklärung dafür ist, dass sich hohe Frequenzen besser gegen Störschall durchsetzen als tiefe. . Quelle: Wikipedia

Nachhallzeit (T)

Die Nachhallzeit gibt die Zeitdauer an, die ein Schallereignis benötigt, um nicht mehr hörbar zu sein. Auf der technischen Seite wurde die Zeitdauer für eine Abnahme des Schalldruckpegels im Innenraum um 60 Dezibel als sie sog. Nachhallzeit T definiert.

Kurze Nachhallzeit

Bei einer zu kurzen Nachhallzeit kann der Eindruck eines "toten Raums", der Raum ist irgendwie sonderbar entstehen. Sehr kurze Nachhallzeiten können in einem grösseren Raum ausserdem dazu führen, dass vor allem jeweils im hinteren zB Vortragssaal keine genügende Lautstärke erreicht wird, weil dem Schallpegel die erhöhenden Reflexionen fehlen.

Lange Nachhallzeit

Beim gesprochenen Wort bewirkt eine zu lange Nachhallzeit, dass nachfolgende Wortsilben durch die zu langen Abklingrate der vorhergehenden verdeckt werden. Das verschlechtert die Sprachverständlichkeit. Bei der  Musik bewirkt ein zu langer Abklingvorgang vor allem bei tieferen Frequenzen, dass die Klänge miteinander "verschmelzen" und ein etwas komischer  Eindruck zustande kommt.

NRC (NOISE REDUCTION COEFFIZIENT)

Gibt jeweils den Mittelwert der Schallabsorption der Terzwerte 250, 500, 1000, 2000 auf 0,05 gerundet an. Ein NRC von 0,81 bedeutet also eine durchschnittliche bewertete Schallabsorption von 81% in den Frequenzen 250, 500, 1000 und 2000 Hertz.

Raumakustik

Die Raumakustik beschreibt die akustischen Eigenschaften eines Raumes, wenn sich die Schallquelle auch innerhalb des Raumes befindet. Die Frage in der Raumakustik lautet:

Mit welchen Materialien und Oberflächen mit den damit verbundenen Schalleigenschaften können optimale Hörbedingungen im Raum hergestellt werden.

 

Schallreflexion

Das Wort Reflexion wird vom lateinischen reflectere (zurückwerfen) abgeleitet.  Im Allgemeinen Sprachgeebrauch spricht man von Reflexion, wenn eine Schallwelle von einer Oberfläche zurückgeworfen wird. Das  Gesetzt der Reflexion, d.h. der Eintrittswinkel des einfallenden Schalls ist gleich dem Austrittswinkel.

In der Raumakustik ist vor allem von Interesse, wenn Luft-Schallwellen auf eine harte Oberfläche treffen und dann reflektiert werden.

SCHALL

Schallwellen sind Druckschwankungen von Luftmolekülen. Das Medium kann gasförmig ( zB. Luftschall) oder fest (Körperschall) sein. Die Bewegung wird auf das benachbarte Molekül durch dessen Anstossen übertragen. Es kommt zu einer  Verdichtung und auch Verdünnung der Moleküle und zur Weiterleitung des Schalls. 

Schallabsorption

Schallharte Materialien absorbieren den Schall schlecht. Dazu gehören Beton, Mauerwerk, Gipswände, Holzwände, geschlossene Blechdecken usw. Bei richtigem Aufbau (Hinterfüllung mit porösem Material) können Platten aus Holz, Gips oder Blech im Tieftonbereich schallabsorbierend sein. Sie reflektieren den Schall aber im Mittel- und Hochtonbereich (d. h. also im Sprachbereich) Für den Mittel- und Hochtonbereich sind es vor allem poröse Materialien wie Mineralfaserplatten, offenporiger Schaumstoff, schwere Textilien oder sehr dicke Teppiche welche gut Schall absorbieren. Um in einem Raum eine genügend grosse Abnahme des Schallpegels mit der Distanz von der Quelle und eine genügend kurze Nachhallzeit zu erreichen sind schallabsorbierende Verkleidungen an Wänden, Decken und Stellwänden sowie Lärmschirme notwendig . Um die Wirksamkeit der raumakustischen Massnahmen zu optimieren gibt es Berechnungsprogramme, welche eine Prognose der Schallpegelverteilung oder Nachhallzeit ermöglichen. Für die Prognosen ist die Kenntnis des Schallabsorptionsgrads der eingesetzten Materialien notwendig. Die Werte können bei Prüfinstituten in einem Hallraum gemessen werden. Auch der Schallabsorptionsgrad ist übrigens stark frequenzabhängig. Schallschirme, z. B. zum Abschirmen von Arbeitsplätzen in Grossraumbüro, sind nur dann wirksam, wenn die Decke über dem Schallschirm schallabsorbierend verkleidet ist.

Text: Kurt Eggenschwiler Empa, Materials Science & Technology

SCHALLABSORPTIONSFLÄCHE

Multipliziert man den Schallabsorptionsgrad eines Materials mit dessen Fläche in m², so erhält man die äquivalente Schallabsorptionsfläche.

Bei einer Verdoppelung der äquivalenten Absorptionsfläche sinkt der Schalldruckpegel um 3 dB.

SCHALLABSORPTIONSGRAD

Gibt das Verhältnis von der absorbierenden zur reflektierenden Schallenergie an. Ein Absorptionsgrad von 1 bedeutet 100% Schallabsorption, ein Wert von 0 bedeutet 0% Absorption (=100% Reflexion). Der Schallabsorptionsgrad ist auch abhängig von der Frequenz.

Schallausbreitung im Raum

Wenn sich die störende Schallquelle im gleichen Raum befindet, interessiert der Vorgang der Schallausbreitung im Raum selber. Dabei kann es sich bei der Schallquelle sowohl um eine Maschine, als auch um eine Wand handeln, welche den Schall vom Nachbarraum in unseren Raum abstrahlt. In Büros sind auch die menschlichen Schallquellen von Bedeutung. In einem durch schallharte Wände abgeschlossenen Raum wird der Schall vielfach reflektiert. Wenn eine Schallquelle in diesem Raum abgeschaltet wird, klingt das Schallfeld nur langsam ab. Wir empfinden dies als Nachhall. Die Dauer des Nachhalls wird durch seine Abklingzeit, resp. Nachhallzeit gemessen. Eine gotische Kathedrale, ein Hallenbad oder eine Fabrikhalle weisen eine lange Nachhallzeit auf. In einem halligen Raum ist es laut, d. h. eine gegebene Schallquelle verursacht einen hohen Schallpegel. Wenn sich in einem Raum viele schallschluckende Materialien befinden, wird bei jeder Reflexion des Schalls ein Teil der Schallenergie vernichtet, der Nachhall wird kurz. Je kürzer die Nachhallzeit, umso weniger laut ist eine gegebene Schallquelle. Der Pegel in einem Raum hängt also nicht nur von der Schallleistung der Quelle(n) ab, sondern auch vom Schallschluckvermögen der vorhandenen Materialien. Bei kleinen Räumen können Resonanzerscheinungen bei tiefen Frequenzen beobachtet werden. Bei bestimmten Frequenzen ist an einem Ort im Raum die Lautstärke sehr hoch, an anderen sehr tief. So wird z. B. ein Mitarbeiter durch einen lauten, tiefen Ton einer Pumpe aus dem Nachbarraum stark gestört, seine Mitarbeiterin an einem zwei Meter entfernten Arbeitsplatz hört dagegen praktisch nichts. Neben den üblichen Massnahmen (Elastische Lagerung der Quelle, Arbeitsplatz verschieben) helfen massgeschneiderte Tieftonabsorber. 

Text: Kurt Eggenschwiler Empa, Materials Science & Technology

Nebenwege und Schallbrücken

Die Luftschalldämmung wird begrenzt, wenn der Schall statt durch das dämmende Bauteil über Nebenwege in den benachbarten Raum abgestrahlt wird. So nützt eine gut schalldämmende Bürotrennwand nichts, wenn der Schall auf dem Umweg über eine leichte Fassade in den anderen Raum gelangt. Die Berechnung der Schallausbreitung auf Nebenwegen, die sich ja nie ganz vermeiden lässt, ist übrigens nicht ganz einfach. 

Text: Kurt Eggenschwiler Empa, Materials Science & Technology

Schalldämmung

Unter einer Schalldämmung versteht man die Begrenzung der Schallausbreitung durch die Raumbegrenzungsflächen (Wand, Decke, Boden).

Der Aufbau und auch die Art der Materialien beeinflussen das Schalldämmmass (R, Rw).

Schalldämpfung

Die Schalldämpfung beschreibt die Fähigkeit von Materialien, den Schall zu absorbieren.

Schalldruck

Der Schalldruck beschreibt die Änderung des Drucks, die durch die schwingenden Luftmoleküle hervorgerufen werden. Dieser wird als Lautstärke wahrgenommen. Beachtlich dabei ist, dass diese Druckschwankungen sehr gering sein können.

Der atmosphärische Druck liegt bei einem Bar, das entspricht 100 000 Pascal – die Schmerzgrenze dabei liegt bei einem Wechseldruck von etwa 63 Pascal.

Dazu folgende Beispiele:

  • 0 dB – Hörschwelle
  • 10 dB – Leises Flüstern
  • 18 dB – Blätter im Wind
  • 40 dB – Wellen am Stand
  • 50 – 60 dB – Straßenlärm
  • 70 dB – Unterhaltungssprache, Schreibmaschine
  • 80 – 100 dB – laute Sprache, Disko
  • 100 dB – lautes Schreien
  • 105 dB – Opernsänger
  • 120 dB – Presslufthammer
  • 130 dB – Schmerzgrenze
  • 150 dB – Alarmsirene
  • 180 dB – Raketentriebwerk

Schallpegelabnahme - Nachhallzeit

Die akustische Situation in einem Arbeitsraum wird mit der Schallpegelabnahme in Funktion der Distanz charakterisiert. Je besser die Absorption (je mehr schallschluckende Flächen) und je mehr Hindernisse sich am richtigen Ort im Raum befinden, umso mehr nimmt der Pegel mit der Distanz ab. Eine weitere Beschreibungsgrösse ist die Nachhallzeit. Um in Sitzungszimmern und Räumen für Instruktion und Unterricht eine gute Sprachverständlichkeit zu gewährleisten, muss die Nachhallzeit kurz sein. 

Text: Kurt Eggenschwiler Empa, Materials Science & Technology

Schallschutz

Enspricht den Massnahmen, welche die Schallübertragung (bei Luft-, Tritt- oder Körperschall) durch die Schalldämmung oder der Schallabsorption hindern.

Schalltoter Raum

Schalltote Räume mit stark gedämpften Absorbermaterialien, in denen keine Schallausbreitung stattfinden kann.

Schallwellen

Die Schallwellen sind Schwankungen des Luftdrucks, die durch Schallereignisse ausgelöst werden können.  Die Länge der Schallwellen definiert die jeweilige Frequenz  und die Höhe der Schallwellen den Schallpegel. Lange Schallwellen haben eine eher geringere Frequenz und werden als tiefe Töne wahrgenommen. Kürzere Schallwellen haben eine eher hohe Frequenz und werden als hohe Töne wahrgenommen.

Schall und Lärm

Lärm ist nicht gleich Schall. Erst wenn der Schall beim Menschen eintrifft, wird er als störender oder schädigender Lärm empfunden oder erlitten. Eine Schallmessung kann relativ gute Aussagen machen zur Gefährdung des Gehörs und auch zur Störung der Kommunikation. Der Zusammenhang von Lärmbelästigung/Lärmstörung und Schallbelastung ist allerdings komplexer: Die Empfindung von Belästigung und Störung hängt nicht so sehr von Schallpegel und Spektrum ab, sondern ist stark beeinflusst von vielen anderen Faktoren, wie z. B. von der Einstellung des Empfängers zur Art des Signals oder zum Erzeuger des Schalls. Trotzdem ist es für die Gestaltung von Schallschutzmassnahmen in erster Annäherung nützlich, das ankommende Schallsignal auf seine Wirkung auf den reinen Gehöreindruck hin zu untersuchen. Bei der Schallwahrnehmung können wir in erster Ordnung Lautstärke und Tonhöhe unterscheiden. Sie werden in der Akustik mit dem Schalldruckpegel und der Frequenz gemessen. Ein Klang oder ein Geräusch ist zusammengesetzt aus Anteilen verschiedener Tonhöhen. Vogelgezwitscher enthält vor allem Komponenten hoher Frequenz, bei Discomusik fällt der starke Anteil tiefer Frequenzen auf. Geräusche werden in der Akustik mit dem Spektrum charakterisiert (Beispiel: Terzbandspektrum in Abbildung 1). Trotz des geschilderten Zusammenhangs verwendet man in der Akustik oft nur eine Grösse um ein Geräuschereignis zu beschreiben. Für die Lautstärke ist dies der Abewertete Schalldruckpegel, wobei die Messgrösse Dezibel genannt wird, resp. dB(A) für den A-bewerteten Pegel. A-Bewertung heisst, dass das Schallsignal mit einem Filter bewertet wird, welches die unterschiedliche Empfindlichkeit des Gehörs für verschiedene Tonhöhen berücksichtigt. Auch in der Bau- und Raumakustik werden meistens Einzahlgrössen verwendet, wie z. B. das bewertete Schalldämmmass Rw. Sie beruhen auf dem gleichen Prinzip wie der A-Pegel. Oft vergisst man, dass die so beurteilten Konstruktionen oder Situationen in vielen Fällen auf diese Weise nur ungenügend beschrieben werden.

Text: Kurt Eggenschwiler Empa, Materials Science & Technology

Soundmasking

In Großraumbüros wird teilweise mit Soundmasking angestrebt, den schwankenden Geräuschpegel – verursacht z.B. durch Drucker oder Telefonie – mit der Hilfe einer Geräuscheinspielung auszugleichen respektive für die betroffenen Personen angenehmer zu gestalten.

Sprachverständlichkeit

In Sitzungszimmern, in Räumen für Unterricht und in Vortragssälen ist eine besonders gute Verständlichkeit der Sprache notwendig. Leider sind die Verhältnisse in vielen solchen Räumen akustisch schlecht und damit die Sprachverständlichkeit ungenügend. Die Anforderungen (kurzer Nachhall) und Hinweise auf die Gestaltung der Räume (Raumform, Materialiserung) finden sich in der vor kurzem revidierten deutschen Norm DIN 18041, auf die auch die Schweizerische Akustische Gesellschaft SGA in einer Richtlinie hinweist. Um eine gute Sprachverständlichkeit zu erreichen muss die Nachhallzeit kurz sein. Dies bedingt meistens das Einbringen von zusätzlicher Absorption, wenn möglich verteilt auf möglichst vielen Raumflächen. Wenn in Sitzungszimmern nur die Decke verkleidet wird, besteht die Gefahr von Flatterechos. Je grösser die Räume sind, umso wichtiger ist die Platzierung der Absorber am richtigen Ort. In Vortragssälen sollte an der Decke eine mittlere Fläche schallhart gestaltet werden, um nützliche Reflexionen von den Sprechenden ins Publikum zu lenken. Die Rückwand sollte schallabsorbierend sein, um störende Echos zu vermeiden. Auf den ersten Blick erstaunt, dass in bestimmten Situationen die Akustik so eingerichtet werden muss, dass die Sprachverständlichkeit schlecht ist. Im schon weiter oben angesprochenen Grossraumbüro erwarten die Mitarbeitenden von Bereich zu Bereich tagsächlich eher eine schlechte Sprachverständlichkeit. Sie wollen nicht von den Telefonaten oder Diskussionen der benachbarten Mitarbeitenden bei der eigenen Arbeit in der Konzentration gestört werden. Hier helfen die erwähnten Bürostellwände. Hilfreich ist auch das akustische Verdecken durch ein Hintergrundgeräusch, welches aber nicht zu hohe Pegel aufweisen darf um nicht seinerseits zu stören. Eine schlechte Sprachverständlichkeit hat höchste Priorität, wenn es um vertrauliche Gespräche mit Kunden geht, z. B. in einer Bank.

Text: Kurt Eggenschwiler Empa, Materials Science & Technology