D. Hennings: Raumakustische Optimierung ...

3. Ein realisiertes Beispiel

3.1 Beschreibung des Objekts

Die Gebhard-Müller-Schule in Biberach

Die 2004 fertiggestellte Gebhard-Müller-Schule des Kreisberufsschulzentrums Biberach dient der Berufsausbildung in kaufmännischen Berufen. Das Gebäude mit ca. 5500 m² Hauptnutzfläche auf drei Etagen ist für etwa 1500 Schüler ausgelegt. Das Gebäude ist als Stahlbeton-Skelett gebaut und mit mittlerem U-Wert von 0.43 W/m²K und A/V = 0.31 m-1 sehr gut wärmegedämmt. Das Gebäude wird über eine Betonkerntemperierung beheizt und gekühlt, wobei das Grundwasser als Wärme-Quelle und -Senke dient. Zusätzlich wird die Zuluft der Lüftungsanlage bei Bedarf vor­temperiert. Spitzenheizlasten werden von einem Holzpelletkessel gedeckt [GMS 2004].


Foto: GMS

Der untersuchte Raum

Meßobjekt ist ein Unterrichtsraum mit 32 Schülerplätzen, 60 m² Grundfläche und etwa 180 m³ Nettovolumen. Dieser Raum ist repräsentativ für den größten Teil der Unterrichtsräume der Schule. Die Unterrichtsträume sind mit Leichtbauwänden untereinander und von den Fluren getrennt. Die Decke ist aufgeteilt in etwa 80% Betonfläche und 20% abgehängten Deckenkoffer für Lüftung und andere Installationen. Der Boden ist mit Nadelfilz belegt. Die akustische Bedämpfung erfolgt durch Lochplatten-Absorber in der Fensterbrüstung und am Deckenkoffer sowie den Nadelfilzboden. Die als Plattenabsorber wirkenden Leichtbauwände bedämpfen tiefe Frequenzen. Das Foto zeigt den vorderen Teil des Raums mit dem Meßaufbau.


Foto: D. Hennings

3.2 Gemessene Eigenschaften

Messung in typischen Nutzungs-Situationen

Im ausgewählten Raum wurden typische Unterrichts-Situationen als Meßaufbau nachgestellt: Stehender Sprecher an der Tafel und am Tisch sitzender Sprecher, jeweils mit verschiedenen Hörer-Positionen. Messungen erfolgten sowohl mit 1 Person (dem Experimentator) im Raum, als auch mit insgesamt 17 Personen im Raum, was der Hälfte der maximalen Besetzung entspricht (siehe Foto). Gemessen wurden binaurale Raumimpulsantworten, aus denen neben den Nachhallzeiten auch andere Qualitätsmaße abgeleitet werden können. Die Methode ist in [Hennings 2007] im Einzelnen beschrieben.


Foto: D. Hennings

Nachhallzeiten charakterisieren den Raum als Ganzes

Die nachfolgende Grafik zeigt aus gemessenen Raumimpulsantworten abgeleitete Nachhallzeiten mehrerer Messungen übereinander gezeichnet. Es sind T-30-Nachhallzeiten, dabei wird das Abklingen nur bis -30dB gemessen statt bis -60dB, und anschließend die ermittelte Abklingzeit verdoppelt. Das verringert die Empfindlichkeit der Messung für Störgeräusche.

Die Ergebnisse zeigen einen sehr gleichmäßigen spektralen Verlauf der Nachhallzeiten sowohl im fast leeren als auch im teilbesetzten Zustand. Die Abhängigkeit der Ergebnisse vom Ort ist gering. Lediglich bei tiefen Frequenzen, wo Raum-Eigenschwingungen einen erheblichen Einfluß haben können, steigt die Streuung der Werte. Die Meßergebnisse für den teilbesetzten Raum liegen knapp über der Empfehlung der alten DIN 18041 von 1968, die bei der Planung des Gebäudes noch gültig war und noch keine Differenzierung nach Nutzungsarten enthielt. Bei tiefen Frequenzen ist ein leichter Anstieg zu sehen, eine Konsequenz davon, daß keine besonderen Tiefen-Absorber eingesetzt wurden, sondern die Tiefen-Absorption einfach den Leichtbau-Wänden überlassen wurde.

Merklichen Einfluß auf die Nachhallzeiten haben die Personen im Raum, deutlich weniger dagegen der Ort der Messung im Raum. Das bedeutet, daß die Nachhallzeiten geeignet sind um einen Raum als ganzes zu bewerten, wenig dagegen um zwischen verschiedenen Übertragungs­strecken zu differenzieren, beispielsweise Hörer näher oder weiter entfernt vom Sprecher.

Schwerpunktzeiten bewerten bestimmte Übertragungswege

Aus den gemessenen Raumimpulsantworten wurden auch Schwerpunktzeiten Ts abgeleitet (vgl. [ISO 3382]). Schwerpunktzeiten sind ein universellerer Nachfolger der herkömmlichen Deutlichkeits- und Klarheits-Maße und beschreiben die zeitliche 'Verschmierung' von Sprache oder Musik in einem Raum. Je kleiner der Wert, umso klarer die Musik, umso deutlicher und besser verständlich ist die Sprache. Für Sprache soll die Schwerpunktzeit kleiner 80 ms sein (vgl. [Fasold, Veres 1998]), gute bis sehr gute Übertragungsqualität entspricht Werten unter 50 ms.

Die Grafik unten zeigt nebem einem Abfall von tiefen zu hohen Frequenzen einen deutlichen Einfluß der Entfernung zwischen Sprecher und Hörer. Bei geringer Entfernung (L1M1, blaue Kurven) sind die Werte deutlich geringer als bei größerer Entfernung (L1M2, grüne Kurven). Die Meßwerte besagen also, daß die Übertragungsqualität merklich von der Entfernung abhängt. Andererseits ist den Messungen zufolge der Einfluß der Personenzahl geringer.

Mit ergänzenden Maßen wie den Schwerpunktzeiten können also aus den Messungen zusätzliche Qualitäts-Informationen gewonnen werden, die in den Nachhallzeiten nicht enthalten sind. Aller­dings lassen sich andere Maße in der Planung nicht so leicht mit einer Formel vorher­berechnen, wie dies bei Nachhallzeiten der Fall ist. Daher sind sie als Planungsgrößen aufwendigeren Projekten vorbehalten, in denen mit Simulation oder mit Messung an Modellen gearbeitet wird. Meßtechnisch sind diese Maße dagegen mit heutiger Meß-Software recht einfach zu ermitteln.

Auralisation

Die gemessenen binauralen Raumimpulsantworten sind auch Basis der folgenden Hörproben, so daß diese 'gemessenen' Hörproben Raumeindrücke geben, die genau den obigen Meßwerten entsprechen.


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

Eigenfrequenzen kritisch aber gut bedämpft

Beide horizontale Abmessungen des Raums liegen im Bereich 7.85 m +/-0.2 m und damit nahe beieinander, so daß die zu diesen Raumrichtungen gehörigen longitudinalen Eigenfrequenzen nahezu zusammenfallen. Es besteht also ein Risiko ausgeprägter Raumresonanzen, zumal bei knapp 110 Hz die Eigenfrequenzen 5. Ordnung der beiden horizontalen Achsen mit der 2. Ordnung der vertikalen Achse zusammenfallen; desgleichen bei Vielfachen dieser Frequenzen. Eine ausgeprägte Resonanz bei 110 Hz wäre besonders kritisch, da sie in den Grundtonbereich von Männerstimmen fällt.

Das beispielhafte Übertragungs-Spektrum des Raums in der Grafik unten zeigt zwar eine Vielzahl von Eigenfrequenzen, die jedoch durchweg eher schwach ausgeprägt sind. Die Bedämpfung des Raums bei tiefen Frequenzen reicht also aus um störende Raumresonanzen zu verhindern.

Höreindrücke entsprechen den Meßergebnissen

Den gezeigten Meßergebnissen entspricht der Höreindruck, daß der Raum insgesamt ausgewogen klingt und auch nicht zum 'Dröhnen' neigt. Eine informelle Befragung von Lehrern und Schülern der Schule ergab ebenfalls, daß die Räume als akustisch angenehm empfunden wurden und daß Sprache sehr gut zu verstehen ist.


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(c) D. Hennings (2001-2010)

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Stand 2010-02-04