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BELEGARBEIT MODUL 2912: RAUM- UND BAUAKUSTIK Studierende Tom Georgi Maike Wehmeyer Raumakustik am Beispiel des Peter-Schütt-Hörsaals 2015

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BELEGARBEIT MODUL2912: RAUM- UND

BAUAKUSTIK

StudierendeTom Georgi

Maike Wehmeyer

Raumakustik am Beispiel desPeter-Schütt-Hörsaals

2015

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Fakultät Ingenieurwissenschaften

BELEGARBEIT MODUL 2912:RAUM- UND BAUAKUSTIK

Raumakustik am Beispiel desPeter-Schütt-Hörsaals

Autoren:Tom Georgi

Maike Wehmeyer

Studiengang:Lasertechnik

Seminargruppe:LT14w1-M

Erstprüfer:Prof. Dr.-Ing. Jörn Hübelt

Zweitprüfer:Dr. Detlef Schulz

Mittweida, 2015

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Bibliografische Angaben

Tom Georgi, Maike Wehmeyer: Raumakustik am Beispiel des Peter-Schütt-Hörsaals, 26 Seiten,22 Abbildungen, 6 Tabellen, Hochschule Mittweida, University of Applied Sciences, FakultätIngenieurwissenschaften

Belegarbeit Modul 2912: Raum- und Bauakustik, 2015

Satz: LATEX

Referat

Im Rahmen des Moduls „Raum- und Bauakustik“ wurde die Nachhallzeit des Peter-Schütt-Hörsaals im Zentrum für Medien und Soziale Arbeit der Hochschule Mittweida nach verschiedenenMethoden simuliert und gemessen. Die Belegarbeit wurde in Zusammenarbeit von Herrn TomGeorgi und Frau Maike Wehmeyer erstellt. Dabei wurde sie folgendermaßen aufgeteilt:

• Georgi:Kapitel 2, Abschnitt 3.2

• Wehmeyer:Kapitel 4, Abschnitt 3.1

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Inhaltsverzeichnis

1 Der Peter-Schütt-Hörsaal 1

2 Theorie 22.1 Diffuses Schallfeld . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.2 Raumakustische Kriterien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2.2.1 Nachhallzeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.2.2 Deutlichkeitsmaß und -grad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.2.3 Silbenverständlichkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.2.4 Sprachübertragungsindex . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

3 Simulation der Nachhallzeit 103.1 Simulation nach Sabine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103.2 Simulation mit EASE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

4 Messungen 204.1 Messung der Nachhallzeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204.2 Messung der Resonanzfrequenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

5 Zusammenfassung 26

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ii

Abbildungs- und Tabellenverzeichnis

Abbildungen

1.1 Hörsaal mit Blick von oben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

2.1 Schematische Darstellung des Schallfeldes in einem Raum . . . . . . . . . . . . . . 3

2.2 Abklingkurven . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.3 Sollwert TSoll der Nachhallzeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

3.1 Simulierte Nachhallzeit nach Sabine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

3.2 Modell des Vorlesungssaales in EASE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

3.3 Absorptionsgrad des in EASE verwendeten Absorbermaterials . . . . . . . . . . . . 13

3.4 Reflexionsmuster des Vorlesungssaales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

3.5 Raumimpulsantwort an Hörerplatz 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3.6 Reflektogramm an Hörerplatz 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3.7 Vergleich der Nachhallzeiten, Hörerplatz 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3.8 Vergleich der Nachhallzeiten, Hörerplatz 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3.9 Vergleich der Nachhallzeiten, Hörerplatz 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3.10 Vergleich der Nachhallzeiten, Hörerplatz 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3.11 Vergleich der Nachhallzeiten, Hörerplatz 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3.12 Mit EASE simulierte Nachhallzeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

4.1 Messorte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

4.2 Nachhallzeit bei Quelle 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

4.3 Nachhallzeit bei Quelle 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

4.4 Gemessene Nachhallzeit nach DIN 18041 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

4.5 Schnelle einer mittelgroßen Metallwand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

4.6 Schnelle der größten Metallabdeckung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

Tabellen

2.1 Beispiel: äquivalente Schallabsorptionsfläche A j für einzelne Personen . . . . . . . . 4

2.2 Anforderungen an den Messaufbau zur Bestimmung der Nachhallzeit . . . . . . . . . 6

3.1 Flächen der Materialien im Hörsaal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

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3.2 Absorptionsgrade der Materialien im Hörsaal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

3.3 Trefferliste für die fünf Hörerplätze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

4.1 Messgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

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Kapitel 1: Der Peter-Schütt-Hörsaal 1

1 Der Peter-Schütt-Hörsaal

Der Peter-Schütt-Hörsaal ist der größte Hörsaal im Zentrum für Medien und SozialeArbeit der Hochschule Mittweida, welches im August 2014 eröffnet wurde. Benannt wurdeder Hörsaal nach einem ehemaligen Professor der Hochschule und Mitbegründer derFakultät Soziale Arbeit [9].

Der Saal (Abbildung 1.1) besitzt 193 Plätze bei einem Volumen von 972m3. Der Pu-blikumsbereich ist ansteigend, wobei der höchste Punkt ebenerdig ist. Die Stühle desPublikumsbereichs bestehen aus Holz. Ansonsten ist der Raum quaderförmig, wobei dieSeitenwand gegenüber der Fenster eine Neigung von 5◦ aufweist. Alle anderen Wändesind senkrecht. Die Außenwand besteht zum Großteil aus einer Glasfassade. Im unterenBereich befindet sich zudem eine Metallwand. Die gegenüberliegende Seite und dieDecke sind großflächig mit absorbierendem Material ausgestattet.

Abbildung 1.1: Hörsaal mit Blick von oben

Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Hörsaal raumakustisch untersucht. Zunächst wurdedie Nachhallzeit als wichtigstes raumakustisches Kriterium nach Sabine für den voll-,halbvoll- und unbesetzten Zustand berechnet. Anschließend wurde der Hörsaal mitder professionellen Raumakustik-Software EASE modelliert und durch die Methodeder Strahlverfolgung die Nachhallzeit nach Schröder ermittelt. Zusätzlich wurden dieNachhallzeiten nach Sabine und Eyring mit dem Programm bestimmt. Abschließendwurden Messungen im Hörsaal durchgeführt. Dabei wurden die Nachhallzeit nach DINEN ISO 3382-2 sowie das Schwingverhalten der metallischen Außenwandabdeckunguntersucht.

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Kapitel 2: Theorie 2

2 Theorie

Bei der Schallausbreitung in Räumen bilden sich ein freies Schallfeld (Direktfeld) und eindiffuses Schallfeld aus. Das Direktfeld entsteht in der Nähe der Quelle, wenn keine Stö-rungen durch reflektierende Flächen, z. B. Wände, auftreten. Ein diffuses Schallfeld bildetsich vor allem in Räumen mit wenig Absorption und in größerer Entfernung zur Quelleaus. Deswegen wird im Folgenden auf das diffuse Schallfeld näher eingegangen.

2.1 Diffuses Schallfeld

In einem diffusen Schallfeld trifft der Schall in jedem Raumpunkt aus allen Richtungengleich wahrscheinlich mit gleicher Intensität ein. Die Gesamtintensität an einem beliebi-gen Punkt ist daher null. Voraussetzung für ein diffuses Schallfeld ist eine Durchmischungdes Stehwellenmusters eines Raumes durch

• Anregung möglichst vieler Eigenfrequenzen (d. h. es muss ein Frequenzgemischvorhanden sein) und

• Mehrfachreflexionen- und Streuungen an Begrenzungsflächen [12].

Die Grenzfrequenz, oberhalb welcher sich ein diffuses Schallfeld ausbilden kann, hängtvom Volumen des Raumes V und dessen Nachhallzeit T ab und wird als Schröderfre-quenz fs bezeichnet:

fs = 2000

√TV

(2.1)

Unterhalb der Schröderfrequenz dominieren die Eigenmoden des Raumes und es kannkein diffuses Schallfeld angenommen werden. Die Schallausbreitung wird in diesemFrequenzbereich durch ein wellentheoretisches Modell beschrieben, mit welchem sichdie Stehwellen des Raumes berechnen und entsprechend verringern lassen. Das istvorallem bei Räumen mit kleinem Volumen bis 500m3 notwendig. Für größere Räumeliegt der in der Raumakustik interessierende Frequenzbereich (63−4000Hz) oft ober-halb der Schröderfrequenz. Diese beträgt für große Räume etwa 20−30Hz. Oberhalbder Schröderfrequenz kann zum Modell der geometrischen Akustik übergegangen wer-den. Hierbei wird die Schallausbreitung als Ausbreitung von geradlinigen Schallstrahlenbetrachtet [11].

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Kapitel 2: Theorie 3

Schalldruckpegelverteilung in einem Raum In Abbildung 2.1 ist der Schalldruckpe-gelverlauf in einem Raum schematisch dargestellt. Innerhalb des Hallradius überwiegtder Direktschallanteil Lp direkt, der mit größer werdendem Abstand zur Quelle abnimmt.Der diffuse Schalldruckpegel Lp diffus ist dagegen ortsunabhängig, solange der Mess-bereich außerhalb des Hallradius liegt und mit genügend hohem Abstand (ca. λ/4) zureflektierenden Flächen gemessen wird.

Lp ges

rH

Lp

direkt 3dB

Lp diffus

Schallquelle

Abbildung 2.1: Schematische Darstellung des Schallfeldes in einem Raum, rH: Hallradius(bei Kugelquellen, allgemeiner: Hallabstand), Lp direkt: Direktfeld-Pegel, Lp diffus:Diffusfeld-Pegel, Lp ges: Pegel durch Überlagerung von Direkt- und Diffusfeld

Entscheidend für den mittleren Schalldruckpegel im Diffusfeld sind die Absorptionseigen-schaften der Begrenzungsflächen und Einrichtungsgegenstände sowie der sich im Raumbefindlichen Personen. Das Absorptionsvermögen eines Gegenstands bzw. Materials istgekennzeichnet durch den frequenzabhängigen Schallabsorptionsgrad α . Dieser gibtden absorbierten Schallleistungsanteil Pabs bezogen auf eine einfallende SchallleistungPe an:

α =Pabs

Pe(2.2)

Bei vollständiger Absorption hat α den Wert 1, bei vollständiger Reflexion den Wert0 [7]. Zur Darstellung raumakustischer Eigenschaften dient, neben α , die äquivalenteSchallabsorptionsfläche A. Es handelt sich dabei um eine fiktive geometrische Fläche mitvollständiger Absorption, die in einem diffusen Schallfeld den gleichen Abklingvorgangverursacht, wie die reale Raumoberfläche mit den tatsächlichen Absorptionseigenschaf-ten [2]. Diese Modellfläche wird durch

A = ∑Ai = ∑αiSi (2.3)

bestimmt. Darin sind Si jede Teilbegrenzungsfläche und das Produkt αiSi die äquivalente

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Kapitel 2: Theorie 4

Schallabsorptionsfläche Ai jeder Teilbegrenzungsfläche. Da sich für manche Einrich-tungsgegenstände oder einzelne Personen keine Flächen angeben lassen, werden dafürtabellierte äquivalente Schallabsorptionsflächen A j herangezogen (Tabelle 2.1). Alterna-tiv kann die äquivalente Schallabsorptionsfläche für ein Publikum, wie in Abschnitt 3.1,auf die Publikumsfläche bezogen werden.

Tabelle 2.1: Beispiel: äquivalente Schallabsorptionsfläche A j für einzelne Personen, aus [7]

fm in Hz 125 250 500 1000 2000 4000

A j in m2 0,30 0,45 0,60 0,65 0,75 0,75

Zur gesamten äquivalenten Schallabsorptionsfläche eines Raumes trägt auch die Luft-schallabsorption, vor allem bei großem Raumvolumen und hohen Frequenzen, bei.Dieser Einfluss wird durch die äquivalente Schallabsorptionsfläche

AL = 4V m (2.4)

berücksichtigt. Darin sind V das Raumvolumen in m3 und m die Energiedämpfungskon-stante1 in m−1. Die Werte für m sind abhängig von Frequenz, Temperatur und Luftfeuchteund finden sich in der Literatur [1, 7, 10]. Werden alle Einflüsse auf die Absorptionsei-genschaften eines Raumes berücksichtigt, dann ergibt sich dessen gesamte äquivalenteSchallabsorptionsfläche A zu

A = ∑Ai +∑A j +AL (2.5)

2.2 Raumakustische Kriterien

Die akustischen Anforderungen an einen Raum werden im Wesentlichen durch dessenNutzungsart festgelegt. Die wichtigste akustische Anforderung an einen Raum, der fürSprachdarbietungen genutzt wird, ist die Sprachverständlichkeit. Die subjektiv empfun-dene Sprachverständlichkeit kann entweder durch objektive raumakustische Kriterienermittelt werden oder durch einen individuellen Prozentsatz richtig verstandener Silben,Wörter oder Sätze. Im Folgenden werden die wichtigsten raumakustischen Kriterien zurBewertung der Sprachverständlichkeit erläutert.

1 gemäß der entfernungsabhängigen Abnahme exp(−mx) der Schallenergie

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Kapitel 2: Theorie 5

2.2.1 Nachhallzeit

Die Nachhallzeit T gibt die Dauer an, in der nach abruptem Abschalten der Quelle derSchalldruckpegel um 60dB bzw. der Schalldruck auf ein Tausendstel seines Ausgangs-wertes abgefallen ist (Abbildung 2.2).

T

Lp

∆L

=60

dB

t tT

p

p 2=

0,00

1p 1

p2

p1

Abbildung 2.2: Abklingkurven (links: Pegel-Zeitverlauf, rechts: Schalldruck-Zeitverlauf nach [7])

Zur Berechnung der Nachhallzeit kann die Eyringsche Nachhallformel, die sowohl fürRäume mit niedriger Absorption (z.B. Säle) als auch mit hoher Absorption (z.B. Tonstudi-os) geeignet ist, herangezogen werden:

T = 0,163sm

V4V m−Sges ln(1− α)

(2.6)

Darin sind V das Raumvolumen, Sges die gesamte Raumoberfläche und α der mittlereSchallabsorptionsgrad. Die Eyringsche Nachhallformel geht für kleine Absorptionsgradeα < 1 in die Sabinesche Nachhallformel über2:

T = 0,163sm

V4V m+Sgesα

= 0,163sm

VA

(2.7)

Von der Nutzungsart des Raumes hängt ab, welcher Sollwert der Nachhallzeit TSoll beimittleren Frequenzen anzustreben ist. Abbildung 2.3 zeigt TSoll-Werte für die Nutzungs-arten Sprache, Unterricht und Musik in Abhängigkeit vom Raumvolumen gemäß [3]im besetzten Zustand. Im unbesetzten Zustand sollte die Nachhallzeit eines Raumesweniger als 0,2s über dem Sollwert liegen.

Wenn die Nachhallzeit zu lang ist, können einzelne Silben durch das zu geringe Abklin-

2 für kleine α gilt: ln(1− α) ≈ −α

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Kapitel 2: Theorie 6

101 102 103 104 1050

0.20.40.60.8

11.21.41.61.8

22.22.42.6

V in m3

T Sol

lin

s

SpracheUnterrichtMusik

Abbildung 2.3: Sollwert TSoll der Nachhallzeit für unterschiedliche Nutzungsarten nach [3] imbesetzten Zustand in Abhängigkeit vom Raumvolumen V

gen der vorangegangenen Silben verdeckt werden. Ist die Nachhallzeit zu kurz, fehlenpegelerhöhende Reflexionen und der Sprecher wird als zu leise wahrgenommen. DiesesProblem tritt an Hörerplätzen auf, an denen der Direktschallanteil nicht ausreicht, umden Sprecher zu verstehen. In beiden Fällen, bei zu langer und zu kurzer Nachhallzeit,verringert sich die Sprachverständlichkeit.

Messverfahren nach DIN EN ISO 3382-2

Zur Bestimmung der Nachhallzeit nach DIN EN ISO 3382-2 [4] werden folgende Anforde-rungen an den Messaufbau gestellt:

Tabelle 2.2: Anforderungen an den Messaufbau zur Bestimmung der Nachhallzeit

Mikrofon Schallquelle

Richtcharakteristik kugelförmig kugelförmig

Anzahl an Positionen3 mind. 2 mind. 2

Abstand der Positionen mind. 2m zueinander, 1m zuRaumbegrenzungsflächen,Mindestabstand zur Quelle:dmin = 2

√V/cT hier

= 3,8m

mind. 3m zueinander

3 in Summe mindestens 6 Kombinationen

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Kapitel 2: Theorie 7

Verfahren mit abgeschaltetem Rauschen

Das Verfahren beruht auf der zeitlichen Aufzeichnung des abklingenden Schalldruckpe-gels, nachdem der Raum mit einem Rauschsignal (Bandbreite mind. eine Terz) angeregtwurde. Bei Verwendung von Terzbandrauschen dürfen sich die im Raum ergebendenSchalldruckpegel zwischen benachbarten Bändern um max. 6dB unterscheiden. Umeinen stationären Schalldruckpegel in allen Frequenzbändern zu erreichen, muss dieAnregung vor dem abrupten Abschalten hinreichend lang erfolgen (mind. die Hälfteder zu erwartenden Nachhallzeit). Die Abklingkurven müssen an mehreren Quell- undEmpfängerpositionen gemessen werden (Tabelle 2.2). Das Verfahren hat statistischenCharakter, d.h. die einzelnen Messungen unterliegen Schwankungen und müssen dahermehrfach (mindestens dreimal) wiederholt werden. Die Mittelung erfolgt anschließendfür jede Quell- und Empfängerposition durch energetische Mittelwertbildung der Schall-druckpegel oder durch arithmetische Mittelung der bei jeder Einzelmessung erhaltenenNachhallzeit.

Verfahren mit integrierter Impulsantwort

Bei diesem Verfahren wird der stationäre Fall des abgeschalteten Rauschens durch eine(Rückwärts-) Integration der Impulsantwort des Raumes nachgebildet. Zur Messungder Impulsantwort kann der Raum direkt mit einer Impulsschallquelle, die ausreichendbreitbandige Impulse mit hoher Energie erzeugt, angeregt werden. Lautsprecher er-füllen diese Anforderung oft nicht. Daher kann die Impulsantwort auch indirekt durchVerwendung von Sweeps oder pseudo-stochastischem Rauschen, mit einer speziellenWeiterverarbeitung des Mikrofonsignals, bestimmt werden. Für die Integration mussdie Impulsantwort in Terzbandbreite gefiltert werden. Das Ergebnis der Integration ent-spricht theoretisch einer unendlichen Anzahl gemittelter Abklingvorgänge, die mittelsabgeschaltetem Rauschen ermittelt wurden. Das Verfahren unterliegt deswegen keinenstatistischen Schwankungen. Aus der Impulsantwort des Schalldrucks p(τ) ergibt sichnach Gleichung (2.8) die Abklingkurve als rückwärts integriertes Quadrat der Impulsant-wort E(t):

E(t) =∞∫

0

p2(τ)dτ −t∫

0

p2(τ)dτ =

∞∫t

p2(τ)dτ (2.8)

Diese Gleichung lässt sich nach [8] folgendermaßen deuten: Der Raum enthält imstationären Fall, bevor die Quelle abgeschaltet wird, die gesamte Energie, die auch indessen Impulsantwort steckt (linkes Integral). Nach dem gedachten Abschalten fließtdiese Energie gemäß der Energieabfolge der Impulsantwort ab (Subtraktion des mittlerenIntegrals). Als Vereinfachung bleibt der rechte Teil der Gleichung stehen.

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Kapitel 2: Theorie 8

2.2.2 Deutlichkeitsmaß und -grad

Das Deutlichkeitsmaß C50 wird aus dem logarithmierten Verhältnis der innerhalb von50ms nach Eintreffen des Direktschalls an einem Hörerplatz eintreffenden Schallenergiezu der restlichen eintreffenden Schallenergie berechnet:

C50 = 10lg

50ms∫0

p2(t) dt

∞∫50ms

p2(t) dtdB (2.9)

Dabei ist p(t) der Schalldruck, der aus der Raumimpulsantwort für einen bestimmtenHörerplatz, wie sie auf Seite 16, Abbildung 3.5 dargestellt ist, bestimmt werden kann.Beträgt das Deutlichkeitsmaß 0dB, dann ist die Energie des Direktschalls und derinnerhalb von 50ms einfallenden Reflexionen genau so groß, wie die Energie der nach50ms einfallenden Reflexionen. Für eine gute Sprach- und Silbenverständlichkeit vonüber 50% muss das Deutlichkeitsmaß ≥0dB sein [6]. Unterschiede in der Deutlichkeitkönnen bis zu einer Grenze von etwa ±2,5dB wahrgenommen werden.

Ein ähnliches objektives Kriterium ist der Deutlichkeitsgrad D50. Dieser entspricht demAnteil der innerhalb von 50ms nach Eintreffen des Direktschalls eintreffenden Schall-energie zur gesamten Schallenergie:

D50 =

50ms∫0

p2(t) dt

∞∫0

p2(t) dt(2.10)

Für eine ausreichend gute Sprachverständlichkeit sollte der Deutlichkeitsgrad mindestens50% betragen, wobei die Wahrnehmbarkeitsgrenze bei etwa ±5% liegt.

2.2.3 Silbenverständlichkeit

Die Silbenverständlichkeit ist das Ergebnis eines subjektiven Beurteilungsverfahrens, beidem der prozentuale Anteil richtig verstandener, zusammenhangloser Silben (Logatome)ermittelt wird. Für die Silbenverständlichkeit ist die Nachhallzeit, der Schalldruckpegel,die Sprechgeschwindigkeit und die bis etwa 50ms nach dem Direktschall am Hörerplatzeintreffende Schallenergie maßgeblich. Letzteres liegt in der sog. Verwischungsschwelledes Gehörs begründet: Bei gleichartigen Geräuschen, z. B. Direktschall und Reflexion,werden die Schallanteile, die nach 30 bis 100ms nach Eintreffen des Direktschalls das

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Kapitel 2: Theorie 9

Gehör erreichen, als störend empfunden. In der raumakustischen Planung ist eineVerwischungsschwelle von 50ms üblich. Aus der Silbenverständlichkeit lassen sich dieWort- und Satzverständlichkeit ableiten [3].

2.2.4 Sprachübertragungsindex

Der Sprachübertragungsindex STI (Speach Transmission Index) kennzeichnet die Über-tragungsqualität von Sprache hinsichtlich der Verständlichkeit eines Übertragungskanals.Zur Bestimmung des Sprachübertragungsindex wird ein Prüfsignal an den Übertragungs-kanal angelegt und das empfangene Prüfsignal analysiert. Das während der Ausbreitungschwankende (modulierte) Prüfsignal entspricht der Modulation von Sprachsignalen,die wichtige Informationen hinsichtlich der Sprachverständlichkeit tragen. Durch denSTI-Wert, der zwischen null und eins liegen kann, wird daher die potentielle Sprachver-ständlichkeit charakterisiert. Mit einem höher werdenden STI-Wert steigt die Sprachver-ständlichkeit und die subjektive Höranstrengung nimmt ab [5].

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Kapitel 3: Simulation der Nachhallzeit 10

3 Simulation der Nachhallzeit

Die Simulation der Nachhallzeit erfolgte mit zwei Methoden. Einerseits wurde die Sabi-ne’sche Formel verwendet, andererseits wurde die professionelle Raumakustik-SoftwareEASE 2.4 genutzt.

3.1 Simulation nach Sabine

Die Nachhallzeit eines Raumes kann mit der Formel von Sabine (Gleichung (2.7))abgeschätzt werden. In dieser Gleichung enthalten ist das Raumvolumen und die Summeaus dem Absorptionsgrad und der zugehörigen Fläche sämtlicher Materialien im Raum.Das Raumvolumen des Hörsaals beträgt 972m3 und die einzelnen Materialien, die imRaum verwendet wurden mit den zugehörigen Flächen sind in Tabelle 3.1 aufgelistet. Diefrequenzabhängigen Absorptionsgrade der Materialien wurden den Büchern [1] und [7]entnommen (siehe Tabelle 3.2). Der Absorptionsgrad der Metallwand unter den Fensternist nicht bekannt und wurde vernachlässigt.

Tabelle 3.1: Flächen der Materialien im Hörsaal

Material Fläche in m2

Holzstühle 82

Publikum 82

Beton 120

Fenster 80

Metall 30

PVC 104

Gipskarton 99

Holztür 4

Öffnung 6

Absorber (10 cm) 164

Die Nachhallzeit des Peter-Schütt-Hörsaals wurde für einen unbesetzten, einen halbvoll besetzten und einen voll besetzten Zustand simuliert. Beim unbesetzten Hörsaalwurde die Absorption durch Publikum vernachlässigt, im halb voll besetzten Saal wurdedie Hälfte des Publikumsbereichs mit dem Absorptionsgrad des Publikums belegt. Alleanderen Flächen waren bei den drei Simulationen identisch.

Die nach DIN 18041 [3] geforderte Nachhallzeit wurde für den Hörsaal bestimmt. Sie be-trägt 0,79s. Der frequenzabhängige Verlauf der simulierten Nachhallzeiten im Verhältnis

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Kapitel 3: Simulation der Nachhallzeit 11

Tabelle 3.2: Absorptionsgrade der Materialien im Hörsaal

Frequenz in Hz 125 250 500 1000 2000 4000

Holzstühle 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05

Publikum 0,4 0,6 0,75 0,8 0,85 0,8

Beton 0,02 0,02 0,03 0,04 0,05 0,05

Fenster 0,12 0,1 0,05 0,04 0,02 0,02

PVC 0,02 0,03 0,03 0,04 0,04 0,05

Gipskarton 0,28 0,12 0,1 0,17 0,13 0,09

Holztür 0,1 0,08 0,06 0,05 0,05 0,05

Öffnung 0,4 0,4 0,6 0,7 0,8 0,8

Absorber (10 cm) 0,4 0,7 0,8 0,9 0,9 0,9

Luft (m) 0 0,000075 0,00025 0,00075 0,0025 0,0075

zu der idealen Nachhallzeit ist in Abbildung 3.1 dargestellt. Die Norm lässt einen Tole-ranzbereich zu, um den die reale Nachhallzeit von der geforderten abweichen darf. Auchdieser ist im Diagramm gezeigt. Die simulierten Nachhallzeiten fallen bei niedrigerenFrequenzen stark ab und stabilisieren sich oberhalb von 1000Hz. Die Kurve des halbvoll besetzten Hörsaals liegt dabei am besten im Toleranzbereich. Lediglich der Wertbei 125Hz liegt oberhalb der Toleranzgrenze. Bei dieser Frequenz liegt aber auch dieNachhallzeit des voll besetzten Hörsaals oberhalb des geforderten Bereichs. Zudemliefert er bei 1000Hz und 2000Hz eine etwas zu geringe Nachhallzeit. Der unbesetzteHörsaal liegt erst ab 1000Hz im idealen Bereich.

0

0,5

1

1,5

2

100 1000 10000

T T sol

l

f in Hz

leerhalbvoll

vollForderung

Abbildung 3.1: Simulierte Nachhallzeit im Verhältnis zur geforderten Nachhallzeit mit Toleranzbe-reich nach DIN 18041 [3]

Da nur wenig über die verwendeten Materialien im Raum bekannt ist, kann nicht ga-

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Kapitel 3: Simulation der Nachhallzeit 12

rantiert werden, dass die zur Simulation verwendeten Absorptionsgrade den realenentsprechen. Insbesondere der Absorber an der Innenwand und Decke ist problematisch,da es durch die großen Abmessungen schnell zu starken Abweichungen kommen kann.Die Abmessungen des Absorbers wurden geschätzt, da dieser von außen nicht sichtbarist. Zudem sind die Absorptionsgrade der Metallabdeckung an der Außenwand unbe-kannt. Bei der Simulation wurde angenommen, dass sie schallhart ist und somit nichtabsorbiert. Aufgrund der geringen Dicke des Metalls ist aber davon auszugehen, dassdie Metallplatten zu Schwingungen angeregt werden können und daher die Simulationdie Realität unzureichend abbildet. Außerdem ist davon auszugehen, dass sich hinterder Metallabdeckung ein absorbierendes Material zur Hohlraumbedämpfung befindet.Um welches Material es sich handelt ist jedoch unbekannt. Die Metallabdeckungenkönnen insbesondere im Bereich tiefer Frequenzen als Plattenabsorber dienen und sodie tiefen Frequenzen bedämpfen. Um die Eignung der Metallplatten zu einem solchenZweck zu prüfen, wurden die Schwingungseigenschaften zweier Metallplatten gemessenund die Ergebnisse in Abschnitt 4.2 dargestellt. In der hier dargestellten Simulation istdie Nachhallzeit bei Frequenzen unterhalb von 500Hz, verglichen mit der Nachhallzeitbei höheren Frequenzen, lang. Demnach wurde bei der Simulation wahrscheinlich eineabsorbierende Komponente nicht berücksichtigt.

3.2 Simulation mit EASE

Der Vorlesungssaal wurde, nachdem die Grundform des Raumes vermessen wurde, mitder Raumakustik-Software EASE 2.4 modelliert. Das Modell zeigt Abbildung 3.2. DiePositionen der fünf Hörerplätze im Modell entsprechen den Mikrophonpositionen derMessung (Abschnitt 4.1). Für die Zuordnung von Absorptionsgraden zu den einzelnen Flä-chen wurden im Programm hinterlegte Materialen verwendet. Um die EASE-Simulationmit der Simulation nach Sabine möglichst gut vergleichen zu können, wurden Materialenverwendet, deren Absorptionsgrade näherungsweise denen aus Tabelle 3.2 entsprechen.Für den unbekannten Absorber an Wand und Decke wurde ein Material angenommen,dessen Absorptionseigenschaften einer einseitig kaschierten Mineralwolle gleichkom-men. Der frequenzabhängige Absorptionsgrad des gewählten Absorbermaterials ist inAbbildung 3.3 dargestellt.

Die Nachhallzeit des Raumes kann in EASE mittels der Nachhallformeln nach Eyringund Sabine (Gleichung (2.6) und (2.7)) in einfacher Weise berechnet werden. Für eineBerechnung mittels Schröderscher Rückwärtsintegration gemäß Gleichung (2.8) musstedie Raumimpulsantwort des Schalldrucks für jeden Hörerplatz bestimmt werden. Daserfolgte mittels der Methode der Strahlverfolgung (Raytracing). Mit Raytracing lassensich Reflexionsmuster innerhalb eines Raumes durch Aussendung von Strahlen, derenReflexionswege betrachtet werden, untersuchen. Es handelt sich um ein Verfahren dergeometrischen Raumakustik. Abbildung 3.4 zeigt das errechnete Reflexionsmuster desVorlesungssaales in drei verschiedenen Ansichten.

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Kapitel 3: Simulation der Nachhallzeit 13

(a) 3D-Ansicht

(b) 3D-Ansicht mit Blick auf Absorber

Abbildung 3.2: Modell des Vorlesungssaales in EASE, Türkis: Fensterflächen, Blau: Absorber-material

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

125 250 500 1000 2000 4000 8000f in Hz

α

Abbildung 3.3: Absorptionsgrad des in EASE verwendeten Absorbermaterials

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Kapitel 3: Simulation der Nachhallzeit 14

(a) Seitenansicht

(b) Draufsicht

(c) Querschnitt

Abbildung 3.4: Reflexionsmuster des Vorlesungssaales, berechnet durch Raytracing

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Kapitel 3: Simulation der Nachhallzeit 15

Um die Raumimpulsantwort durch Raytracing zu bestimmen, wurden mit der Raytracing-Option Find Impacts Strahlen, die innerhalb einer Zählkugel mit einem Radius von 1mum einen gewählten Immissionspunkt eintreffen, registriert. Die erzeugte Ergebnisdateivon Find Impacts (Tabelle 3.3) listet die Treffer nach deren Reflexionsordnung auf. Durchdas Aussenden von 50.000 Strahlen wurden an allen fünf Hörerplätzen 3.173 Treffer biszur zehnten Ordnung registriert.

Tabelle 3.3: Trefferliste für die fünf Hörerplätze

Ausgesendete Strahlen: 50.000

Treffer-Chance: 84,1 %

Reflexionsordnung Treffer

1 27

2 75

3 139

4 205

5 299

6 407

7 498

8 521

9 523

10 479

Gesamt 3173

Die aus den Treffern errechnete Raumimpulsantwort wurde für jeden Hörerplatz bestimmt.Diese ist beispielhaft für den mittleren Hörerplatz 3 in Abbildung 3.5 dargestellt.

EASE ist in der Lage, aus der Raumimpulsantwort ein frequenzabhängiges Reflek-togramm zu berechnen. Darin werden die Trefferimpulse in Schalldruckpegel umge-rechnet im zeitlichen Verlauf dargestellt. Ist der Schalldruckpegel um 60dB abgefallen,ist die Nachhallzeit gemäß der Theorie in Abbildung 2.2 bestimmt. Am Hörerplatz 3beträgt die nach Schröder errechnete Nachhallzeit bei 500Hz beispielsweise 0,45s(Abbildung 3.6).

Die Nachhallkurve nach Schröder lässt sich in EASE mit denen nach Eyring und Sabinedirekt vergleichen. In den Abbildungen 3.7 bis 3.11 sind die durch EASE berechnetenNachhallkurven dargestellt. Bei allen Hörerplätzen ist die Nachhallzeit im gesamtenFrequenzbereich nach Sabine am längsten, gefolgt von Eyring und Schröder. Zwischenden einzelnen Hörerpätzen gibt es geringe Änderungen im Verlauf der Nachhallzeiten.Bei tiefen Frequenzen unterhalb von 250Hz sind die Nachhallzeiten, verglichen mit denen

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Kapitel 3: Simulation der Nachhallzeit 16

Abbildung 3.5: Raumimpulsantwort des Vorlesungssaales an Hörerplatz 3

Abbildung 3.6: Schalldruckpegel-Zeit-Verlauf der Trefferimpulse und daraus errechnete Schrö-dersche Nachhallzeit RT für 500Hz an Hörerplatz 3

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Kapitel 3: Simulation der Nachhallzeit 17

bei mittleren Frequenzen, hoch. Die geringste Nachhallzeit wird bei allen Hörerplätzenund mit allen Berechnungsmethoden bei 1000Hz erreicht. In diesem Frequenzbereichbesitzt der Absorber seinen höchsten Absorptionsgrad. Im Gegensatz zur simuliertenNachhallzeit nach Sabine im vorigen Kapitel wird die Nachhallzeit bei höheren Frequen-zen nicht stetig geringer. Zwischen 2 und 4kHz steigt die Nachhallzeit an, bevor sie biszur maximalen Frequenz von 10kHz abfällt.

Abbildung 3.7: Vergleich der frequenzabhängigen Nachhallzeiten nach Sabine und Eyring mitder Schröderschen Nachhallzeit an Hörerplatz 1

Abbildung 3.8: Vergleich der frequenzabhängigen Nachhallzeiten nach Sabine und Eyring mitder Schröderschen Nachhallzeit an Hörerplatz 2

Der frequenzabhängige Verlauf der simulierten Nachhallzeiten im Verhältnis zu deridealen Nachhallzeit ist in Abbildung 3.12 dargestellt. Die Nachhallzeit nach Sabine liegt,bis auf zwei Überhöhungen bei 250 und 4000Hz, im Toleranzbereich der Norm. DieÜberhöhungen werden im unbesetzten Zustand jedoch zugelassen. Die nach Eyringberechnete Nachhallzeit ist im gesamten Frequenzbereich der idealen Nachhallzeit amnächsten. Die Schrödersche Nachhallzeit für den Raum ergibt sich aus der Mittelungüber alle Hörerplätze. Im mittleren Frequenzbereich zwischen 315 und 1250Hz liegt dieNachhallzeit deutlich unterhalb des Toleranzbereichs.

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Kapitel 3: Simulation der Nachhallzeit 18

Abbildung 3.9: Vergleich der frequenzabhängigen Nachhallzeiten nach Sabine und Eyring mitder Schröderschen Nachhallzeit an Hörerplatz 3

Abbildung 3.10: Vergleich der frequenzabhängigen Nachhallzeiten nach Sabine und Eyring mitder Schröderschen Nachhallzeit an Hörerplatz 4

Abbildung 3.11: Vergleich der frequenzabhängigen Nachhallzeiten nach Sabine und Eyring mitder Schröderschen Nachhallzeit an Hörerplatz 5

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Kapitel 3: Simulation der Nachhallzeit 19

0

0,5

1

1,5

2

100 1000 10000

T T sol

l

f in Hz

SabineEyring

SchröderForderung

Abbildung 3.12: Mit EASE simulierte Nachhallzeiten im Verhältnis zur geforderten Nachhallzeitmit Toleranzbereich nach DIN 18041 [3], Zustand: unbesetzt

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Kapitel 4: Messungen 20

4 Messungen

Zusätzlich zu den Simulationen wurde die Nachhallzeit des Hörsaals messtechnisch er-mittelt. Hierzu wurde die Methode des abgeschalteten Rauschens verwendet. Außerdemwurde das Schwingungsverhalten der Metallabdeckung an der Außenwand des Hörsaalsuntersucht. Dazu wurden die Platten mit einem Impuls angeregt und die Geschwindigkeitgemessen.

4.1 Messung der Nachhallzeit

Am 11.12.2014 wurde im unbesetzten Peter-Schütt-Hörsaal eine Messung der Nach-hallzeit nach DIN EN ISO 3382-2 [4] durchgeführt. Während der Messung waren dreiPersonen anwesend. Die verwendeten Messgeräte sind in Tabelle 4.1 aufgeführt.

Tabelle 4.1: Messgeräte

Funktion Messgerät

Signalerzeugung NTi Minirator MR-PRO

Lautsprecher Dodekaeder

Mikrophon NTi XL2 (Serien-Nr: A2A-07101-E0)

Die Messung wurde mit zwei Lautsprecherpositionen und jeweils fünf Mikrophonposi-tionen ausgeführt (Abbildung 4.1). Die Positionen wurden an nutzungstypischen Ortengewählt. Demnach befanden sich die Lautsprecherpositionen im unteren Bereich desHörsaals, wo sich die Dozenten normalerweise aufhalten. Eine war neben dem Tisch(Q1) und die andere vor der Tafel (Q2). Die Mikrophonpositionen waren gleichmäßig überden Publikumsbereich verteilt, wobei vier in den Ecken lagen und einer in der Mitte desPublikumsbereichs. Als Anregungssignal wurde breitbandiges Rosa Rauschen verwen-det, welches mit einem Dodekaeder-Lautsprecher in 1,6m Höhe abgestrahlt wurde. DieNachhallzeit wurde mit einem Handschallpegelmesser in 1,2m Höhe gemessen. Dabeiwurde ein Abfall des Schalldruckpegels um 20dB gemessen und die Zeit auf einen 60dBAbfall hochgerechnet. Der Handschallpegelmesser wurde auf einem Stativ befestigt. DieMessung der Nachhallzeit erfolge in Terzbändern zwischen 100Hz und 10000Hz. Dieeinzelnen Ergebnisse sind in den Abbildungen 4.2 und 4.3 dargestellt. Die gemitteltenund in Oktaven umgerechneten Ergebnisse sind in Abbildung 4.4 zu sehen.

Die in Terzbändern gemessenen Nachhallzeiten sind im gesamten Frequenzbereich rela-tiv konstant, wobei sie zu hohen Frequenzen etwas abfallen. Die Höhe der Nachhallzeitist dabei von der Mikrophonposition abhängig. Während die Nachhallzeiten bei den unte-ren Positionen bis 5000Hz bei 0,8s liegen, liegen die Ergebnisse der oberen Positionen

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Kapitel 4: Messungen 21

Abbildung 4.1: Messorte; Abbildung nicht maßstabsgetreu

zwischen 500Hz und 4000Hz bei 1s. Unter 500Hz und über 5000Hz sind die Nachhall-zeiten unabhängig von der Mikrophonposition. Bei tiefen Frequenzen schwanken dieeinzelnen Ergebnisse stärker, als bei hohen Frequenzen. Bei den Mikrophonpositionenauf gleicher Höhe liegen die Nachhallzeiten in einem ähnlichen Bereich.

Die Nachhallzeiten wurden gemittelt und dann zu Oktavbändern zusammengefasst.Diese wurden mit der idealen Nachhallzeit nach DIN 18041 [3] ins Verhältnis gesetztund mit dem zulässigen Toleranzbereich in Abbildung 4.4 dargestellt. Die gemesseneNachhallzeit weicht geringfügig von der geforderten ab, wobei meist etwas höhere Werteerzielt werden. Insgesamt ist die Nachhallzeit aber relativ konstant. Ihr Maximum liegtbei 1000Hz und befindet sich an der Kante des Toleranzbereichs. Zu 8000Hz fällt sie ab.Der Toleranzbereich wird aber in allen Fällen eingehalten.

Auch wenn es im oberen Bereich des Hörsaals zu längeren Nachhallzeiten kommt istdie mittlere Nachhallzeit des unbesetzten Hörsaals im zulässigen Bereich der Norm.Zwischen der Rückwand über dem Publikumsbereich und der vorderen Wand kommt eszu einem Flatterecho, da die beiden Wände parallel zueinander stehen und nur wenigabsorbieren. Dies hat wahrscheinlich einen Einfluss auf die Nachhallzeiten im oberenPublikumsbereich, wodurch sie verlängert werden.

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Kapitel 4: Messungen 22

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

100 1000 10000

T 60

ins

f in Hz

M1M2M3M4M5

Abbildung 4.2: Gemessene Nachhallzeit in Terzen mit Quellposition 1 an verschiedenen Mikro-phonpositionen

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

100 1000 10000

T 60

ins

f in Hz

M1M2M3M4M5

Abbildung 4.3: Gemessene Nachhallzeit in Terzen mit Quellposition 2 an verschiedenen Mikro-phonpositionen

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Kapitel 4: Messungen 23

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

100 1000 10000

T T sol

l

f in Hz

MessungForderung

Abbildung 4.4: Gemessene Nachhallzeit, gemittelt und in Oktaven, im Verhältnis zur gefordertenNachhallzeit nach DIN 18041 [3]

4.2 Messung der Resonanzfrequenz

Die Metallabdeckung an der Außenwand des Hörsaals besteht aus einzelnen Metallplat-ten unterschiedlicher Größe. Sie reichen von der Unterkante der Fenster bis zum Boden.Drei Seiten sind befestigt, die untere Kante ist frei. Aufgrund der geringen Dicke könnendie Platten leicht zu Schwingungen angeregt werden. Hinter den Metallplatten befindetsich voraussichtlich ein absorbierendes Material. Aus diesem Grund wurden die Plattenauf ihr Schwingungsverhalten untersucht um festzustellen, ob sie als Plattenabsorberdienen können.

Es wurden zwei Platten unterschiedlicher Größe untersucht. Eine der größten Plattenund eine mittelgroße wurden ausgewählt. Zur Anregung diente ein Impulshammer umbei einfachem Aufbau möglichst breitbandig anzuregen. Die Schwingungen wurdenjeweils nahe der unteren Kante und etwas außerhalb der Mitte mit Beschleunigungs-aufnehmern vermessen. Diese Orte wurden ausgewählt, da durch das freie Ende dieSchwingungen nur wenig gedämpft werden und etwas außerhalb der Mitte nur wenigeSchwingungsmoden einen Knoten aufweisen.

Die Messergebnisse sind in Abbildung 4.5 für die mittelgroße Platte und Abbildung 4.6für die große Platte dargestellt. Bei beiden Platten liefern die beiden Aufnehmer bis ca.400Hz jeweils ähnliche Ergebnisse. Oberhalb davon weichen die gemessenen Geschwin-digkeiten in der Mitte der Platte von denen an der unteren Kante ab. Die mittelgroßePlatte weist einzelne Resonanzfrequenzen auf. Es gibt Maxima bei ca. 70Hz, 170Hzund 290Hz. Ab 290Hz treten mehrere Maxima im Abstand von ca. 50Hz auf. Ab 500Hzsind keine eindeutigen Maxima mehr erkennbar. Bei der großen Platte steigt die Ge-schwindigkeit bei geringen Frequenzen bis 200Hz gleichmäßig an. Bis 300Hz fällt dieGeschwindigkeit leicht ab und steigt dann wieder an, wobei die Schwankungen deut-

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Kapitel 4: Messungen 24

lich größer werden. Zwischen 400Hz und 700Hz weist der Aufnehmer in der Mitte derPlatte eine Reihe an Maxima im Abstand von ca. 35Hz auf. Der Abstand zwischen deneinzelnen Resonanzfrequenzen ist somit geringer als bei der kleineren Platte. Für denAufnehmer an der unteren Kante der Platte zeigen sich diese Resonanzen erst zwischen550Hz und 800Hz.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 200 400 600 800 1000

vin

ms−

1

f in Hz

MP 1MP 2

Abbildung 4.5: Gemessene Schnelle bei Anregung einer mittelgroßen Metallwand auf Höhe vonSitzreihe 7; MP 1 etwas außerhalb der Mitte der Platte, MP 2 an der unterenKante

Die mittelgroße Platte besitzt unterhalb von 400Hz Resonanzfrequenzen. In diesemBereich wurde bei der großen Platte keine Resonanz festgestellt. Hier treten aber zwi-schen 400Hz und 800Hz Resonanzen auf. Im Bereich höherer Frequenzen sind beikeiner Platte eindeutige Resonanzfrequenzen sichtbar. Die anderen Platten werdenResonanzfrequenzen in einem ähnlichen Frequenzbereich besitzen, wobei die kleinerenPlatten größere Resonanzfrequenzen aufweisen bzw. die Resonanzen weiter ausein-ander liegen. Die Resonanzfrequenzen können durch Luftschall angeregt werden. Dasabsorbierende Material hinter den Metallplatten dient der Hohlraumbedämpfung, sodassdurch die Schwingungen Schall absorbiert wird. Die verschiedenen Größen der Metall-platten sorgen dafür, dass die Plattenabsorber, die einzeln nur bei wenigen Frequenzenabsorbierend wirken, die Schalldrücke der tiefen Frequenzen breitbandig reduzieren.

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Kapitel 4: Messungen 25

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 200 400 600 800 1000

vin

ms−

1

f in Hz

MP 1MP 2

Abbildung 4.6: Gemessene Schnelle bei Anregung der größten Metallabdeckung; MP 1 etwasaußerhalb der Mitte der Platte, MP 2 an der unteren Kante

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Kapitel 5: Zusammenfassung 26

5 Zusammenfassung

Die gemessene Nachhallzeit des Peter-Schütt-Hörsaals ist im gesamten Frequenzbereichinnerhalb der Toleranz nach DIN 18041. Bei mittleren Frequenzen ist die Nachhallzeitetwas größer als die geforderte. Da die Messung jedoch im unbesetzten Zustand durchge-führt wurde, ist davon auszugehen, dass die Nachhallzeit bei Anwesenheit von Publikumdem geforderten Wert näher kommt.

Die Berechnung nach Sabine liefert für den unbesetzten Zustand im Vergleich mitder Messung bei mittleren und hohen Frequenzen ähnliche Ergebnisse. In diesemFrequenzbereich liegt die simulierte Nachhallzeit geringfügig unterhalb der gemessenen.Bei Frequenzen unterhalb von 500Hz weicht die Berechnung nach Sabine deutlichvon der Messung ab. In diesem Bereich übersteigt die Berechnung den zulässigenToleranzbereich. Auch für den halbvoll- und vollbesetzten Zustand liegt die berechneteNachhallzeit über der gemessenen.

Dieser Unterschied ist mit der Schallabsorption durch die seitliche Metallwand erklärbar.Im tiefen Frequenzbereich weisen die einzelnen Abdeckungen Resonanzfrequenzen auf,wodurch diese als Plattenabsorber wirken können. Der Anteil an absorbierter Schallener-gie durch die Metallflächen ist jedoch nicht bekannt.

Die Simulation mit EASE hat ergeben, dass die Nachhallzeit nach Sabine den Mes-sergebnissen am nächsten ist. Diese stimmt in guter Näherung mit der über die fünfHörerplätze gemittelten Nachhallzeit überein. Auch die Berechnung nach Eyring bildetdie Messung gut ab. Die Nachhallzeit nach Schröder ist vergleichsweise ungenau. Dieseliegt im mittleren Frequenzbereich deutlich unterhalb der Messung.

Die in EASE simulierte Nachhallzeit nach Sabine stimmt im Frequenzbereich um 1000Hzmit der vorangegangenen Berechnung näherungsweise überein. Zu höheren Frequen-zen weist die Simulation längere Nachhallzeiten auf und zu tieferen Frequenzen dieBerechnung.

Abschließend lässt sich die Aussage treffen, dass die Nachhallformel nach Sabineausreicht, um die Nachhallzeit in Räumen dieser Art zu berechnen. In diesem Fallspiegelt sie die Messung auch am besten wieder.

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Literaturverzeichnis 27

Literaturverzeichnis

[1] Leo Beranek; Concert and Opera Halls; How they Sound; American Institude ofPhysics, 1996; ISBN: 1-56396-530-5 (siehe S. 4, 10).

[2] Deutsche Gesellschaft für Akustik e.V.; DEGA-Empfehlung 101: Akustische Wellenund Felder ; 2006 (siehe S. 3).

[3] DIN 18041; Hörsamkeit in kleinen bis mittelgroßen Räumen; Mai 2004 (siehe S. 5,6, 9–11, 19, 21, 23).

[4] DIN 3382-2; Akustik – Messung von Parametern der Raumakustik – Teil 2: Nach-hallzeit in gewöhnlichen Räumen; Sep. 2008 (siehe S. 6, 20).

[5] DIN EN 60268-16; Elektroakustische Geräte: Objektive Bewertung der Sprachver-ständlichkeit durch den Sprachübertragungsindex; Aug. 2011 (siehe S. 9).

[6] W. Fasold, E. Sonntag und H. Winkler; Bau- und Raumakustik ; BauphysikalischeEntwurfslehre; Müller, 1987 (siehe S. 8).

[7] Wolfgang Fasold und Eva Veres; Schallschutz + Raumakustik in der Praxis; Pla-nungsbeispiele und konstruktive Lösungen; 1. Aufl.; Verlag für Bauwesen, 1998;ISBN: 3-345-00549-2 (siehe S. 3–5, 10).

[8] N.A. Fouad und Wilhelm Ernst & Sohn; Bauphysik-Kalender 2014 - Schwerpunkt -Schallschutz und Akustik ; Bauphysik-Kalender 1617-2205; Wilhelm Ernst & Sohn,2014 (siehe S. 7).

[9] Helmut Hammer; Neu für Mittweida; Mit Wegbereitern und Geschichten: DieFakultät Soziale Arbeit kommt an in der Hochschulstadt ; Dez. 2014; URL: https://www.hs-mittweida.de/nc/newsampservice/hsmw-news/detailansicht-

hswm- news/article/neu- fuer- mittweida.html?Size=2 (besucht am16. 09. 2015) (siehe S. 1).

[10] Manfred Heckl und Helmut A. Müller; Taschenbuch der Technischen Akustik ; 2.Auflage; Springer Berlin Heidelberg, 1994 (siehe S. 4).

[11] M. Long; Architectural Acoustics; Applications of Modern Acoustics; Elsevier/Aca-demic Press, 2006 (siehe S. 2).

[12] Skript zur Vorlesung Technische Akustik ; Hochschule Mittweida (siehe S. 2).

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Erklärung

Hiermit erklären wir, dass wir unsere Arbeit selbstständig verfasst, keine anderen als dieangegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt und die Arbeit noch nicht anderweitig fürPrüfungszwecke vorgelegt haben.

Stellen, die wörtlich oder sinngemäß aus Quellen entnommen wurden, sind als solchekenntlich gemacht.

Mittweida, 11. November 2015

HSMW-Thesis v 2.0