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Acoustics Guide: 

Akustik ist die Lehre vom (hörbaren) Schall und seiner Ausbreitung. Diese Wissenschaft umfasst sämtliche damit zusammenhängenden Aspekte. Also die Entstehung und Erzeugung des Schalls, die Ausbreitung, die Beeinflussung und die Analyse von Schall. Natürlich auch die Schall-Wahrnehmung durch das Gehör und die Wirkung auf den Menschen. Die Akustik ist ein komplexes Fachgebiet, das auf Erkenntnissen aus zahlreichen anderen Fachgebieten aufbaut, beispielsweise  der Physik, der Psychologie und der Materialwissenschaft.

 

In der Akustik unterscheidet man generell zwischen Schalldämmung und Schalldämpfung.

Der Unterschied zwischen den Bereichen Raumakustik und Bauakustik wird erst bei näherer Betrachtung praktischer Fragestellungen klar:

In der BAUakustik lautet die Frage stets: 
Welcher Anteil des Schalls kommt auf der anderen Seite des betrachteten Bauteils an?
Die entscheidende bauakustische Eigenschaft eines Bauteils ist die Schalldämmung. Praktischerweise geht es um die Fähigkeit von Bauteilen (also Türen, Wände, Fenster oder Decken), den Schallübergang zwischen zwei Räumen möglichst gering zu gestalten. Eine hohe Schalldämmung wird in der Regel durch massive und schwere Bauteile erreicht, die den Schall an seiner Ausbreitung hindern. 

In der RAUMakustik lautet die Frage hingegen:
Durch welche Oberflächen schaffe ich optimale Hörbedingungen im Raum?
Die große Herausforderung in diesem Fall ist die Schalldämpfung der Oberflächen im Raum. Schalldämpfung beschreibt die Fähigkeit von Materialien, Schall zu absorbieren bzw. die auftreffende Schallenergie aufzunehmen und in andere Energieformen (z.B. Wärmenergie) umzuwandeln. 
Schalldämpfung ist das Resultat von durchdachten schallabsorbierenden Einbauten und Ausstattungen. 

 

Was ist also Schalldämmung (Schallschutz)?

Dieses Thema ist im Bereich der „Bauakustik“ angesiedelt. Schalldämmung bedeutet die Ausbreitung von Luft- oder Körperschall in einem vorher definierten Ausmaß zu hemmen. Schallschutz oder Schalldämmung (im Englischen soundproofing genannt) beschreibt die akustische Trennung zweier oder mehrerer Räume voneinander. Darunter ist die Behinderung der Ausbreitung von Luft- und Körperschall zu verstehen. 
Eine gut konzipierte Schallisolierung schließt also alle Maßnahmen ein, durch welche die Schallausbreitung unterbrochen oder zumindest verringert wird. Ein berühmter Klassiker ist die Trittschaldämmung.

Der Unterschied zwischen Körperschall und Luftschall:
Luftschall beschreibt den Bereich der hörbaren Signale und somit vor allem höhere Frequenzen. Er breitet sich in Form von Schallwellen über die Luft aus. Schall, der sich in einem festen Körper bewegt oder dort „eindringt“, bezeichnet man hingegen als Körperschall.Körperschall umfasst daher hauptsächlich tiefe, basshaltige Frequenzen und entsteht durch Erschütterungen oder wenn Luftschall auf einen festen Körper trifft und diesen in Schwingungen versetzt. Körperschall können wir demnach in Form von physischen Schwingungen oder Vibrationen wahrnehmen. So kann man beispielsweise beim Vorbeifahren eines schweren Fahrzeuges Erschütterungen im Boden spüren. Auch große Lautsprecher können ohne Schalldämmung den Boden und die Wände in Schwingung versetzen. 
Je nach Intensität kann der Schall den Körper durchdringen, bevor er dann beispielsweise am anderen Ende einer Wand wieder als Luftschall (Sekundärschall) abgegeben und für unsere Ohren wahrnehmbar wird. Vor allem in Gebäuden wird Körperschall als besonders störend wahrgenommen. Er wandert durch Wände und Decken und wird so in angrenzende Räume übertragen, wo er als Lärm hörbar wird.
Körperschall ist also oftmals ein Problem der Bauakustik.

Was Schalldämmung NICHT kann:
Oft sprechen Einsteiger fälschlicherweise von Schalldämmung, wenn sie eigentlich akustische Behandlung im Sinne von Schalldämpfung meinen.
Vorsicht; Schalldämmung macht einen Raum leiser, indem er Schall von außen blockiert, also „eindämmt“. Akustische Behandlung (Schalldämpfung) sorgen dafür, dass ein Raum bei einer Darbietung besser klingt, indem zu starke Nebengeräusche wie beispielsweise störende Reflektionen  absorbiert werden.

Was Schalldämmung KANN:
Wenn ein Raum perfekt schallgeschützt ist, bleibt Lärm von außen draußen und stört Ihren Event nicht. Der Schall von innen bleibt auch innen und stört andere Räume und Nachbarn nicht.

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Was macht nun der Bauhandwerker?
Die beste Methoden zur Schalldämmung ist immer noch Masse hinzufügen. Um zu verhindern, dass Lärm in einen Raum eindringt, oder ihn verlässt, brauchen die Wände viel Masse (damit die Schallenergie sie nicht zum Vibrieren bringen kann). Um zu messen, wie effektiv Materialien bei der Schallabdichtung sind, wird ein Wert namens Sound Transmission Class (STC, deutsch: Schallübertragungsklasse) verwendet. Harte Materialien wie Beton haben einen hohen STC-Wert, während weichere Materialien wie Dämmstoffe niedrigere Werte haben.
Der andere Wert, der verwendet wird, ist Sound Transmission Loss (STL, zu deutsch: Schallübertragungsverlust), den manche Fachleute für aussagekräftiger halten, da er die Isolation in dB bei spezifischen Frequenzbereichen misst.

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Was ist also Schalldämpfung bzw „Verbesserung der Raumakustik“?

Jetzt geht es also um Raumakustik, es ist die Lehre von der Ausbreitung des Schalls innerhalb eines geschlossenen Raumes. Sie geht immer davon aus, das sich die Schallquelle auch innerhalb des selben Raumes befindet. Unter Schalldämpfung oder auch Schallabsorbtion (im Englischen acoustic treatment) wird eine Behinderung der Schallausbreitung durch Absorption von Reflexionen,  also den Bereich der hörbaren Signale und somit vor allem höhere Frequenzen wie Sprache, verstanden. Schalldämpfung sorgt für eine akustische Wohlfühl-Athmosphäre im Raum.
Unangenehme Schallpegel in einem lauten Raum werden mithilfe von schalldämpfenden Akustikmaterialien in erster Linie abgeschwächt und in der Nachhallzeit verringert. Das verbessert die Raumakustik. 

Die Raumakustik wird bestimmt durch den Anteil des Direktschalls, der Zeitverzögerung und Richtung von Reflexionen. Außerdem von der Einsatzverzögerung und der räumlichen Verteilung des Nachhalls am Gesamt-Schallpegel und der Nachhallzeit. In Abhängigkeit der Nutzung des Raumes, z.B. als Großraumbüro, Theater oder Konferenzraum, bzw. durch die spezifische Raumsituation ergibt sich mitunter die Notwendigkeit von ganz unterschiedlichen akustischen Maßnahmen.

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Das Mittel der Wahl heißt demnach „Absorber“!
Bei den unterschiedlichen Absorptionskörpern unterscheidet man poröse Absorber und Resonanzabsorber (und die Kombinationen beider Prinzipien) Schallabsorber aus Akustikschaumstoff haben sich in der Praxis besonders bewährt, da sie als Absorber mit poröser Oberfläche hervorragende Eigenschaften zur Schalldämpfung besitzen und somit die Ausbreitung von Schall vermeiden. 
Generell gilt: Je niedriger, also basslastiger, die Frequenz und je lauter die Schallquelle ist, umso massiver sollte das Produkt für die optimale Dämmung des Schalls gewählt werden. 

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Funktionsweise von Schallabsorbern:
Durch Bewegung der schwingenden Luftteilchen in offenporigen Materialien (wie zum Beispiel Faserstoffe, usw.) wird Schallenergie durch Reibung entzogen und dann in Wärmeenergie umgewandelt. Die Absorption ist hier bei höheren Frequenzen in einem relativ breiten Frequenzbereich wirksam.
Absorber-Platten, welche verglichen mit der Luft ein sehr hohes Eigengewicht haben, werden zum Mitschwingen angeregt. Dadurch wird dem Schallfeld Energie entzogen, denn in ihrer Bewegung werden die Platten durch federnde Unterlagen und innere Reibung gedämpft. Durch die verschiedenen Kombinationen von Elementen kann die an sich schmalbandige Absorption breitbandig gemacht werden. Als absolutes Maß für die Schallabsorption gilt der sogenannte Schallabsorptionsgrad, auch Schallschluckgrad alpha genannt. Der Wert  „α“ gibt Aufschluss über das Verhältnis der absorbierten Schallintensität zur einfallenden Schallintensität an. Er stellt eine Zahl zwischen 1 und 0 dar. 
Poröse Absorber zeichnen sich durch offenporige Materialien mit großer Porosität und Zunahme des Absorptionsgrades nach hohen Frequenzen hin aus.
Resonanzabsorber  bestehen meist aus Folien oder Plattenabsorbern und einer hohen Dämpfung im unteren Frequenzbereich.
Trifft eine Schallwelle auf einen Absorptionskörper, so wird sie ganz oder teilweise absorbiert und nicht oder nur teilweise reflektiert. Hierbei strömt die Luft bei ihrer Schwingbewegung in die zahlreichen Poren und Kanälen des Akustikschaumstoffs hin und her. Man macht sich dabei das Prinzip der Energieumwandlung zu Nutze. Die mechanische Energie des Schalls (Schwingungen in der Luft) wird im Akustikmaterial in Wärme umgewandelt, sodass effektiv Schallenergie minimiert wird.Die dabei durch Reibung erzeugte Wärmenergie wird der Schallenergie entzogen. 

Schalldämpfende Materialien haben aber auch das Ziel, den Klang innerhalb eines gewissen Bereichs oder Raumes zu verbessern. Schalldämpfend verändert man durch gezielte Maßnahmen den Raumklang nach seinen eigenen Bedürfnissen. Man kann beispielsweise den Schallpegel dämpfen oder die Nachhallzeit verringern. Das trägt insgesamt zur gefühlten Verbesserung der Raumakustik bei.  Anders als schalldämmende Materialien, nehmen schalldämpfende Stoffe lediglich bestimmte Frequenzbereiche auf. Die Absorption des Luftschalls erfolgt daher nur teilweise und geschieht besonders effizient in porösen Materialien, welche eine große Oberfläche aufweisen.

 

Was ist der Schallabsorptionsgrad?

Der Schallabsorptionsgrad α (alpha) ist das Verhältnis von absorbierter zu auffallender Schallenergie.
Die absorbierte Energie vermehrt die innere Energie des Schallabsorbers, d.h. die Bewegung der Luftmoleküle (=Schall) wird in Wärmeenergie umgewandelt.

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Der Absorptionsgrad kann gemessen, bzw. nach DIN EN ISO 354:2003 ermittelt werden.
Der Alpha-Wert = Absorptionsgrad α, gibt an, wie groß der absorbierte Anteil des einfallenden Schalls ist.
α = 0 bedeutet, es findet keine Absorption statt, der 
gesamte einfallende Schall und seine Energie wird reflektiert. Bei α = 0,5 wird 50 % der Schallenergie absorbiert und 50 % reflektiert. Bei α = 1 wird der komplette einfallende Schall absorbiert, eine  Reflexion findet also gar nicht mehr statt. Normalerweise liegen die Werte je nach Absorber zwischen α = 0,2 und 0,8. Der Wert α hängt dabei vom Oberflächenmaterial und der Frequenz ab. Für die Schallempfindung in einem Raum spielt dieses Verhältnis von absorbierter und reflektierter Schallenergie eine wichtige Rolle.

Gelegentlich werden in Tabellen Werte vom α > 1, also > 100% angegeben. Dieses wird unter praxisnahen Bedingungen bestimmt  und trägt der Tatsache Rechnung, dass die wirksame Fläche eines Soundabsorbers etwas größer ist, als seine geometrische Fläche. 
Der Scahallabsorptionsgrad hat keine Maßeinheit.

Schallabsobtionsklassen:

Die Einteilung eines Produktes (in unserem Fall ein Vorhangtextil) in Schallabsoptionsklassen erfolgt durch Messung über den gesamten sprachrelevanten Frequenzbereich 
von 250 Hz bis 4kHz. Der schlechteste Einzelwert dieser Messung ist maßgebend für die Zuordnung einer Absoptionsklasse. Dem gegenüber bildet der Einzelwert NRC (gemäß US ASTM-Standard C423) lediglich den Mittelwert über die Oktavbänder von 250 Hz bis 2 kHz und macht darüber hinaus keinerlei weiteren Angaben zum einzelnen Frequenzverlauf.

Es gelten also folgende Absorptionsklassen:
Klasse A  α (alpha) > 0,9
Klasse B  α (alpha) = 0,8 - 0,85
Klasse C  α (alpha) = 0,6 - 0,75
Klasse D  α (alpha) = 0,3 - 0,55
Klasse E  α (alpha) = 0,15 - 0,25

Die Absorptionsklassen verändern sich aber auch, wenn absorbierende Vorhänge dichter oder entfernter von Wandflächen aufgehängt werden. Faltenzugaben erhöhen den Absorptionswert.
Erwähnenswert ist aber auch der bekannte Umstand, das die Absoptionsfläche von Mobiliar (Stühle) Dekorationen und Zuschauer ganz wesentlich zur Schallabsorption beitragen. Holzstühle haben eine geringeren Absorptionsfläche als Polsterstühle.
Sitzendes Publikum absorbiert weniger im hochfrequenten Bereich als stehendes Publikum.
Kurioserweise bieten weibliche Personen weniger Absorptionsfläche als männliche Personen. 
Das ist wohl  dem Umstand geschuldet, das die Messung mit Frauen in Abendkleidern und Männern in Anzügen erfolgte...

 

Nachhall - Nachhallzeit:

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Hier einige Beispiele:
Konzertsaal für klassische Musikanwendung: 1,5 - 2,5 Sec.
Theater mit primärer Sprachübertragung: 1,0 - 2,5 Sec.
Konferenzräume, Vortragsräume: 0,7 - 1,2 Sec.

Folgende Faustformel gilt jedoch immer:
Mehr Absorber im Raum sorgen für kurze Nachhallzeit, große Raumvolumen verlängern die Nachhallzeit.

 

Warum sind akustische Maßnahmen nun so wichtig?

Viele Nebengeräusche und Krach stressen die Menschen. Dies umso mehr in Einrichtungen wie Schulen, Büros und anderen öffentlichen Gebäuden und Versammlungsräumen. Wissenschaftlich belegt sind folgende Auswirkungen von schlechter Akustik:

 

Akustikstoffe, textile Lösungen:

In der Akustik wird unter dem Begriff Akustikstoff meist von zwei grundverschiedenen Textilien gesprochen.

1. Schallabsorbierender Akustikstoff

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2. Schalldurchlässiger (schallneutraler) Akustikstoff

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Diese Art kommt unter anderem in der Hi-Fi Branche zum Einsatz. Viele Hersteller von Lautsprechern setzen hierbei auf gestrickte Akustikstoffe, welche durch die offene Stricktechnik eine nahezu 100% Schalldurchlässigkeit (akustische Transparenz) ermöglichen. Wir treffen diese Gewebe beispielsweise für Open-Air-Bühnen an.

 

Was genau ist denn Lärm?

Lärm ist die aktive Schalleinwirkung auf den Schallempfänger (Mensch)  die nicht als Information dient und/oder lauter als notwendig wahrgenommen wird. Als Lärm oder auch Krach werden Geräusche bezeichnet, die durch ihre Struktur (meist Lautstärke) auf die Umwelt und den Menschen störend belastend oder gesundheitsschädigend wirken. Die objektive Bewertung des Lärms mittels festgelegter und genormter Größen ist sehr schwierig, weil das Empfinden jedes unterschiedlichen Menschen natürlich von seiner aktuellen Verfassung und seiner allgemeinen Einstellung zum Lärm abhängt. Lärmbelästigung wird jedoch immer dann vorliegen, wenn wegen eines oder mehrerer vorhandener Geräusche eine Aktivität unterbrochen oder zumindest behindert wird. Besonders lästig oder schädlich sind Kommunikationsstörungen oder wenn eine konzentrierte Denkleistung gestört wird. Die Dauer der Zeiteinwirkung spielt eine Rolle. Trotz akustischer Gewöhnung kann Lärm unbewusst auf den Körper und die Psyche wirken. Lärm kann den Bio-Rhythmus stören (Ruhestörung) und massive Schlafstörungen verursachen. 
Lärm, oder auch Krach, ist also vor allem subjektiv.

 

Was bedeutet eigentlich Dezibel?

Das Bel "B" bzw. Dezibel "dB" ist nach Alexander Graham Bell benannt. Es ist eine Hilfsmaßeinheit zur Kennzeichnung von Pegeln und Maßen. In der Akustik wird diese logarithmische Größe zur Angabe von Schalldruckpegeln verwendet. Die für den Menschen hörbare und relevante Skala der Lautstärken/Schalldruck reicht von 0 dB bis 140 dB. Vor allem in der Akustik und der Tontechnik, in der Nachrichtentechnik, der Hochfrequenztechnik und in der Automatisierungstechnik werden die Werte dB verwendet. Problematisch ist zunächst die Darstellung von Größen, wenn die Zusammenhänge im Bereich der kleinen Werte ebenso deutlich gemacht werden sollen wie im Bereich der großen Werte. Hier wird der dekadische Logarithmus zusammen mit dem Dezibel bevorzugt, weil diese Darstellung eine einfache Beurteilung ermöglicht.
Der menschliche Sinneseindruck verläuft in etwa logarithmisch zur Intensität des akustisch/physikalischen Reizes. Damit entspricht der Pegel der einwirkenden physikalischen Größe linear dem menschlichen Empfinden. Das hat beispielsweise für die Akustik Bedeutung, wo auch die Maßeinheit der psychoakustischen Größe der Lautstärke (das „Phon“) mit dem physikalischen Schalldruckpegel in Dezibel definiert ist.

 

Was ist Direktschall, was ist Diffusschal?

Direktschall ist in einem geschlossenen Raum der Schall, der bei seinem Eintreffen am Hörort oder am Messort als Erstes eintrifft, ohne vorher eine Reflexionen erfahren zu haben. Der Schallpegel gelangt nach seiner Ausbreitung direkt von der Schallquelle (z.B. Lautsprecher) zum Zuhörer. Wird der Schall durch Wände reflektiert, spricht man von Diffusschall. 
Der Pegel des Direktschalls nimmt mit zunehmendem Abstand zur Schallquelle ab, während er beim Diffusschall gleich bleibt. Dort, wo Direkt- und Diffusschall gleich groß sind, das wird als Hallradius bezeichnet. Aus einer zu großen Entfernung zum Lautsprecher resultiert in der Regel eine Klangbild-Unschärfe durch die hohen Diffusschallanteile. Ideal für den Zuörer wäre eine Sitzposition, die sich innerhalb dieses Hallradius befindet. Mit zunehmender Entfernung zur Schallquelle nimmt also der Direktschall-Anteil ab, die Diffusschallanteile erhöhen sich dabei. Der Zuschauer hört praktisch nur noch Diffusschallanteile, sofern er sich in diesem diffusen Schallfeld befindet. Der Einfall der Schallanteile ist dann aus allen Raumrichtungen gleich wahrscheinlich und gleich stark. Eine Lokalisation und Differenzierung der Schallquelle ist praktisch nicht mehr möglich. 

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