Berechnung und Messung von Schall

Berechnung und Messung der Akustik

Die Themen im Überblick:

• Welche Rolle spielt die Akustik im Raum?
• Wie breitet sich Schall im Raum aus?
• Raumakustik messen
• Raumakustik simulieren und prognostizieren
• Was ist Nachhall und wie entsteht er?
• Berechnung der Nachhallzeit

Welche Rolle spielt die Akustik im Raum? 

In Räumen mit schlechter Akustik leidet schnell die Sprachverständlichkeit, die Konzentration und generell das Wohlbefinden. Daher sollte man den Raum individuell akustisch planen, um ihn für alle Nutzerinnen und Nutzer angenehm zu gestalten. Bei der Planung und Verbesserung der Raumakustik ist wichtig zu beachten, wie die Räumlichkeit genutzt wird. Das Ziel ist hierbei, den Raum optimal auf seinen Bestimmungszweck anzupassen, denn verschiedene Umgebungen verlangen nach unterschiedlichen raumakustischen Verhältnissen. Beispielsweise benötigt ein Büro andere akustische Bedingungen als ein Theater oder ein Klassenzimmer.

Wie breitet sich Schall im Raum aus?

Schall entsteht, wenn eine Schallquelle, beispielsweise eine menschliche Stimme oder ein Lautsprecher, Schwingungen erzeugt. Diese Schallquelle löst Druckschwankungen aus, welche sich in der Umgebung ausbreiten und sich wellenförmig durch den Raum bewegen. Die Wellen verbreiten sich in sämtliche Richtungen und können beim Auftreffen auf Hindernisse, wie Wände oder Möbel, reflektiert, absorbiert oder durchdrungen werden. Trifft Schall auf Oberflächen, kann er reflektiert werden und somit das menschliche Ohr als Echo oder Nachhall erreichen. Wie stark die Reflexion ist, wird von der Art der Oberfläche bestimmt. Denn die Schallausbreitung wird von der Beschaffenheit der Oberfläche und von der Geometrie des Raumes beeinflusst. Im Gegensatz dazu können poröse Materialien Schall absorbieren und somit den Nachhall im Raum reduzieren.

Raumakustik messen

Die Messung der Raumakustik ermöglicht eine Beurteilung, welche Schalllösungen an welchen Stellen installiert werden sollten, um die akustischen Probleme des Raumes effektiv zu lösen. Die Norm DIN 18041: 2016-03 bezieht sich auf die Anforderungen an mittelgroße Räumlichkeiten wohingehend die Normenreihe DIN EN ISO 3382 die Messung von Nachhallzeiten regelt. Die DIN 18041 gibt an, welche Nachhallzeiten für Räume gelten, in denen vor allem die Sprachverständlichkeit wichtig ist.

Hierbei wird in zwei Gruppen unterschieden:

• Gruppe A: Gesprochenes muss über größere Distanzen gut zu hören sein. Hierbei werden abhängig der Nutzung und des Raumvolumens minimale und maximale Werte zur Nachhallzeit vorgegeben. Als Beispiel für Gruppe A gelten Klassenzimmer oder Hörsäle.
• Gruppe B: Gesprochenes muss nur über kürzere Distanzen gut zu hören sein. Dies ist beispielsweise in Büros oder in Seminarräumen der Fall. Hier gibt es lediglich Empfehlungen zur maximal zulässigen Nachhallzeit.

Die Messung der Raumakustik ermöglicht die Identifizierung akustischer Probleme, um sie anschließend gezielt zu bewältigen.

Raumakustik simulieren und prognostizieren

Architekturbüros können bei der Planung der Raumakustik Unterstützung durch dBEL.Architect erhalten, was ihnen ermöglicht, bereits in den frühen Phasen des Planungsprozesses eine Prognose über die Akustik im Gebäude zu erstellen.

Innerhalb von nur 5 Minuten kann das Bauvorhaben mit allen relevanten Einflussgrößen in der Cloud-Anwendung dBEL.Architect eingegeben werden. Durch die Nutzung eines integrierten Geo-Modells sowie vorgegebener Lärmwerte und einer klaren Darstellung der Ergebnisse wird die schalltechnische Überprüfung und Optimierung des Entwurfs schnell und unkompliziert möglich. Dies ermöglicht eine frühe Simulation der Raumakustik, welche kein fachliches Vorwissen erfordert.

Was ist Nachhall und wie entsteht er?

Nachhall entsteht, wenn die Schallwellen nach dem Auftreten auf eine Oberfläche reflektiert werden und nachklingen. Die Verzögerung zwischen den ursprünglichen Schallereignissen und den reflektierten Schallwellen wird vom menschlichen Ohr wahrgenommen. Der Nachhall ist ein wichtiger Aspekt der Raumakustik und kann je nach Raumgröße, Form, Oberflächenbeschaffenheit und dem Vorhandensein von schallabsorbierenden Materialien variieren.

Der Nachhall wird als Zeit in Sekunden definiert, welche bis zum Abklingen eines Schallereignisses in einem Raum vergeht (Zeit bis Schallereignis 60 dB leiser ist). Er beschreibt den allmählichen Abklang des Schallfeldes, anstatt dass der Schall sofort verschwindet. Es können verschiedene schallabsorbierende Materialien verwendet werden, um die Schallreflexion zu verringern, das Sprachverständnis zu verbessern und somit den Nachhall zu dämpfen. Je mehr absorbierende Materialien im Raum angebracht sind, umso schneller klingt der Nachhall ab. Die Nachhallzeit kann sowohl gemessen als auch berechnet werden.

Berechnung der Nachhallzeit

Der amerikanische Physiker Wallace C. Sabine entdeckte, dass sich die Nachhallzeit proportional zum Volumen und umgekehrt proportional zur äquivalenten Absorptionsfläche eines Raumes verhält. Dazu stellte er folgende Formel zur Berechnung auf: T = 0,163 × V/A. Hierbei ist T die Nachhallzeit in Sekunden, V beschreibt das Raumvolumen und A die äquivalente Absorptionsfläche, welche sich aus der Summe der Schallschluckqualitäten der jeweiligen im Raum vorhandenen Objekten ergibt. Für flächige Absorber wie beispielsweise Akustikbilder ist die äquivalente Schallabsorptionsfläche als Fläche S × Absorptionsgrad α definiert. Daraus ergibt sich die Formel T = 0,163 × V/S α.