Die Absorbertypen der Raumakustik

  • Die drei Haupttypen von Schallabsorbern (Poren-, Membran- und Resonanzabsorber)
    können kombiniert werden, um eine vorab gewählte Nachhallzeit zu erreichen, die in allen Frequenzen ausgeglichen ist.
  • Häufig reicht es aus, zwei Absorbertypen miteinander zu kombinieren, z. B. einen Poren- und einen Membranabsorber.
  • Es ist wichtig, eine Nachhallzeit zu erwirken, die über das gesamte Frequenzband gleich ist. Zusammen mit der Form des Raums und der räumlichen Verteilung der eingesetzten Schallabsorber ist eine ausgeglichene Nachhallzeit von entscheidender Bedeutung für den akustischen Komfort, der im Raum wahrgenommen wird.

Eine Einführung in die verschiedenen Absorbertypen

Die Raumakustik kann sich als problematisch erweisen, wenn die Nachhallzeiten in den verschiedenen Frequenzbändern nicht einheitlich verlaufen. In diesem Abschnitt führen wir die drei Arten von Absorbern ein, die – richtig kombiniert – die Nachhallzeit harmonisieren und dadurch eine angenehme akustische Umgebung erzeugen können.

Für die Qualität der Akustik ist es wichtig, dass die gewählte Nachhallzeit möglichst unabhängig von den Frequenzen verläuft. Im Klartext bedeutet das Folgendes: Wurde für einen Raum eine Nachhallzeit von z. B. 0,6 Sekunden gewählt, sollte diese für alle drei Frequenzbereiche (Tief-, Mittel- und Hochtonbereich) gleichermaßen gelten. Eine Messung der Nachhallzeiten deckt mögliche Probleme schnell auf. Ein Großteil der Probleme mit der Raumakustik sind auf eine fehlende Balance der Frequenzen zurückzuführen. Zumeist ist die Nachhallzeit im Bassbereich länger als in den restlichen Frequenzen. Mit anderen Worten ist die schallabsorbierende Wirkung verschiedener Materialien frequenzabhängig. In einigen Fällen ist das Ergebnis ein unangenehmes, wummerndes Hörerleben im Raum – ein Mangel an akustischem Komfort.

Ein Beispiel: Wohngebäude aus den 1970er-Jahren vermitteln oft ein solches Hörerleben, wenn man sich beispielsweise im Wohnzimmersofa niederlässt. Sprechen und Musik wirken oft basslastig. Bewährte Schallabsorber wie Mineralwolle und ähnliche Materialien sind im Mittel- und Hochtonbereich am wirkungsvollsten. Wenn man also ausschließlich solche Materialien verbaut, können die eben genannten Probleme mit einer verlängerten Nachhallzeit im Tieftonbereich auftreten. Das „Bassproblem“ lässt sich in vielen Gebäudetypen durch das Kombinieren von zweierlei Schallabsorbern lösen, z. B. durch das Montieren von 25 mm starken Troldtekt-Platten auf einer 250 mm starken Mineralwollschicht. Wie wir im Folgenden sehen werden, ist es jedoch nicht nur das gewählte Material, sondern auch die Art der Montage, die Einfluss auf die Wirkung nimmt. Dazu sehen wir uns die verschiedenen Absorbertypen und deren charakteristische Eigenschaften genauer an. Es gibt drei Haupttypen von Absorbern (siehe Abb. 8).

Abbildung 8: Den 3 Grundtypen

Es gibt drei Haupttypen von Absorbern, die Nachhallzeit harmonisieren und dadurch eine angenehme akustische Umgebung erzeugen können

Porenabsorber

Diese Materialien weisen, wie der Name schon sagt, eine hohe Porosität auf. Mineralwolle, Textilien, Kleidung, Vorhänge, Teppiche und einige Arten von Schaumstoff gehören in diese Gruppe. Ihre schallabsorbierende Wirkung besteht darin, dass die Schallenergie bei Auftreffen auf die Oberfläche in das Material eindringen kann. Hier wird Schallenergie in Wärmeenergie umgewandelt, weshalb nur ein kleiner Teil des Schalls zurückgeworfen wird. Im Material erfolgt also eine Schallabsorption. Die schallschluckende Wirkung von Troldtekt-Platten beruht auf einer Kombination aus Poren- und Resonanzabsorption (siehe nachfolgende Beschreibung). Wie wir noch aus der Schule wissen, kann Energie weder entstehen noch vergehen – sie wird stets nur umgewandelt. In einem Porenabsorber wird die Schallenergie also in Wärmeenergie umgewandelt.

Als Heizquelle lässt sich dieser Vorgang jedoch nicht nutzen. Die Energiemengen, von denen hier die Rede ist, sind extrem gering und bewegen sich in einer Größenordnung von Millionstel oder gar Milliardstel Watt. Wie erwähnt sind Porenabsorber am effektivsten im Mittel- und Hochtonbereich, und ihr Absorptionskoeffizient verläuft typischerweise wie in Abb. 9 dargestellt.

Abbildung 9: Porenabsorber

Akustik für Fortgeschrittene - Die verschiedenen Typen von Schallabsorbern

Akustik für Fortgeschrittene - Die verschiedenen Typen von Schallabsorbern

Wie zu erkennen ist, kann der Absorptionskoeffizient in diesem Frequenzbereich Werte von bis zu 100 Prozent erreichen, d. h. der Schall wird vollständig absorbiert. Im Tieftonbereich hingegen fällt die Wirkung weit geringer aus, bei einigen Bassfrequenzen ist sie praktisch nicht vorhanden. Dabei ist zu beachten, dass die Absorptionswirkung eines porösen Materials, z. B. einer 50 mm starken Bahn aus Mineralwolle, auch von der Art der Montage abhängt. Je dicker das Material und/oder je größer der Abstand zur dahinterliegenden Wand oder Decke, umso höher der Wirkungsgrad (siehe Abb. 10).

Abbildung 10:

Akustik für Fortgeschrittene - Die verschiedenen Typen von Schallabsorbern

Akustik für Fortgeschrittene - Die verschiedenen Typen von Schallabsorbern

Der optimale Abstand zwischen der festen Raumdecke und einer abgehängten Akustikdecke aus Mineralwolle beträgt in der Praxis 200 bis 300 mm. Die so entstehende Konstruktion wirkt effektiv bei Frequenzen bis hinunter zu ca. 200 Hz. Merke: 35 mm Troldtekt-Platten und 50 mm Mineralwolle direkt auf dem Untergrund montiert haben in etwa denselben Effekt wie eine abgehängte Decke. (siehe Abb. 11).

Abbildung 11:

Akustik für Fortgeschrittene - Die verschiedenen Typen von Schallabsorbern

Akustik für Fortgeschrittene - Die verschiedenen Typen von Schallabsorbern

Membranabsorber

Im Bassbereich muss man sich nach einer anderen Art von Schallabsorbern umsehen, insbesondere nach Membranabsorbern, die tiefe Töne am effektivsten schlucken. Die Membranabsorber stellen gleich aus mehreren Gründen eine wichtige Gruppe dar, werden jedoch häufig übersehen – vielleicht weil nicht unmittelbar erkennbar ist, dass sie schallschluckende Eigenschaften haben. Ein Membranabsorber besteht im Wesentlichen aus einem flachen, an der Wand montierten Kasten, 100 bis 200 mm tief, vorn abgedeckt mit einer Sperrholzplatte o. Ä. und im Innern gefüllt mit leichter Mineralwolle (siehe Abb. 12).

Abbildung 12: Membranabsorber, Gipskartonwand

Akustik für Fortgeschrittene - Membranabsorber

Wenn man leicht auf die Deckplatte klopft, kann man einen tiefen Ton hören, der an eine Basstrommel erinnert, nur deutlich leiser. Dieser Ton ist die Resonanzfrequenz des schwingenden Systems, das aus der Deckplatte mit einer gewissen Masse und der als Feder agierenden, eingesperrten Luftmenge besteht.

Die Resonanzfrequenz ist zugleich diejenige Frequenz, die der Membranabsorber aus dem Raumschall absorbiert, denn die Schallenergie wird genutzt, um die Membran in Schwingung zu versetzen. Hier erfolgt also ein Energieaustausch, bei dem Schallenergie in mechanische Schwingungsenergie umgewandelt wird. Die erste bedeutende Eigenschaft von Membranabsorbern ist also die, dass sie Schallenergie bei niedrigen Frequenzen absorbieren (siehe Abb. 13).

Abbildung 13: Membranabsorber, Parkettboden auf Lagerhölzern

Akustik für Fortgeschrittene - Membranabsorber

Die zweite besondere Eigenschaft von Membranabsorbenten besteht darin, dass wir ihnen im Alltag praktisch überall begegnen, denn viele ganz gewöhnliche Bauteile, wie z. B. Türen, Fenster, Holzböden (auf Balken/Lagerhölzern) oder Gipskartonwände, haben genau diese Wirkung. Der Absorptionskoeffizient ist nicht überwältigend, er liegt bei nur 15 bis 20 Prozent. Da jedoch solche Bauteile zusammengenommen oft bedeutende Flächen bedecken, ist die Wirkung wichtig. Ein Beispiel sind die großen Fensterflächen in modernen Gebäuden. Sie rufen zwar einige Probleme für das Innenraumklima hervor, auf der akustischen Seite sorgen sie jedoch dafür, dass die Nachhallzeit im Tieftonbereich nicht über Gebühr ansteigt. Weil die Glasflächen als Membranabsorber fungieren, tragen sie zu einer ausgeglichenen Raumakustik bei. Klopfen Sie einmal leicht auf eine große Fensterscheibe und hören Sie auf den tiefen Ton, der dabei entsteht. In genau diesem Frequenzbereich absorbiert die Scheibe den Schall. Membranabsorber arbeiten ausschließlich im Tieftonbereich; bei höheren Frequenzen reflektieren sie den Schall. Deshalb erzeugen größere Glasflächen häufig unangenehme Schallreflexionen und Echos, denen man auf andere Weise entgegenwirken muss. Auch auf Balken oder Lagerhölzern montierte Holzfußböden fungieren als Membranabsorber und können zugleich Impulslaute verstärken, insbesondere Trittschall. Wo dies zu Problemen führt, hilft in der Regel ein Teppich oder Läufer, der den Boden zumindest teilweise abdeckt. Dies empfiehlt sich in Räumen, die von mehreren Menschen genutzt werden, z. B. Büros.

Resonanzabsorber

Der dritte Haupttyp der Schallabsorber sind die Resonanzabsorber. Sie bauen auf dasselbe Prinzip auf, das gilt, wenn man mit Luft auf die Mündung eines Flaschenhalses bläst. Der Ton in der Flasche entsteht dadurch, dass die in den Flaschenhals geblasene Luft auf der Feder, die aus der Luft im Innern der Flasche besteht, in Schwingung gerät. Dieser Mechanismus wird Helm-holtz-Resonator genannt. Man findet ihn in zahlreichen Systemen wieder, z. B. in Querflöten, hydraulischen Schalldämpfern und Lüftungsschächten. Ähnlich wie beim Membranabsorber ist die Frequenz, die beim Anblasen zu hören ist, auch diejenige, die absorbiert wird, weil genau hier Schallenergie in mechanische Schwingungsenergie umgewandelt wird. In Reinform „schluckt“ ein Resonanzabsorber nur eine einzige Frequenz, was jedoch für raumakustische Zwecke nicht sehr vorteilhaft ist (bei hydraulischen Schalldämpfern hingegen schon). Geeignete akustische Resonanzabsorber sind beispielsweise perforierte Gipskartonplatten, Trapezbleche oder Metallkassetten. Die Löcher in den Platten entsprechen dann den Öffnungen von Flaschenhälsen, der Hohlraum dahinter dem Bauch der Flasche (siehe Abb. 14).

Abbildung 14: Perforierte Stahltrapezplatte (typischer Aufbau)

Akustik für Fortgeschrittene - Resonanzabsorber

Perforierte Gipskartonplatten werden normalerweise mit einem Porenabsorber im dahinterliegenden Hohlraum und/oder mit einer dünnen Lage Filz unmittelbar hinter der Platte kombiniert. Da in Gipskartonplatten zusätzlich ein gewisser Membranabsorbereffekt eintritt, lässt sich mit ihnen ein recht breiter Wirkungsbereich abdecken, siehe Abb. 15.

Abbildung 15: Perforierte Gipskartonplatte (typischer Aufbau)

Akustik für Fortgeschrittene - Resonanzabsorber 

Akustik für Fortgeschrittene - Resonanzabsorber

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