Raumakustik

RA ist die Ausbreitung des Schalls im geschlossenen Raum

Ziele: Sprachverständlichkeit im Raum (z.B. in einem Hörsaal oder im Klassenzimmer), Hösamkeit von Musik im Raum (Konzertsaal) und Reduzierung des Lärmpegels (bspw. in Arbeits- oder Versammlungsräumen)

-Hörsamkeit von Musik abhängig von Raumgruppe DIN 18041 -> Bsp. Musik: gezielte Reflexionen auf das Publikum erwünscht

• Die Raumimpulsantwort ist ein entscheidender Parameter in der Raumakustik, da sie die gesamte akustische Reaktion eines Raumes auf einen Schallimpuls beschreibt. Sie enthält wertvolle Informationen über die Schallverteilung, Nachhallzeiten, Reflexionen und Absorptionen im Raum und wird in vielen Bereichen der Akustik, von der Raumplanung bis zur Audioproduktion und -verarbeitung, eingesetzt.

• Zeitverlauf des Schalldrucks an einem Messpunkt im Raum infolge eines Impulses

  • gewünschte Reflexionen: Anfangsreflexion begrenzen:

    • Sprachverständlichkeit < 50 millisekunden (Laufzeitdifferenz) -> sonst Verwischungswelle überschritten -> Sprecher schlechter zu verstehen

      ( Chat GPT: Frühzeitige, kurze Reflexionen (innerhalb der ersten 50 ms) helfen dabei, den Direktschall zu verstärken, ohne das Sprachsignal zu verwaschen.)-> Bewertet wird es mit dem C50 Wert (Clarity) -> Hoher C50 Wert bedeutet gute Verständlichkeit*

    • Musik: Frühe Reflexionen sollten innerhalb der ersten 80 Millisekunden auftreten -> verleihen Klang Räumlichkeit und Tiefe -> gewisser Nachhall ist erwünscht (Laufzeitdifferenz) -> gewünscht

  • unerwünschte Reflexionen:

    Späte Reflexionen (Echo -> Echogrenze 100 ms)

• Je nach Anwendung – ob Sprache oder Musik – sind die Anforderungen an diese (Anfangs-)Reflexionen unterschiedlich, da sie die Klarheit, Verständlichkeit und den räumlichen Eindruck beeinflussen

• *Bei Räumen mit Sprachnutzung (mittlere und große Distanzen) sind ab einem Abstand von mehr als 9 m zwischen Quelle und z.B. Rückwand; ->Schallabsorbierende Maßnahmen sind zu treffen (-> gilt für Raumgruppe A nach DIN 18041)

• Einteilung in Raumgruppen:

• Hörsamkeit über mittlere und größere Entfernungen (Räume Gruppe A) z.B. Unterrichtsräume in Schulen, Hörsäle, Sporthallen, Räume in Seniorentagesstätten

• Hörsamkeit über geringe Entfernungen (Räume Gruppe B) z.B. Verkehrsflächen mit Aufenthaltsqualität, Kantinen, Spielflure und Umkleiden in Schulen

• Ist die Zeit, die nach Abschalten des Senders vergeht, bis die Schallenergie auf ein millionstel des Anfangswertes abgeklungen ist.

  Genauer gesagt gibt die Nachhallzeit an, wie lange es dauert, bis der Schallpegel nach dem Ausschalten einer Schallquelle um 60 dB abgenommen hat. -> Eine Dämpfung von 60 dB lässt das menschliche Ohr den Schall als vollständig verklungen wahrnehmen

  • -> Nachhallzeit ist frequenzabhängig

    • Tiefe Frequenzen (bässe) werden oft länger nachhallen, da sie von Oberflächen schwerer absorbiert werden.

    • Hohe Frequenzen (höhere Töne) werden schneller gedämpft, da sie von den meisten Materialien effizienter absorbiert werden.

• Mit der Sabineschen Formel kann die Nachhallzeit für kleine Schallabsorbtionsgrade (alpha,s,mittel < 0,3) unter Annahme eines diffusen Schallfeldes (Schallenergie gleichmäßig verteilt) und vern. von Luftabsorbtion berechnet werden

• RT60=0,163*V/A = (s)

  • mit V = Raumvolumen und A=Äquivalenter Absorbtionsfläche (von Materialien im Raum wie Teppiche, Polstermöbel, Beton, Glas… -> bekommen einen Koeffizienten zwischen 0 (vollständig reflektierend) und 1 (vollständig absorbierend))

• Poröse Absorber -> hochfrequent schallabsorbierend

• Resonanzabsorber -> tieffrequent schallabsorbierend

• kombination aus beiden Typen

• Poröse Absorber (hochfrequenter Bereich) -> weisen immer ein offenes Porenvolumen auf z.B. Mineralwolle; Abhängig von Dicke ab 500 - 1000 Hz

  • offenporig

    • Luftteilchen dringen in Porenstruktur ein und erzeugen Vibartionen -> Reibung

    • Schallenergie wird in Wärmeenergie umgewandelt

  • wichtige Kenngröße:

    • spezifischer Strömungswiderstand ->

      Bei gleichem Porenvolumen ist die Anzahl und Breite der Porenkanäle maßgeblich -> schmalere Kanäle -> größerer Widerstand -> größere Schallabsorbtion

      -> Strömungswiderstand x Dicke

  • ideale Anordnung: sollte in optimalem Abstand zur Wand an Ort der maximalen Schallschnelle sein-> Wandabstand kann frequenzabhängig rechnerisch ermittelt werden

• Resonanzabsorber (Plattenschwinger) (-> tieffrequenter Berech mit max. Absorbtionsgrad 100 Hz)

  • Biegeweiche Platte (Sperrholz oder Holzspan) vor biegesteifer Schale (Beton?!) mit Zwischenraum Absorbermaterial (Masse-Feder-Masse)

  • Schallenergie wird durch Biegebewegungen in der Struktur der Platte absorbiert. Im Hohlraum/Zwischenraum gibt es zusätzliches Absorbermaterial, dass zusätzlich bedämpft (oftmals nur Luft aber besser MW)

  • max. Absorbtion bei Erreichen der Eigenfrequenz des Systems

    Formel: (siehe unten) fo= 510 * 1/wurzel(m’dL) BILD

  
  

  • Bedingung damit die Platte frei schwingen kann:

    • Feldgröße > 0,4 m² !

    • Abstand Unterkonstruktion > 0,5 m

(Mischung aus porösem Absorber und Resonanzabsorber)

• -> Lochplatten mit großem Lochflächenanteil, porösem Absorber im Zwischenraum und verschiedenen Abständen zum Baukörper

• Aufgrund der Mischung ganz guter Absorbtionsgrad in einem relativ großen Frequenzbereich (250 Hz-4000 Hz)

• Ziel: Hörsamkeit in Räumen sicherstellen

• Inhalt: Unterteilung in Räume der Raumgruppe A und B

  • Raumgruppe A: “Hörsamkeit über mittlere und große Entfernungen” -> Einteilung nach Nutzungsart in A1 bis A5 (z.B. Musik (A1-> z.B. Oper), weitere in A: Klassenzimmer, Hörsäle, Sporthallen) -> Abhängig von Frequenzbereichen?!

    • Anforderungen an Sollnachhallzeit unter 80% der Regelbesetzung (z.B. +- 20 % zwischen 250 - 2000 Hz)

    • je nach Hauptnutzung des Raumes gibt es unterschiedliche Volumenkennzahlen, in welchen Grenzen die Anforderungen gelten und nach welchen der Raum ausgestaltet werden soll (m³ pro Platz)

  
  

  • Raumgruppe B: “Hörsamkeit über geringe Entfernungen” z.B. Büroräume, Speiseräume, Pausenräume

    • -> Ziel: Schallpegel reduzieren (Berechnung siehe unten)

      BILD BERECHNUNG PEGELMINDERUNG

    • Orientierungswerte für das Verhältnis von äquivalenter Absorbtionsfläche zu Raumvolumen (abhängig der Raumhöhe)