BM-Serie: Raumakustik – neue Märkte für das Handwerk, Teil 1

Werkzeuge der Akustik

Raumakustik beeinflusst das Wohlbefinden und die Aufenthaltsqualität in Räumen wesentlich. In unserer neuen, dreiteiligen Serie erläutern wir die Grundlagen und geben Schreinern, Tischlern und Innenausbauern handfeste Praxistipps zum Umgang mit diesem komplexen Thema.

Michael Fuchs

Die Raumakustik ist ein spannendes Tätigkeitsfeld. Sie beeinflusst maßgeblich das Behaglichkeitsempfinden und hat eine große Auswirkung auf unsere Konzentrations- und Leistungsfähigkeit. Eine gute Raumakustik lässt sich nicht pauschal definieren. Die Bewertungskriterien sind vor allem nutzungsabhängig. Eine raumakustische Planung erfordert ein individuelles Konzept. In der dreiteiligen BM-Serie zeigt unser Autor Michael Fuchs praxisnah die relevanten Grundlagen, Fachbegriffe und Regelwerke.

Akustik

Allgemein handelt es sich bei der Begrifflichkeit Akustik um die Lehre des Schalls und seiner Ausbreitung. Die Hauptaufgaben sind vor allem die Minderung von Lärm, die Beeinflussung des Hörempfindens sowie die Übertragung von akustischen Informationen. Was ist gute Akustik? Was zeichnet sie aus und was sind die Bewertungskriterien? Um diese Fragen fachgerecht beantworten zu können, ist es wichtig, die wesentlichen Grundbegriffe zu erläutern.

Schall

Unter Schall versteht man eine „mechanische Schwingung in einem elastischen Medium“. In der Raumakustik ist das Medium die Raumluft – also ein gasförmiges Medium. Praktisch betrachtet handelt es sich beim Luftschall um Druckschwankungen des stationären Luftdrucks. Diese Überlagerung wird als Schalldruck angegeben. Die Höhe des Schalldrucks definiert die Amplitude (Auslenkung der Schallwelle), welche den positiven oder negativen Spitzenwert der Druckschwankung beschreibt.

Abgrenzung Bau- und Raumakustik

Innerhalb von Gebäuden werden maßgeblich zwei akustische Hauptdisziplinen betrachtet, die Bau- sowie die Raumakustik.

Die Bauakustik definiert die Schallausbreitung über zwei Räume oder z. B. über ein Bauteil hinweg. Eine typische Kenngröße der Bauakustik ist die Schalldämmung bzw. das Schalldämm-Maß (R).

Die Raumakustik beschäftigt sich mit dem Schallereignis im Raum. Ziel ist es, einen Raum akustisch optimal auf seine Nutzung abzustimmen.

Kenngrößen der Raumakustik

Raumakustische Kenngrößen sind die wichtigsten Werkzeuge des Akustikers. Sie beschreiben die raumakustische Qualität eines Raumes. Durch einen Abgleich, z. B. durch Normen und Regelwerke, besteht so die Möglichkeit, einen Raum zu bewerten, einzugreifen, bzw. den Raum so zu gestalten, dass Zielwerte eingehalten werden.

Eine sehr wichtige Kenngröße ist der Nachhall. Er ist dafür verantwortlich, dass ein Schallereignis nach dem Abschalten noch einige Zeit benötigt bis es verstummt. Bekanntestes Beispiel für einen sehr langen Nachhall ist z. B. eine Kirche.

Wichtige Kenngröße Nachhallzeit

Die Beurteilung des Nachhalls erfolgt über die Nachhallzeit. Sie ist in der Raumakustik die wichtigste Kenngröße. Die Nachhallzeit definiert die Zeitspanne, in welcher ein Schalldruckpegel nach plötzlichem Verstummen um 60 dB abfällt – dies entspricht noch einem tausendstel des ursprünglichen Schalldrucks (Hinweis: Einen Auszug weiterer Kriterien finden Sie im Glossar).

Die Nachhallzeit hängt dabei von mehreren Faktoren ab, maßgeblich jedoch vom Raumvolumen, den Oberflächen der Begrenzungsflächen sowie der Einrichtung im Raum.

Ist die Nachhallzeit lang, klingt ein Raum „hallend“ und der Schalldruckpegel im Raum wird dadurch erhöht. Ist die Nachhallzeit hingegen kurz, klingt der Raum „trocken“, der Schalldruckpegel im Raum wird reduziert, die Sprachverständlichkeit jedoch meist erhöht. Ein Beispiel für einen Raum mit einer sehr hohen Nachhallzeit ist z. B. eine Kirche, ein Raum mit einer sehr niedrigen Nachhallzeit ist z. B. ein Tonstudio. „Der Klang macht die Musik!“

Empfehlungen zur Nachhallzeit

Die ideale Nachhallzeit ist stark nutzungsabhängig. Der Zweck eines Raumes, bzw. die dafür vorgesehene Tätigkeit definieren deren Höhe in Sekunden. Wichtig ist, dass die Nachhallzeit kein starrer Einzahlwert ist, sondern frequenzabhängig zu betrachten ist. Die Begründung: Der Frequenzbereich eines Schallereignisses (z.B. Sprache, Musik …), die Hörempfindlichkeit eines Menschen oder das Absorptionsvermögen von Materialien – all dies ist frequenzabhängig (Hinweis: Eine genaue Erläuterung erfolgt in BM 06/18).

Regelwerke

  • Angaben zur Nachhallzeit können aktuellen Normen und Regelwerken entnommen werden. So definiert die DIN 18041:2016 die Hörsamkeit in Räumen. Sie definiert Anforderungen und beinhaltet Empfehlungen und Hinweise für die Planung. Die Norm unterscheidet zwei Raumgruppen:
  • Gruppe A: mittlere und große Entfernungen z. B. in Hörsälen, Seminar- und Unterrichtsräumen, Räume in Kindergärten und Seniorentagesstätten sowie Sport- und Schwimmhallen.

In den Räumen der Gruppe A ist das Bewertungskriterium die Nachhallzeit. Die Höhe der Nachhallzeit ist neben der Nutzung abhängig vom Raumvolumen. Beurteilt wird die frequenzabhängige Nachhallzeit über Oktav-Mittenfrequenzen von 125 bis 4000 Hz und darüber hinaus den zulässigen Abweichungen.

  • Gruppe B: geringe Entfernungen z. B. in Arbeitsräumen, Speiseräumen, Untersuchungs- und Behandlungsräumen, sowie in Fluren und Treppenhäusern mit Aufenthaltsqualität.

In den Räumen der Gruppe B ist das Bewertungskriterium ein mindestens einzuhaltendes A/V-Verhältnis. „A“ steht für die äquivalente Schallabsorptionsfläche eines Raumes in m², „V“ – für das Raumvolumen in m³. Die Höhe des A/V-Verhältnisses ist neben der Nutzung abhängig von der Raumhöhe. Auch hier erfolgt die Vorgabe frequenzabhängig, im Gegensatz zur Gruppe A jedoch über die Oktavfrequenzen zwischen 250 und 2000 Hz (Hinweis: Erklärung „äquivalenter Schallabsorptionsfläche“ erfolgt in BM 06/18).

  • Die Richtlinie VDI 2569:2016-Entwurf (aktuell in den letzten Zügen vor der offiziellen Veröffentlichung) beurteilt den Schallschutz sowie die akustische Gestaltung, speziell für Büroräume. Sie unterscheidet zwei Räumlichkeiten – Ein- sowie Mehrpersonenbüros – und definiert für beide Räumlichkeiten sogenannte Raumakustikklassen, welche in drei Stufen (A, B oder C) untergliedert sind.

Je nach gewählter Raumakustikklasse werden (neben weiteren raumakustischen Kriterien) maximale und teilweise minimale Nachhallzeiten definiert. Die Vorgaben erfolgen auch hier frequenzbezogen als Oktav-Mitten-
frequenzen zwischen 125 und 4000 Hz.

Nachhallzeit beeinflussen

Werden raumakustische Kriterien bei der Planung nicht betrachtet, findet man in diesen Räumlichkeiten – besonders im Objektbereich – meist zu hohe Nachhallzeiten vor. Um diese zu senken, kommen Materialien mit schallabsorbierenden Oberflächen – sogenannte Absorber – zum Einsatz.

Absorber für eine gute Raumakustik

Vereinfacht dargestellt erfolgt die Schallausbreitung im Raum in alle Richtungen. Trifft ein Schallereignis auf eine Oberfläche z. B. eine schallharte Wandverkleidung, wird es reflektiert und verbleibt somit im Raum, bis es die nächste Oberfläche erreicht. Dies führt zu einem langen Nachhall. Trifft das Schallereignis jedoch auf eine absorbierende Oberfläche, wird seine Schallenergie in eine andere, nicht hörbare Energieform umgewandelt, typischerweise in Wärme.

Welche Absorber für einen Raum geeignet sind, wie sich verschiedene Absorber-Typen unterscheiden bzw. wie deren Leistungsfähigkeit nachgewiesen und/oder beurteilt werden kann, wird in der nächsten Folge dieser BM-Serie detailliert beschrieben und dargestellt.

Das erwartet Sie in den folgenden Ausgaben

  • BM 06/18: Absorber – der Weg zur guten Raumakustik
  • BM 09/18: Raumakustik – Planung und Umsetzung

Der Autor

Michael Fuchs ist Schreiner, Dipl.-Ing. (FH), M.BP., Bauphysiker und Geschäftsführer der Fuchs Raumingenieure GmbH mit Spezialisierung auf auf bauphysikalische Herausforderungen im Bereich des Ausbaus sowie der Objekt- und Büroeinrichtung.

www.raumingenieur.de


Glossar

Grundlagen der Akustik

  • Frequenz: Die Frequenz (f) beschreibt
    die Anzahl der Schwingungen pro Zeiteinheit (Hz).
  • Wellenlänge: Die Wellenlänge (λ) einer periodischen Welle ist der Abstand zwischen zwei benachbarten „Wellenbergen“.
  • Amplitude: Eine Amplitude definiert die maximale Auslenkung einer Welle (Wellenberg) im Vergleich zu ihrem Mittelwert.
  • Schalldruck: Je höher die Amplitude einer Schwingung, desto höher ist der Schalldruck (Pa).
  • Schalldruckpegel: Der Schalldruckpegel (dB) ist eine aus dem Schalldruck logarithmisch abgeleitete Schallfeldgröße in dB.
  • Oktav- und Terzmittenfrequenzen: Der raumakustisch relevante Frequenzbereich liegt in der Regel zwischen 100 und 5000 Hz (Terz-Mittenfrequenzen) bzw. 125 bis 4000 Hz (Oktav-Mittenfrequenzen). Terzfrequenzen sind kleiner unterteilt, eine Terzfrequenz entspricht einer Dritteloktave.
  • Nachhallzeit: Die Nachhallzeit T (s) definiert die Zeitspanne, in welcher ein Schalldruckpegel nach plötzlichem Verstummen um 60 dB abfällt – dies entspricht noch einem tausendstel des ursprünglichen Schalldrucks (Pa).
  • Sprachübertragungsindex: Der Sprachübertragungsindex (STI) ist eine physikalische Größe, welche die Übertragungsqualität der Sprache beschreibt. 0,0 = keine Sprachverständlichkeit; 1,0 = hohe Sprachverständlichkeit.
  • Räumliche Abklingrate der Sprache: Die räumliche Abklingrate der Sprache beschreibt den Abfall des A-bewerteten Schalldruckpegels (der Sprache) in dB bei einer Abstandsverdoppelung.
  • Ablenkungsabstand (m): Abstand zu einem Sprecher (m), welcher notwendig ist, damit der STI auf 0,5 absinkt.
  • Vertraulichkeitsabstand (m): Abstand zu einem Sprecher (m), welcher notwendig ist, damit der STI auf 0,2 absinkt.
  • Absorption: Umwandlung der Schallenergie, insbesondere in Wärme. Die Bestimmung der Schallabsorption erfolgt z. B. durch einen Schallabsorptionsgrad (α).
  • Raumakustik: Akustische Disziplin für ein Schallereignis in einem Raum.
  • Bauakustik: Akustische Disziplin für ein Schallereignis zwischen zwei Räumlichkeiten.