Raum- und Bauakustik

Zunächst gilt es, auf den Unterschied zwischen Bauakustik und Raumakustik hinzuweisen:

Die Raumakustik beschreibt die akustischen Eigenschaften eines Raumes, wenn sich die Schallquelle innerhalb des Raumes befindet. Die Bauakustik beschäftigt sich mit der Schallübertragung zwischen zwei Räumen bzw. eines Rauminnen und Außen. Zum Thema Bauakustik gehören die Begrifflichkeiten: Luft- und Trittschall, Außenlärm, Geräusche aus haustechnischen Anlagen, während es bei der Raumakustik um die Ausbreitung und Verteilung von Schall im Raum geht. Hier soll zunächst näher auf die Raumakustik eingegangen werden.

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 – sogenannter 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 (»schluckt«, indem er ihn in Wärme umwandelt), 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.

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.

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  = α_s [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.

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.

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.

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.

Das bedeutendste Regelwerk zur Planung von Raumakustik ist die DIN 18 041 »Hörsamkeit in kleinen bis mittelgroßen Räumen«; diese gilt unter Fachleuten auch als allgemein anerkannte Regel der Technik. In DIN 18 041 werden für Räume je nach Raumvolumen und Nutzungszweck anzustrebende Sollnachhallzeiten definiert. Die DIN 18 041 enthält auch Hinweise und Skizzen zur Verteilung von Absorbern.

In der Bauakustik untersucht man die Schallausbreitung zwischen den Räumen innerhalb eines Gebäudes, beziehungsweise vom Freien ins Rauminnere. Die Übertragung des Schalls erfolgt durch Abstrahlung von Luftschall von den zu Schwingungen angeregten Gebäudestrukturen. Auf der Anregungsseite unterscheidet man zwischen der Luftschallanregung, bei der Luftschall die begrenzenden Flächen des Raumes in Schwingungen versetzt, und Trittschallanregung, bei der Körperschall direkt in die Gebäudestruktur eingeleitet wird (Gehen, Hämmern oder ähnliches). Wir konzentrieren uns hier auf die Grundlagen des Schallschutzes.

Der Schallschutz umfasst die Maßnahmen gegen die Schallentstehung (Primär-Maßnahmen) sowie die Maßnahmen welche die Schallübertragung von einer Schallquelle zum Hörer verringern (Sekundär-Maßnahmen). Bei den Sekundär-Maßnahmen wird unterschieden, ob sich die Schallquellen und der Hörer im gleichen oder in verschiedenen Räumen befinden. Im ersten Fall erfolgt der Schallschutz durch die Schallabsorption, im zweiten durch die Schalldämmung.

Bei der Schalldämmung wird je nach Art der Schwingungsanregung der Baukörper zwischen Luft- und Körperschalldämmung unterschieden. Letztere beinhaltet Maßnahmen, die geeignet sind, das Übertragen von Schwingungen zwischen Bauteilen zu verhindern, mindestens zu mindern. Wichtige Bereiche des Körperschallschutzes sind das Vermindern der Trittschallgeräusche (Trittschalldämmung) und beispielsweise das Eindämmen von Sanitärgeräuschen von Armaturen, Rohrleitungen und Wannen.

Der Schallschutzbereich liegt im Bauwesen zwischen 100 und 3150 Hz. Das menschliche Ohr reagiert in diesem Bereich recht empfindlich, auch sind das die Frequenzen mit dem größten Lautstärkeanteil üblicher Geräusche hinter einer Wand

Die Schallabsorption ist der Verlust an der Schallenergie bei der Reflexion an Begrenzungsflächen eines Raumes beziehungsweise an Gegenständen oder Menschen im jeweiligen Raum. Der Verlust entsteht hauptsächlich durch die Umwandlung von der Schall- und Wärmeenergie beim Auftreffen auf die Oberfläche der Wand oder falls der Schall in die Nachbarräume beziehungsweise ins Freie kommt.

Laut Definition ist die Luftschalldämmung die Schallpegeldifferenz zwischen zwei Räumen, angegeben in dB. Das Schalldämm-Maß „R“ kennzeichnet die Luftschalldämmung von den Bauteilen. Zur Ermittlung des Schalldämm-Maßes legt die DIN 52 210-5 die Werte und die jeweilige Vorgehensweise fest. Verschiedene Maße werden unterschieden:

• Das Labor-Schalldämm-Maß R wird verwendet, wenn der Schall in einem Prüfstand durch Bauteile ohne Flankenübertragung gemessen wird.
• Das Bau Schalldämm-Maß R‘ verwendet man bei zusätzlichen Flanken- und Nebenweg-Übertragungen.

Die Normenanforderungen für die Luftschalldämmung sind stets R’w-Werte in dB, dieser Kennwert wird in den DIN-Normen und Prüfzeugnissen als Beurteilungsmaß für die Luftschalldämmung von Wänden und Decken angegeben. Angaben dazu sind in der DIN 4109 zu finden. Bei Anforderungen an den Luftschallschutz geht man davon aus, dass im zu schützenden Gebäude ein gewisser Grundgeräuschpegel vorhanden ist, der durch die dort lebenden Menschen verursacht wird.

Bei Wänden und Decken, die als Ganzes schwingen, ist die Schalldämmung aufgrund der Masseträgheit gegen Mitschwingen vom Flächengewicht und dem Grenzfrequenzbereich abhängig. Im Grenzfrequenzbereich schwingen die Baukörper verstärkt mit Luftschallwellen mit. Das wirkt sich dann als verstärkter Schalldurchgang aus. Die Gefahr des Einbruchs der Dämmung in solch einem Fall, liegt vor bei leichten einschaligen Wänden mit geringem Flächengewicht (unter 200 kg/m²). Um bei einer solchen Bedingung eine höhere Schalldämmung zu erzielen, kann man Vorsatzschalen verwenden. Mit dem Anbringen der Vorsatzschalen wird die Wand zu einem zweischaligen System. So lässt sich das Schalldämm-Maß Rw bis zu 15 dB verbessen.

Der Luftschallschutz von Decken wird hauptsächlich durch deren flächenbezogene Masse bestimmt. Je nach Rohdeckenart kann hier bis zu 8 dB verbessert werden, wenn im Deckenhohlraum zusätzlich eine schallabsorbierende Mineralfaserplatte eingelegt wird. Die Wirkung bei einer abgehängten Decke ist allerdings begrenzt, da der Trittschall durch flankierende Bauteile dringt und als Luftschall unter Umgehen der abgehängten Decke abgestrahlt wird.

Als Trittschalldämmung wirdder Widerstand einer Decke gegen den Durchgang von Trittschallwellen bezeichnet. Der Trittschall wird dem Körperschall bauphysikalisch zugeordnet. Der Trittschallpegel (LT) ist ein Maß für das zu erwartende Störgeräusch, das von Tritten an der Decke ausgeht. Ein hoher Trittschallpegel ist ein Beleg für eine mangelhafte Trittschalldämmung. Das Trittschallschutzmaß (TSM) wurde eingeführt, um mit einer Zahl den Trittschallschutz einer Deckenkonstruktion ausdrücken zu können. Die untenstehende Tabelle bietet einen Überblick:

Das erforderliche Trittschallschutzmaß kann durch Schalldämmungs-Maßnahmen an der Decke beziehungsweise beim Aufbau des Fußbodens erfolgen. Sehr hohe Anforderungen bezüglich der Schalldämmung gegen Trittschall erfüllt schwimmender Estrich, mit hoher dynamischer Steifigkeit der Dämmschicht. Die dynamische Steifigkeit (s‘) bezeichnet das Federungsvermögen der Dämmschicht unter dem schwimmenden Estrich.

Zur Verbesserung des Luft- und insbesondere des Trittschallschutzes werden leichte Deckenbekleidungen und Unterdecken nach DIN 18 168 verwendet. Bei dieser Konstruktion sollte speziell auf die Schallübertragung durch starre Verbindungen und flankierende Bauteile geachtet werden. Die Deckenbekleidung beziehungsweise die Unterdecke bestehen aus einer biegeweichen Schale, die über elastische Verbindungen an der Decke befestigt ist. Die Anschlüsse an die flankierenden Bauteile sind ebenfalls elastisch auszuführen.

Die Schalldämmung eines Bauteils kann durch Nebenwegübertragungen, beispielsweise über flankierende Bauteile, in großem Maße beeinträchtigt werden. Die Flankenübertragung wird durch die Bauart der angrenzenden Bauteile bestimmt. Um negative Wirkungen der Nebenwegübertragung eizudämmen oder auszuschließen, müssen die flankierenden Bauteile entweder ausreichend schwer oder doppelschalig ausgeführt sein. In DIN 4109 werden Mindestanforderungen an flankierende Bauteile gestellt.

Als Schalldämmstoffe, die zugleich auch wärmedämmend sind, kommen für luft- und trittschalldämmende Maßnahmen zum Einsatz:

• Torf in Form von Torfmull, Torfsteinen und Torfplatten
• Holz, lose als Holzwolle oder Sägespäne, fest in Form von Leichtbauplatten
• Filzplatten, gepresster Wollfilz, Bitumenfilz und Bitumen-Korkfilz
• Kork, Bitumen-Kokosmatten, Press-Stroh
• Glaswolle
• Kieselgur oder auch Diatomeenerde, lose zur Verfüllung von Zwischendecken
• Faserdämmstoffe
• Schaumkunststoffe aus Polystyrol, PS-Schaum nach DIN 18164-2 in Form von Platten oder Bahnen
• Gipskarton-Lochplatten nach DIN 18180 mit durchgehenden Löchern oder Schlitzen und rückseitig angebrachtem Faservlies
• Deckenplatten aus Gips nach DIN 18169, Schallschluckplatten mit gebrochenem Gipskörper, rückseitiger Randverstärkung und Faserdämmstoffeinlage.

Wer zum Thema “Raumakustik” auf den neuesten Stand gebracht werden will, für den ist neue Messe “acoustex” eine gute Gelegenheit. Diese neue Fachmesse legt den Fokus auf die Bereiche Architektur, Industrie und Verkehr bringt das B2B-Angebot der Hersteller und Dienstleister für akustische Lösungen und deren Nachfrage aus sämtlichen Branchensegmenten vom 10. bis zum 11. Oktober 2018 in Dortmund erstmalig zusammen.

Aussteller aus Forschung & Entwicklung sowie Herstellung begegnen hier einer auf Akustiklösungen, Geräuschreduktion und Sounddesign hochspezialisierten Besucherzielgruppe aus verschiedenen Berufsfeldern. Die zweitägige acoustex versteht sich als Kommunikations- und Handelsplattform, die einen breiten Markt- und Produktüberblick für bereits etablierte wie auch zukunftsweisende Technologien, Materialien und Objekte zur Reduzierung von Schall-Emissionen auf der einen, wie auch zur Gestaltung von Sounddesign-Immissionen für die unterschiedlichsten Anwendungsfelder des täglichen Lebens bereithält.

Begleitet wird die Messe von einem praxisorientierten Exkursions-, Konferenz- und Rahmenprogramm, in dem führende Spezialisten aus Forschung und Industrie über neueste Trends, innovative Lösungen und aktuelle Herausforderungen im breiten und vielschichtigen Themenfeld von Lärmschutz und Sounddesign berichten.

Die Themenwelt “Industrie” stellt zum Beispiel innovative Materialien, Instrumente, Messgeräte, Teststände und Software-Lösungen vor. Darüber hinaus thematisiert sie, wie Arbeitsplätze im produzierenden Gewerbe und der Industrie akustisch angenehm gestaltet werden können. Als Fachbesucher angesprochen sind in dieser Themenwelt unter anderem Ingenieure und Techniker sowie Bauherren, Planer, Architekten und Fachunternehmer aus dem Handwerk.