D. Hennings: Raumakustische Optimierung ...

2. Schall und Raum

2.1 Schall im Raum

Absorption, Reflexion und Streuung

In Räumen treffen Schallwellen (unvermeidlich) auf Oberflächen und werden dort, je nach Oberflächen-Eigenschaften zum Teil absorbiert, spiegelnd reflektiert oder diffus gestreut. An relativ glatten Oberflächen, deren Struktur klein ist im Vergleich zur Wellenlänge des Schalls, überwiegt die spiegelnde Reflexion gegenüber der diffusen Streuung.


Eine von einer punktförmigen Schallquelle ausgehende Kugelwelle trifft auf eine ebene Fläche (links). Die
reflektierte Welle scheint von einer gespiegelten Schallquelle auszugehen. Bei mehrfacher Reflexion (rechts) entstehen auch (scheinbare) 'Spiegelschallquellen' zweiter oder höherer Ordnung (= Anzahl der beteiligten Reflexionen).

Je stärker strukturiert eine Oberfläche ist, umso mehr geht der Zusammenhang zwischen den räumlichen Verteilungen der einlaufenden und der auslaufenden Welle verloren, bis hin zu völliger Unabhängigkeit: Der Schall wird dann diffus gestreut.

Schließlich wird ein mehr oder weniger großer Anteil des auftreffenden Schalls weder reflektiert noch gestreut, sondern von der Oberfläche 'verschluckt'. Dies kann sowohl bedeuten, daß der Schall im Bauteil hinter der Oberfläche absorbiert, also in Wärme umgewandelt wird, als auch daß er das Bauteil durchdringt. An der Oberflächen ist Beides nicht unterscheidbar und wird als 'Absorption' zusammnengefaßt, obwohl dieser Begriff den Vorgang nicht präzise beschreibt.

Oberflächen, die nur sehr wenig Schall absorbieren, also fast Alles reflektieren oder streuen, nennt man 'schallhart'. Gute 'Schallabsorber' absorbieren dagegen um 90% des auftreffenden Schalls, mittlere und schwache Absorber beliebige kleinere Anteile. Zudem absorbieren die meisten Absorber frequenzabhängig unterschiedliche Anteile. Genauer beschrieben wird dies mit 'Schallabsorptionsgraden' für verschiedene Frequenzbereiche, meist Oktavbänder.

Der Schallabsorptionsgrad (α) gibt an, welcher Anteil des auftreffenden Schalls im jeweiligen Frequenzbereich absorbiert wird und kann im Bereich 0..1 liegen. In der Literatur und in Datenblättern kommen auch Werte über 1 vor, jedoch ist bei solchen Werten Vorsicht geboten, denn es können eventuell Artefakte sein. Zwar ist die wirksame Fläche eines begrenzten Schallabsorbers durch Randeffekte etwas größer als die geometrische Fläche, so daß auf die geometrische Fläche bezogene Schallabsorptionsgrade Werte über 1 erreichen können, jedoch sind derartige Angaben nur sinnvoll, wenn sie auf eine bestimmte Absorber-Geometrie bezogen sind.

Weitere Details zu diesem Thema folgen im Kapitel über Schallabsorber.

Schallausbreitung im Raum, Nachhall

Um Schallereignisse an einem Hörort in einem Raum zu verstehen ist es nützlich, die verschiedenen Übertragungswege von einer Schallquelle zum Hörer zu betrachten. Die nachfolgende Grafik zeigt an einem Beispiel den direkten und einige ein- bis dreifach reflektierte Übertragungswege.


Wenn man alle möglichen Übertragungswege mit beliebig vielen Reflexionen einbezieht, wird die Gesamtzahl extrem groß, so daß nur noch eine statistische Betrachtung möglich ist. Dabei legt der Schall auf jedem Weg eine unterschiedliche Wegstrecke zurück und trifft aufgrund der Schallgeschwindigkeit mit einer individuellen Verzögerung am Hörort ein. Zudem schwächt jede (nicht 100%ige) Reflexion den Schall ab, so daß am Hörort eintreffenden Anteile umso schächer werden, je später sie eintreffen. Das nachfolgende Bild zeigt schematisch, wie die Überlagerung aller Anteile aussehen kann, wenn sie mit ihrer Intensität über der Verzögerungszeit bezogen auf den zuerst eintreffenden Direktschall aufgetragen werden.


Nach dem Direktschall folgen zunächst einige Anteile mit einer oder wenigen Reflexionen. Mit zunehmender Zeit verdichtet sich das Muster zum diffusen und mit der Zeit abfallenden 'Nachhall'. Über diesen zeitlichen Abfall wird der Nachhall auch quantifiziert, mit der Nachhallzeit, die angibt nach welcher Zeit die eintreffenden Anteile auf ein tausendstel des Schalldrucks bzw. um 60dB abgeschwächt sind. Da viele Oberflächen Frequenz-abhängig absorbieren, weisen Räume in der Regel unterschiedliche Nachhallzeiten in verschiedenen Frequenzbereichen auf.

In Räumen mit einfacher Geometrie wie beispielsweise Quadern sind die Nachhallzeiten für verschiedene Schallquell- und Hör-Orte sehr ähnlich, so daß sie sich eignen um den Raum unabhängig von einer bestimmten Übertragungsstrecke zu charakterisieren. In komplexen oder aus mehreren Teilräumen zusammengesetzten Räumen können in verschiedenen Bereichen deutlich unterschiedliche Nachhallzeiten erscheinen - es gibt dann keine einheitlichen Nachhallzeiten mehr im Raum.

2.2 Schallabsorber

Die Vielfalt der Absorber

Die Möglichkeiten Schallabsorber zu bauen sind äußerst vielfältig. Das eröffnet natürlich auch ein breites Spektrum der visuellen Gestaltung, von unauffälligen Oberflächen, an denen nur Fachleute mit geschärftem Blick erkennen können, daß es sich um einen Schallabsorber handelt, bis dahin einen nach akustischen Gesichtspunkten ausgewählten Schallabsorber als gestalterisches Element einzusetzen.

Doch betrachten wir zunächst die primäre akustische Funktion von Schallabsorbern. Um deren Vielfalt übersichtlicher und für die praktische Anwendung handhabbar zu machen, nutzen wir eine Klassifizierung nach Typen verschiedener Funktionsweise mit typischen Einsatzbereichen. Wichtige Standard-Typen und einige Sonderformen für spezielle Anwendungsfälle werden im Folgenden beschrieben.

Poröse Absorber

Funktionsweise

Poröse Absorber bestehen aus einer luftdurchlässigen (porösen) Schicht vor einer schallharten, reflektierenden Schicht, beispielsweise einer massiven Wand, eventuell auch mit einer Luftschicht dazwischen. Der Schall durchdringt die poröse Schicht und wird an der schallharten Schicht reflektiert. Hin- und rücklaufende Schallwelle überlagern sich zu einer stehenden Welle mit einem 'Schnelle-Maximum', also einem Bereich maximaler Bewegung der Luftteilchen um 1/4 der Wellenlänge entfernt vom harten Reflektor. In diesem Bereich maximaler Bewegung kann eine poröse Schicht besonders gut durch Reibung mit den bewegten Luftteilchen Schallenergie absorbieren.

Absorptionseigenschaften

Ein dünner poröser Absorber absorbiert nur bei hohen Frequenzen (mit kleinen Wellenlängen) gut. Je dicker die poröse Schicht (oder auch je größer der Wandabstand) ist, umso tiefer auf der Frequenz-Skala reicht die Absorption. Die Eigenschaften eines Absorbers werden bestimmt vom porösen Material, der Dicke der Schicht und ggf. dem Abstand zum Reflektor. Bei guter Auslegung kann ein poröser Absorber oberhalb einer unteren Grenzfrequenz einen recht gleichmäßigen Absorptionsgrad um 90% haben - er wirkt also als 'Breitbandabsorber' oberhalb der Grenzfrequenz (siehe Grafik). Zur Orientierung ist in der Grafik der ungefähre Verlauf des Absorptionsgrads bei verschiedenen Dicken des Absorbers eingezeichnet.


Typischer spektraler Verlauf des Absorptionsgrads eines porösen Absorbers bei verschiedenen Schichtdicken
und bei jeder Schichtdicke angepaßter Material-Eigenschaft des Absorbers. Abhängig von der Auslegung
können die Kurven auch etwas anders verlaufen.

Konstruktionsweisen

Konstruktiv hängt der Aufbau vom Typ des verwendeten Absorber-Materials ab. Bei Absorbern aus mineralischen oder textilen Fasern ist eine Abdeckung notwendig, die meist aus einem faserdichten Vlies und einem akustisch transparenten mechanischen Schutz besteht, oft einer gelochten oder geschlitzten Platte, eventuell zusätzlich einem Textilgewebe für die optische Gestaltung. Der Flächenanteil der Öffnungen muß möglichst hoch sein und die Abdeckschicht darf nicht zu dick sein. Bei zu kleinem Lochflächenanteil oder zu großer Dicke der Abdeckschicht verringert sich die absorbierende Wirkung bei hohen Frequenzen und es entstehen Übergangsformen zu Lochplatten-Absorbern (siehe weiter unten). Absorber aus offenporigen Schaumstoff oder Mineralstoff oder aus aufgespritzten Zellulosefasern benötigen keine Abdeckung, falls die mechanische Festigkeit und die optische Erscheinung für die jeweilige Anwendung ausreichen.


Querschnitt durch einen porösen Absorber.

Platten-Absorber

Ein Platten-Absorber besteht aus einem geschossenen Hohlraum, der zum Raum hin mit einer schwingungsfähigen Platte abgeschlossen ist. Dieser geschossene Hohlraum wirkt als resonantes System mit einer Resonanzfrequenz, die von der Masse der schwingungsfähigen Platte und der Federwirkung des eingeschlossenen Luftvolumens. Bei der Resonanz-Frequenz und in deren Umgebung gerät die abdeckende Platte und das Luftvolumen dahinter besonders stark in Schwingung, sobald eine äußere Anregung kommt. Wird der Hohlraum nun mit Dämmstoff im Inneren bedämpft, so wird die ganze Konstruktion zum Schallabsorber mit Maximum der Absorption bei der Resonanzfrequenz, also dort wo maximale Bewegung auftritt, und abnehmendem Absorptionsgrad oberhalb und unterhalb der Resonanz. Die Grafik zeigt einen typischen spektralen Verlauf des Absorptionsgrads eines Plattenabsorbers.


Typischer spektraler Verlauf des Absorptionsgrads eines Plattenabsorbers mit Absorptions-Maximum bei 125 Hz.


Querschnitt durch einen Platten-Absorber.

Die Frequenz des Absorptions-Maximums (f0 in [Hz]) ergibt sich näherungsweise aus der Dicke des Luftraums (d in [cm]) und der flächenbezogenen Masse der schwingfähigen Platte (m' in [kg/m˛]) mit:

f0 = 510 / √ (m' * d)

Mit der Dämmstoff-Füllung wird die Form des Maximums beeinflußt: Mit wenig Dämmstoff wird das Maximum schmal - der Absorber wirkt nur in einem engen Frequenzband um das Maximum. Je mehr Dämmstoff eingebracht wird, umso breiter und flacher wird das Maximum - Der Absorber wird breitbandiger, das Maximum weniger hoch. Genauere Information liefern Planunghilfen (wie [PTB, 200x], [Zorba], siehe Anhang) oder Messungen im Hallraum.

Helmholtz-Resonator-Absorber

Ein Helmholtz-Resonator ist eine Flasche, die nahezu eine beliebige Form haben kann. Wichtig für die Funktion sind nur das Innenvolumen sowie Querschnitt und Länge des Halses. Flaschen besitzen so ausgeprägte Resonanzen, daß sie sich als Musikinstrumente eignen - hier ein Beispiel zum Anhören:

Dabei schwingt die Luft mit maximaler Bewegung im Flaschenhals, die Luft im Flaschenbauch wirkt als Feder. Etwas Reibung, beispielsweise mit Dämmstoff, im Flaschenhals eingebracht entzieht der bewegten Luft besonders gut die Energie. Der Resonator (die Flasche) wird zum Absorber. Bei der Resonanzfrequenz ist die Absorption maximal.
Experiment

Ein kleines Experiment kann die Wirkungsweise eines Helmholtz-Resonators veranschaulichen. Nehmen Sie eine leere Getränkeflasche und blasen Sie diese oben so an, daß ein Ton entsteht. Füllen Sie die Flasche nun nach und nach mit Wasser und erproben dabei immer wieder, wie sich die Tonhöhe verändert. Entleeren Sie nun die Flasche oder wählen Sie einen beliebigen Füllgrad, bei dem sich besonders gut Töne erzeugen lassen (ausprobieren !). Bringen Sie jetzt eine kleine Menge loser Watte in den Flaschenhals, gerade soviel, daß sie dort gut hält. Versuchen Sie nun noch einmal, auf der Flasche Töne zu erzeugen. Es wird Ihnen kaum gelingen - die Flasche ist zum Absorber geworden.

Anwendung

Helmholtz-Resonatoren spielen in der alltäglichen raumakustischen Planung eher eine Nebenrolle, sie eignen sich jedoch für die akustische 'Feinabstimmung' sehr anspruchsvoller Räume wie beispielsweise Konzertsäle, da sie sich durch Verändern des Volumens genau nach Bedarf abstimmen lassen (siehe Experiment). Im Folgenden werden wir sehen, daß eine abgewandelte Form ein breiteres Anwendungsfeld erschließt.

Lochplatten-Absorber

Ein Lochplatten-Absorber ist ein 'Abkömmling' des Helmholtz-Resonators mit vielen Löchern, ein flächiger Hohlraum, der mit einer löchrigen Platte abgedeckt ist. Hinter der Platte wird mit einer Lage Dämmstoff die notwendige Reibung erzeugt. Wie die 'Urform' des Helmholtz-Resonators besitzt auch ein Lochplatten-Absorber ein resonantes Absorptions-Maximum, dessen Lage im Frequenzsprektrum vom Volumen und der Lochung abhängt. Da es sich um ein flächiges Bauteil handelt, mit dem Wände und Decken in beliebiger Ausdehnung belegt werden können, wird es mit flächenbezogenen Werten charakterisiert.


Querschnitt durch einen Lochplatten-Absorber. Obwohl der Aufbau einem Platten-Absorber ähnelt, entspricht das Funktionsprizip einem Helmholtz-Resonator: nicht die Platte schwingt, sondern die Luft in den Löchern oder Schlitzen. Damit die Dämpfung gut funktioniert, muß sich bei teilweiser Füllung der Dämmstoff auf der gelochten Seite des Hohlraums befinden.

Die wichtigsten Bestimmungsgrößen für die spektrale Lage des Absorptions-Maximums sind die Dicke des Hohlraums ( = Volumen / Fläche) und der Lochflächen-Anteil ( = Fläche der Löcher / Gesamte Fläche). Weiteren Einfluß auf die genaue Lage, Breite und Form des Maximums haben die Größe und Form der Löcher, die Dicke der Abdeckplatte, sowie die Menge und Eigenschaften des Dämmstoffs hinter der Lochung.

Durch verschiedenste Bauformen mit einer Vielzahl an Parameter-Kombinationen können die Absorptions-Eigenschaften in weiten Grenzen an diverse Anwendungsfälle angepaßt werden. Vorzugsweise werden Lochplattenabsorber eingesetzt um mittlere Frequenzen zu absorbieren. Durch verschiedene Maßnahmen wie die Kombination unterschiedlich großer Löcher in einer Platte kann der Absorptionsbereich verbreitert werden. Wird der Lochflächen-Anteil besonders groß gewählt, so entstehen Übergangsformen vom schmalbandigen resonanten Absorber zum Breitbandabsorber mit gelochter Abdeckung, der eine untere Frequenzgrenze hat und bis zu sehr hohen Frequenzen absorbiert, wie oben beschrieben. Diverse kommerziell erhältliche Absorber gehören zu dieser Übergangs-Kategorie.


Typische spektrale Verläufe des Absorptionsgrads eines resonanten und eines Breitband- Absorbers sowie
ein Beispiel für eine Übergangsform.

Kanten-Absorber

Ein Kanten-Absorber ist eine besondere Form eines porösen Absorbers, der als Streifen entlang einer Raumkante angeordnet ist. Besonders nützlich kann dieser Absorber-Typ als flächensparender Tiefenabsorber sein. Dazu muß der Absorber-Streifen genügend dick, typisch 40-50 cm, und etwa einen halben Meter breit sein. Aufgrund der Wellenmuster, die sich in den Kanten von Räumen einstellen, wirkt ein solcher Absorber bei tiefen Frequenzen mit einer äquivalenten Absorberfläche, die größer ist als die geometrische Fläche des Absorbers, bis zu mehr als dem Doppelten (dies funktioniert allerdings nur bei Anordnung in Raumkanten !).


Querschnitt durch einen Kanten-Absorber mit einer massiv verkleideten
und einer akustisch transparenten Seite, im Beispiel mit Lochblech.
Es gibt auch Bauformen mit zwei akustisch offenen Seiten.


Frequenz-Abhängigkeit der maximal wirksamen Breite von Kantenabsorbern.
Da die erhöhte Absorption in den Kanten auf dem Schalldruckmaximum in zwei
Dimensionen beruht, ist diese Wirkung bei jeder Frequenz auf einen Bereich
begrenzt, der durch das 1/4 Wellenlänge von der Kante entfernte Schnelle-
Maximum bedingt ist. Deshalb sinkt die wirksame Breite mit zunehmender
Frequenz und daher eignen sich Kantenabsorber nur für tiefe Frequenzen.

Bisher werden Kantenabsorber vorwiegend zur Verbesserung der Raumeigenschaften im HiFi-Bereich, sowie in der Studio-Akustik verwendet. Wegen des relativ geringen Flächenbedarfs sind sie jedoch auch besonders für Gebäude mit thermisch genutzten Decken geeignet, da hier häufig die für Absorber verfügbaren Flächen knapp sind. So können beispielsweise Deckenkoffer in Raumkanten, die des öfteren Installationen verbergen, als Kantenabsorber ausgebildet werden.

Zur Zeit existieren nur wenige Meßdaten der Absorptions-Eigenschaften von Kantenabsorbern, so daß die richtige Dimensionierung in Anwendungsfällen schwierig ist. Hier besteht noch Forschungs- und Entwicklungsbedarf, um mit einer verbesserten Datenbasis die Anwendung zu vereinfachen.

Übersicht über die Absorber-Typen

Absorber-Typ Wirkungs-Prinzip typischer Einsatz Effizienz
Poröse Absorber

Reibung in porösem Material
breitbandige Bedämpfung mittlerer und hoher Frequenzen
0..+

Platten-Absorber
geschlossener Kasten als bedämpfter Resonator
Bedämpfung tiefer Frequenzen
0

Helmholtz-Resonator- Absorber
Hohlraum mit Öffnung als bedämpfter Resonator
gezielte Bedämpfung bestimmter Frequenzbereiche
0..+

Lochplatten-Absorber
Hohlraum mit vielen Öffnungen als bedämpfter Resonator
Bedämpfung mittlerer Frequenzen
0..+

Kanten-Absorber
Reibung in porösem Material zusammen mit dem Kanten-Effekt
effektive Bedämpfung tiefer Frequenzen, nur in Kanten möglich
++

Decken-Lamellen / Baffles
freihängendes poröses Material
unter thermisch genutzten Decken
0

Verbundplatten- Absorber
gedämpftes Feder-Masse-System
Bedämpfung tiefer Frequenzen
0..+

Mikroperforierte Absorber
Lochplatten-Absorber ohne Dämmstoff
als transparente Absorber
0

Effizienz: Absorptionsgrad im maximalen Bereich typisch 0: <0.8, +: 0.8..1.0, ++: rechnerisch >1.0

2.3 Nachhall berechnen und messen

Nachhallzeiten berechnen

Die einfache Berechnung der Nachhallzeit eines Raums geht auf Wallace Clement Sabine (1868-1919) zurück, der an der Havard University Physik lehrte. Beim Bau der Boston Symphony Hall (1899/1900) unterstützte er die Architekten mit akustischer Beratung, Berechnungen und Messungen. Es wurde ein großer Erfolg - die Boston Symphony Hall gilt bis heute als ein Konzertsaal allererster Klasse (Aus­führ­liches zu diversen Konzertsälen ist in [Beranek, 2004] zu finden).


An der Boston Symphony Hall fand erstmals beim Bau eines Konzertsaals
eine quantitative akustische Beratung statt. (Bildquelle: wikipedia.org)

W. C. Sabine erkannte, daß die Nachhallzeit eines Raums in erster Linie vom Innenvolumen und von der Schallabsorption der Oberflächen im Raum abhängt. Auf diesen Größen beruht auch die von ihm entwickelte und nach ihm benannte Näherungsformel für die Nachhallzeit:

T = 0.163 V / A = 0.163 V / ∑ Si αi

wobei:

T = Nachhallzeit der Raums in [s]
V = Nettovolumen der Raums in [m³]
A = ∑ Si αi die gesamte äquivalente Schallabsorptionsfläche im Raum in [m²]
Si sind die einzelnen Oberflächen im Raum in [m²]
αi sind die Schallabsorptionsgrade der einzelnen Oberflächen, ohne Einheit [-]

Für Räume mit einfacher Geometrie (z.B. Quader), die nicht sehr stark bedämpft sind und wo die Absorber etwa gleichmäßig im Raum verteilt sind, liefert die Sabine'sche Formel Ergebnisse, die für die raumakustische Planung meist hinreichend genau sind, und wird deshalb häufig verwendet.

Bei sehr großen Räumen muß zusätzlich die Absorption der Luft berücksichtigt werden. Für stark bedämpfte Räume liefert die etwas komplexere Formel von Eyring genauere Ergebnisse als die Sabine'sche Formel. Räume mit besonders hohen Anforderungen an die raumakustische Qualität werden auch mittels raumakustischer Simulation vorherberechnet. Aus den Simulations-Ergebnissen können neben Nachhallzeiten auch diverse weitere Maße für die raumakustische Qualität abgeleitet werden. Zudem können Hörproben hergestellt werden, die es auch mit den Qualitätsmaßen nicht vertrauten Personen erlauben, die Qualität einzuschätzen. In Kap. 2.3 werden solche Hörproben verwendet.

Da die Schallabsorption in der Regel nicht für alle Frequenzen gleich ist, werden Nachhallzeiten für verschieden Frequenzbereiche berechnet, am häufigsten für die sechs Oktavbänder von 125 Hz bis 4 kHz, die den Frequenzbereich der menschlichen Sprache weitgehend abdecken. Für Musik spielen auch die Oktaven darunter und darüber eine Rolle.

Die für die Berechnungen benötigten Schallabsorptionsgrade können der Literatur, der umfangreichen Datenbank der PTB oder Datenblättern der Hersteller von Schallabsorbern entnommen werden.

Nachhallzeiten messen

Die einfachste Methode Nachhallzeiten zu messen besteht darin, einen lauten Impuls zu erzeugen, beispielsweise mit einer Schreckschußpistole oder einem zerplatzenden Ballon, in kleinen Räumen notfalls sogar mit kräftigem Händeklatschen. Aus dem Abklingen des Knalls kann dann die Nachhallzeit abgeleitet werden. Allerdings sind die Impulse nicht genau reproduzierbar und in ihren akustischen Eigenschaften nur ungenau erfaßbar. Deshalb ist diese Methode in erster Linie für eine ungefähre und schnelle Einschätzung eines Raums geeignet, weniger jedoch um reproduzierbare und verläßliche Meßergebnisse zu erhalten.

Eine herkömmliche, mittlerweile 'in die Jahre gekommene' Methode nutzt ein Rauschsignal, das für einige Sekunden über einen Lautsprecher in den Raum abgestrahlt und dann, nachdem sich ein konstanter mittlerer Pegel eingestellt hat, abgeschaltet wird. Aus dem Abklingen wird die Nachhallzeit bestimmt. Der Vorzug lag vor der allgemeinen Verbreitung der PCs darin, daß die Messung ohne Computer mit einem elektromechanischen Pegelschreiber oder einem nachleuchtenden Oszilloskop durchgeführt werden konnte.

Die Computer-gestützte Meßtechnik ermöglicht komplexe Meßsignale zu nutzen, mit denen eine höhere Genauigkeit und weniger Störempfindlichkeit realisierbar ist. Gängige Meßsignale sind 'Maximalfolgen', wie Rauschen klingende Signale die jedoch eine genau festgelegte Zeitstruktur haben, sowie durch das gesamte Spektrum gleitende Sinustöne ('sinus sweeps'). Beiden Signaltypen ist gemeinsam, daß sie, mit einem zugehörigen komplementären Auswertesignal mathematisch 'gefaltet', einen idealen Impuls ('Dirac-Impuls') ergeben. Überträgt man stattdessen zunächst das Meßsignal über einen Lautsprecher und ein Mikrofon im zu vermessenden Raum, und führt die 'Faltung' dann am übertragenen Signal aus, entspricht das Ergebnis dem Abklingen des idealen Impulses, nur viel präziser als das mit einer direkten Impuls-Messung möglich wäre.

Des Ergebnis der Übertragung eines Impulses, gleichgültig ob 'primitiv' wie oben beschrieben oder indirekt mit Meßsignalen gemessen, wird 'Raumimpulsantwort' genannt. Daraus lassen sich neben den Nachhallzeiten diverse andere Qualitätsmaße ableiten. Verschiedene Meßmethoden und deren Auswertung sind in ISO 3382 beschrieben.


Gemessene Raumimpulsantwort eines Hörsaals.

2.4 Raumakustische Qualität

Raumakustische Qualität bezieht sich immer auf eine bestimmte Nutzungart, denn eine Raum kann für eine Nutzung sehr gut geeignet und zugleich für eine andere Nutzung völlig ungeeignet sein. Qualitäts-Anforderungen an Räume verschiedener Nutzungsarten sind in [DIN 18041] zusammengestellt.

Zunächst lassen sich Räume in zwei in den akustischen Anforderungen sehr unterschiedliche Klassen unterteilen:

- Räume, die der Kommunikation, der sprachlichen oder der musikalischen Darbietung dienen (in DIN 18041 als 'Gruppe A' bezeichnet). Das Gemeinsame an diesen Räumen ist, daß immer eine raumweite Ausbreitung der Schallereignisse in einer hohen Übertragungsqualität erwünscht ist.

- Räume, in denen Kommunikation nur im Nahbereich stattfindet ('Gruppe B' in DIN 18041). Da in solchen Räumen oft verschiedene Gespräche zugleich stattfinden und sich gegenseitig stören können (extremes Beispiel: 'Call Center') oder sich Geräuschquellen im Raum befinden (Beispiel: Werkstatt), ist hier eine raumweite Schallausbreitung unerwünscht.

Die weitere Betrachtung bezieht sich in erster Linie auf Räume der 'Gruppe A'.

Nachhallzeiten

In DIN 18041 sind unter Anderem für die Nutzungsarten 'Musik', 'Sprache' allgemein und gesondert für 'Unterricht' Nachhallzeiten empfohlen, die vom Raumvolumen abhängen. Diese Empfehlungen sollen innerhalb einer Toleranz von ±20% eingehalten werden (bei tiefen und hohen Frequenzen zum Teil abweichende Toleranz). Die Empfehlung 'Musik' ist in erster Linie an akustisch im Raum gespielter Musik orientiert. Für elektronisch erzeugte oder verarbeitete Musik können auch deutlich niedrigere Nachhallzeiten angemessen sein.


Abhängigkeit der empfohlenen Nachhallzeiten vom Raumvolumen für die Nutzungsarten Unterricht, Sprache und Musik nach der aktuellen DIN 18041, sowie die nicht differenzierte Empfehlung der alten DIN von 1968.

Spektrale Betrachtung in Oktavbändern

Da die akustischen Eigenschaften von Oberflächen und damit auch von Räumen in der Regel Frequenz-abhängig variieren, werden auch Berechnungen und Messungen für verschiedene Frequenz-Bereiche durchgeführt. Als Kompromiß zwischen Präzision und hoher Auflösung einerseits und Rechen- bzw. Meß-Aufwand andererseits wird das gesamte hörbare Spektrum in 10 Oktav-Bänder unterteilt, die jeweils mit ihrer Mittenfrequenz bezeichnet werden.

Raumakustisch besonders wichtig sind die mittleren 6 Oktavbänder (125 Hz, 250 Hz, 500 Hz, 1 kHz, 2 kHz, 4 kHz), denn in diesem Bereich liegt nahezu der gesamte Sprach-Schall und auch der größte Teil der Musik spielt sich in diesen Oktaven ab. Bei besonderen Anforderungen, etwa bei der Konzertsaal- Planung, werden die Oktaven darunter und darüber nach Bedarf hinzugenommen.

Anm.: Leider funktioniert die Hörproben-Wiedergabe nicht in allen Browsern korrekt.
Empfehlung: Mozilla Firefox oder Seamonkey (www.mozilla.org); Java muß installiert sein.












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(c) D. Hennings (2001-2010)

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Stand 2010-12-01