Eine Einführung in gute Akustik

26:e maj. 2016

Die klassische Akustiklehre kennt fünf Bedingungen, die erfüllt sein müssen, damit eine gute Akustik entsteht:

  • Angemessene Nachhallzeit, abhängig von der Raumgröße. Die Empfehlungen W. Furrers gelten für Räume von 200 bis 20.000 Kubikmeter. Außer in Konzertsälen für klassische Musik soll die Nachhallzeit möglichst für alle Frequenzen gleich lang sein.
  • Gleichmäßige Klangverteilung ist wichtig in großen Räumen und Sälen, wo Darbietungen überall zu hören sein sollen. Schon in der Architektur muss die Klangverteilung berücksichtigt werden. Eine Variation von max. ± 5 dB in der Klangverteilung ist annehmbar.
  • Angemessene Lautstärke heißt beim normalen Sprechen 60 bis 65 dB und beim Sprechen an einer befahrenen Straße 70 bis 85 dB. Bei Darbietungen mit Publikum in einem akustisch gedämmten Raum kann die angemessene Lautstärke durch eine Lautsprecheranlage hergestellt werden.
  • Angemessen niedriger Hintergrundlärm ist eines der wichtigsten akustischen Kriterien, insbesondere in großen Konzert- und Theatersälen. In geschlossenen Räumen entsteht Hintergrundlärm oft durch technische Einbauten oder Lüftungsanlagen.
  • Kein Echo oder Flatterecho darf auftreten, wenn die Akustik gut sein soll. Beide sind durch die Anbringung von etwas schallabsorbierendem Material an den Wänden leicht zu beseitigen.


    Als weitere Grundregel gilt, dass das Schallfeld im Raum diffus sein sollte. Um dies zu gewährleisten, können Schallabsorber auf mehreren nicht-parallelen Flächen und eine Vielzahl von schalldiffundierenden Elementen eingesetzt werden. Kugel-, würfel- und zylinderformige Räume sollten vermieden werden. Regie- und Hörräume sowie Kinosäle sollten symmetrisch um eine senkrechte Achse in der Raummitte aufgebaut werden.

Eine Einführung in gute Akustik

Eine gute Akustik entsteht nicht allein durch einen kontrollierten Nachhall. In diesem Abschnitt stellen wir die fünf Faktoren vor, die berücksichtigt werden müssen, um eine angenehme Raumakustik zu schaffen.

Was ist eine gute Akustik? Kann man gute Akustik überhaupt verallgemeinern? Ja, das geht. Und weil Akustik auf menschlicher (Hör-) Erfahrung beruht, hat sich mit der Zeit eine „Best Practice“ herauskristallisiert, mit der Ergebnisse hervorgebracht werden, die die meisten Menschen als angenehm empfinden werden. Gemeint ist hier eine Situation, in der der betreffende Raum (und wir sprechen hier auch weiterhin ausschließlich über die Raumakustik) als behaglich, ausgeglichen, seinem Zweck angemessen und mit einer deutlichen, klaren Klangwiedergabe und einem ebensolchen Hörerleben empfunden wird. Gute Akustik ist eng mit dem menschlichen Wohlbefinden verknüpft. Denn die Frage ist stets die, ob man sich in den akustischen Umgebungsbedingungen wohl fühlt, ob zu Hause, im Restaurant, im Konzert- oder Theatersaal oder wo auch immer. Man spricht seit einigen Jahren viel über akustischen Komfort als das subjektive Erleben einer guten Raumakustik, die ja an sich eher nach objektiven Kriterien bewertet wird. Wir möchten deshalb nun näher betrachten, welche objektiven Faktoren dazugehören. Die klassische Akustiklehre kennt fünf Bedingungen, die erfüllt sein müssen, damit eine gute Akustik entsteht:

  • eine angemessene Nachhallzeit
  • eine gleichmäßige Klangverteilung
  • eine angemessene Lautstärke
  • ein angemessen niedriger Hintergrundlärm
  • kein Echo oder Flatterecho

Beachten Sie das Wort „angemessen“. Es zeigt an, dass diese Faktoren auf die Umgebungsbedingen abgestimmt werden müssen. Betrachten wir sie nun im einzelnen.

Angemessene Nachhallzeit

Eine angemessene Nachhallzeit ist das Ergebnis folgender Überlegungen: Die Nachhallzeit richtet sich nach der Nutzungsart des Raums und soll im Wesentlichen linear verlaufen, d. h. über das gesamte Frequenzband hinweg möglichst gleich lang sein. Eine Ausnahme sind Konzertsäle für klassische Musik, in denen die Nachhallzeit bei den tiefen Frequenzen gern zunehmen darf. Es gibt eine Reihe von Empfehlungen, die eine Verknüpfung von Raumgröße, Raumnutzung und Nachhallzeit vornehmen. In unserem Beispiel folgen wir den Empfehlungen W. Furrers (siehe Abb. 16).

Die Raumgröße (Volumen in Kubikmetern, m3) ist auf der waagerechten Achse abgebildet. Als Faktoren sind verschiedene Nutzungsarten angegeben. Das Diagramm kann für Raumgrößen von ca. 200 bis 20.000 m3 herangezogen werden. Beispielsweise sollte ein Raum mit 1.000 m3, der sowohl für Sprach- als auch für Musikdarbietungen genutzt wird (also ein Mehrzweckraum), eine Nachhallzeit von etwa 1,2 Sekunden aufweisen. Räume über 20.000 m3, z. B. Sportarenen, sind für solche Nutzungen nicht geeignet.

Abbildung 16: Optimale Nachhallzeit

Für die Nachhallzeit von 1,2 Sekunden gilt natürlich auch hier die Forderung, dass sie möglichst über das gesamte Frequenzspektrum hinweg gleichartig sein sollte. Neben den im Diagramm angegebenen Empfehlungen gibt es eine Reihe von Erfahrungswerten, die für bestimmte Nutzungsarten gelten, wie z. B. Tonstudios, Kinos u. a. Diese Erfahrungswerte sind in der einschlägigen Fachliteratur und auch im Internet zu finden.

Gleichmäßige Klangverteilung

Die Forderung nach einer gleichmäßigen Klangverteilung ist eigentlich recht banal. Sie fußt in dem Wunsch, dass die Besucher von großen Räumen wie Theatern oder Auditorien auf allen Plätzen gut hören können. Mit anderen Worten soll der Schalldruckpegel in dB über alle Publikumsränge hinweg möglichst wenig variieren. Dass auch die Zuschauer in den hintersten Reihen alles hören können, ist insbesondere für Theater eine wichtige Anforderung. Die Forderung nach einer gleichmäßigen Klangverteilung im Raum lässt sich leicht formulieren: Der Schallpegel auf den Zuschauerplätzen darf nur um wenige Dezibel abweichen, z. B. um max. ± 5 dB. Dies kann leicht nachgewiesen werden, indem man auf ausgewählten Zuschauerplätzen mit einem Schalldruckmesser nachmisst, und natürlich kann man die maximale Abweichung von vornherein als akustische Planungsanforderung festlegen.

Eine gleichmäßige Klangverteilung erzielt man nicht allein durch die Gesamtschallabsorption im Raum, sondern insbesondere durch die richtige Verteilung der schallabsorbierenden Materialien in Bezug auf die Form des Raums sowie gegebenenfalls auch durch den Einsatz von Reflektoren. Hier geht es also um die Raumarchitektur. Hat man beispielsweise durch den Einbau einer Akustikdecke die optimale Nachhallzeit erreicht (um die erste Anforderung zu erfüllen, siehe oben), kann genau diese Akustikdecke dazu führen, dass der Schall im Raum zu stark gedämpft wird, um die hintersten Zuschauerränge noch zu erreichen – eine recht unglückliche Lösung. Die schallabsorbierenden Materialien sollten dann nicht unbedingt nur an der Decke angebracht, sondern über verschiedene Flächen im Raum verteilt werden. Nun sind wir schon mitten im Akustikdesign, bei dem es darum geht, die verschiedenen akustischen Anforderungen mit den sonstigen Gegebenheiten und Funktionen des Raums in Einklang zu bringen.

Verfügt der Raum über ein Lautsprechersystem, auch PA (kurz für „Public Address“) genannt, besteht die wichtigste Aufgabe der Lautsprecher in der gleichmäßigen Verteilung des Schalls im Raum. Das Troldtekt Sound-System, bei dem die Lautsprecher verdeckt in Troldtekt-Akustikplatten eingebaut werden, ist ein gutes Beispiel für ein solches PA-System.

Wie oben schon erwähnt, gewährleistet eine Begrenzung der Abweichungen in der Klangverteilung auf ± 5 dB an allen Stellen des Saals ein gutes Hörerleben. Dieser Faktor fällt jedoch nur in größeren Räumen wie Theatern, Auditorien u. Ä. ins Gewicht.

Abbildung: Im Rathaus von Hillerød nahe Kopenhagen sind Troldtekt-Akustikplatten an Wänden und Decken angebracht.

Angemessene Lautstärke

Der Lautstärkepegel muss im Verhältnis zum Hintergrundlärm angemessen hoch sein. Angesichts des weit verbreiteten Einsatzes von elektrischen Verstärkeranlagen für Musik und Sprache ist dieser Faktor selten ein Problem. Tatsächlich geht es hier oft um die Begrenzung der Schallausbreitung über den Raum hinaus, beispielsweise aus Rücksicht auf die Nachbarn.

Beim normalen Sprechen liegt der Schallpegel unserer Stimmen bei 60 bis 65 db(A) in einem Meter Abstand. An einer befahrenen Straße erreicht der Lärmpegel auf dem Gehweg durchaus einen Wert zwischen 70 und 85 dB(A), und da müssen wir schon deutlich die Stimme heben, um noch gehört zu werden.

Für Menschen mit verringertem Hörvermögen reicht die normale Sprechlautstärke oft nicht aus, um zu verstehen, was gesagt wird. Also müssen entweder die Gesprächspartner lauter sprechen, oder sie müssen ein Hörgerät verwenden, das den Schallpegel ausreichend verstärkt, um das eingeschränkte Hörvermögen auszugleichen.

Bei größeren Versammlungen, auf denen ein Sprecher sich an das Publikum wendet, lässt sich das Problem des Verstehens durch eine ausreichend dimensionierte Lautsprecheranlage mit passender Lautstärke in einem ansonsten gut gedämmten Raum lösen.

Niedriger Hintergrund-lärmpegel

Die obigen Ausführungen zur angemessenen Lautstärke stehen in engem Zusammenhang mit der Forderung nach wenig Hintergrundlärm. Der Unterschied zwischen dem verfügbaren Lautstärkepegel (angemessene Lautstärke) und dem unausweichlichen Hintergrundlärm wird als Dynamikbereich bezeichnet. Er soll so groß wie möglich sein.

Wenn von Hintergrundlärm oder auch Umgebungsschall die Rede ist, stehen zumeist unerwünschte Lärmquellen im Mittelpunkt, z. B. Verkehrslärm. Doch Hintergrundlärm geht häufig auch von technischen Geräten und Installationen aus, z. B. von Projektoren, Computern oder Lüftungsanlagen.

Abbildung: Beim Umbau der Schule von Brædstrup in Jütland wurden gute akustische Bedingungen geschaffen.

Dieser Hintergrundlärm sollte unbedingt beachtet werden, denn er kann die Hörsamkeit trotz guter Raumakustik nachhaltig stören. Auch für den Hintergrundlärm bzw. den Umgebungsschall sollten daher klare Anforderungen gelten, die sich nach der Nutzungsart des Raums richten. Normalerweise denken wir nicht so sehr über die Umgebungsbedingungen nach, doch in anspruchsvollen Situationen, in denen wir uns anstrengen müssen, um zu verstehen, was gesagt wird, tritt das Problem deutlich zutage: z. B. im Unterrichtsrraum, wo der Lehrer oder Dozent gern gehört werden möchte, im Theater, wo die Stimmen der Schauspieler ihre natürlichen Grenzen haben, oder im Restaurant, wo es schwierig sein kann, unser Gegenüber zu verstehen. In allen drei Beispielen kann der Hintergrundlärm die Hörbarkeit beeinträchtigen und so das Erlebnis verderben. 

In kleinen Räumen treten solche Probleme nur selten auf, doch sobald wir die Größenordnung von Unterrichtsräumen, Großraumbüros u. Ä. erreichen, sollte man den Hintergrundlärm berücksichtigen. In wirklich anspruchsvollen Räumen wie Theater- und Konzertsälen ist es unbedingt erforderlich, feste akustische Kriterien an den Hintergrundlärm anzulegen. Hier können fehlende Anforderungen teuer werden.

Konzert- und Opernhäuser verfügen oft über großflächige Foyers, die die Säle umschließen. Diese Bauweise dient nicht nur dazu, dass das Publikum in den Pausen ausreichend Platz vorfindet, sondern die ringförmigen Foyers bilden zugleich eine Art Pufferzone, die den Saal akustisch von der Umwelt trennt.

Auf der Grundlage jahrzehntelanger Erfahrungen wird heute die Einhaltung folgender Höchstwerte für den Hintergrundlärmpegel empfohlen:

      
                 

Kein Echo oder Flatterecho

Auch dies ist ein naheliegender Faktor: In einem Raum mit guter Akustik treten keine Echos oder Flatterechos auf. Wir alle wissen, was ein Echo ist. Wenn der Nachhall in einem (großen) Raum aus kräftigen Einzelreflexionen besteht, nehmen wir ihn als Echo wahr. Dieses Phänomen tritt häufig auf, wenn sich an einem Ende eines ansonsten akustisch gut gedämmten Raums eine große, glatte und harte Wand befindet. Stehen wir am gegenüberliegenden Ende und klatschen dort (einmal) in die Hände, können wir ein Echo erzeugen. Damit das Ohr das Echo wahrnimmt, ist eine gewisse Zeitverzögerung erforderlich.

Diese Verzögerung muss länger als ca. 50 Millisekunden sein, wofür der Schall eine Wegstrecke von ca. 17 Metern zurücklegen muss. Beträgt der Abstand zu der glatten Wand also mehr als 8,50 Meter, können wir ein Echo vernehmen.

Beim Flatterecho handelt es sich hingegen um ein anderes Phänomen. Es tritt typischerweise dort auf, wo zwei große, glatte und harte Wandflächen sich parallel zueinander gegenüber liegen, wie z. B. in einer Turnhalle. Wenn wir hier (einmal) in die Hände klatschen, können wir ein Echo erzeugen, das zwischen den beiden parallelen Wänden hin und her wandert. Das menschliche Ohr nimmt es wie eine schnelle Impulsfolge auf, die von den Wänden reflektiert wird. Die meisten von uns haben so etwas schon erlebt, ohne groß über die Ursachen nachzudenken. Schon ein wenig schallabsorbierendes Material auf einer der beiden Wände unterdrückt das Entstehen von Flatterechos sehr effektiv. Wenn die Wände in dem Raum nicht parallel zueinander verlaufen, kann ein solches Flatterecho gar nicht entstehen.

Diffusität

Vorstehend haben wir die fünf klassischen Anforderungen an eine gute Raumakustik beschrieben. Hinzu kommt nun ein weiterer Faktor, der sich ebenfalls als einflussreich für das Hörerleben und eine gute Akustik erwiesen hat: die Diffusität. Dieser Begriff ist nicht ganz leicht zu erklären, weil er keine feste Definition hat und auch nicht direkt messbar ist. Es geht hier darum, dass der Schall sich wie zufällig durch den Raum bewegen soll. Die Sabinesche Formel gilt nur dann, wenn das Schallfeld diffus ist – doch wie gewährleistet man diesen Zustand, wenn er nicht klar definierbar ist? Wir wählen hier eine Betrachtungsweise, die auf drei Daumenregeln aufbaut. Werden diese beachtet, ist die Schalldiffusität im Raum hinreichend dafür, dass die Sabinesche Formel recht genau zutrifft. Zusammen mit den fünf bereits aufgestellten Grundregeln entsteht so ein brauchbares Rezept für gute Raumakustik. Dass das Schallfeld im Raum diffus sein muss, kann man also als sechste Grundregel der Raumakustik auffassen.

Ein diffuses Schallfeld erzielt man durch:

  • Verteilen der Schallabsorber auf mehrere, nicht-parallele Flächen
    In der Praxis sollte man die schallabsorbierenden Materialien beispielsweise nicht auf Decke und Fußboden, sondern besser auf Decke und Rückwand verteilen.
  • Einbringen möglichst vieler schalldiffundierender Elemente
    „Sägezahn-“ oder Pyramidenprofile an den Wänden, Diffusoren, Möbel, Unordnung... je mehr, umso besser.
  • Anwenden unregelmäßiger Raumformen
    Das heißt möglichst keine Kugel-, Würfel- oder Zylinderform.
    Die Kastenform an sich ist jedoch schwer zu vermeiden.
  • Symmetrisches Anlegen von Regie- und Hörräumen sowie Kinosälen um eine senkrechte Achse in der Raummitte

Die ersten beiden Punkte sind eindeutig am wichtigsten, die beiden letzten etwas exotischer.

Wenn Sie diesen Empfehlungen folgen, können Sie Räume mit einer erlebbar guten Akustik gestalten, die hohen akustischen Komfort und eine gute Hörsamkeit ermöglichen.

>> Lesen Sie auch den nächsten Abschnitt über Sprachverständlichkeit und deren Messung