Fraunhofer-Institut für Bauphysik, Holzkirchen Tel.: 08024...

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Dr.-Ing. M. KrusFraunhofer-Institut für Bauphysik, Holzkirchen

Tel.: 08024-64358 oder email: [email protected]

Frau

nhof

er

www.bauphysik.de

Bauphysik – Schallschutz

❚ Akustische Grundlagen❚ Raumakustik❚ Luft- und Trittschalldämmung❚ Schutz gegen Straßenlärm❚ Installationsgeräusche❚ Normen und Richtlinien

2Bauphysik - Schallschutz

Schallschutz

Was ist baulicher Schallschutz ?

Schallschutz im Hochbau, d. h. Schallschutz in und um Gebäuden.

D. h.- Schallschutz zwischen Häusern / Reihenhäusern

- Schallschutz zwischen Wohnungen gegen Luft- und Trittschall

- Schallschutz nach außen gegen Lärm jeglicher Art

- Schallschutz in Gebäuden gegen Geräusche aus haustechnischen Anlagen und Betrieben.


Schallschutz

Bedeutung des Schallschutzes- Belästigung, Beeinträchtigung des Wohlbefindens,

- Störung der Konzentration,- Beeinflussung bestimmter Leistung

(z.B. Lernfähigkeit),- Schlafstörung, Nervosität, Aggressivität, - Behinderung der akustischen Kommunikation,- Hörschädigung,- Fehl- und Frühgeburten,- Bluthochdruck und Herzbeschwerden,

Verdauungsstörung,- Atemfrequenzänderung, Beeinflussung der

Gehirnaktivität,- Muskelverspannung, Pupillenvergrößerung,- Ausschüttung von Stresshormonen (Adrenalin

und Noradrenalin)

•S•c•h•a•l•l•O•h•r

•G•e•h•i•r•n

•L•ä•r•m•e•n•t•w•i•c•k•l•u•n•g

•P•h•y•s•i•s•c•h

•P•s•y•c•h•i•s•c•h

•S•o•z•i•a•l

•G•e•s•c•h•l•e•c•h•t

•G•e•s•u•n•d•h•e•i•t•s•z•u•s•t•a•n•d

•E•r•h•o•l•u•n•g

•E•r•z•i•e•h•u•n•g••u•n•d••T•r•a•d•i•t•i•o•n

•E•i•n•s•t•e•l•l•u•n•g••z•u•r••L•ä•r•m•q•u•e•l•l•e

•A•l•t•e•r

•M•o•t•i•v•a•t•i•o•n


Schallschutz

Akustische Grundlagen und DefinitionenSchallMechanische Schwingungen in elastischen Medien (gasförmig, flüssig, fest)- Luftschall- Körperschall- Fluidschall

Schwingung Bewegung der Masse bzw. der Masseteilchen eines Mediums um eine Ruhelage

p Schalldruck [pa]λ Wellenlänge [m]

2


Schallschutz

Akustische Grundlagen und Definitionen

Schall im üblichen Sprachgebrauch:

Schwingungen im hörbaren Bereich des Menschen16Hz - 20kHz (Hörschall)

Infraschall: unter 16 HzUltraschal: über 20 Hz


Schallschutz


Luftschall

Ausbreitung des Schalls in der Luft durch periodische Kompression des Mediums (Wechsel des Über- und Unterdrucks).


Schallschutz


Körperschall

Ausbreitung des Schalls in Bauteilen oder anderen festen Materialien


Schallschutz Luft- und Trittschalldämmung

3


Schallschutz


Fluidschall

Ausbreitung des Schalls in Flüssigkeiten, z. B. Wasser


Schallschutz


Räumlich und zeitliche Zustands-änderung von Teilchen eines Mediums

- Schallwellen


Schallschutz


Wellenlänge λ

gibt den Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Extremwerten ( z. B. jeweils Maxima ) an.

p Schalldruck [pa]λ Wellenlänge [m]


Schallschutz


Frequenz [Hz]

Zusammenstellung einzelner Frequenzen

250 500 1000 2000

•I•n•f•r•a•s•c•h•a•l•l•,•E•r•s•c•h•ü•t•t•e•r•u•n•g•e•n

•1 •1•0

•1•0•0

•1••k

•5•0

•6•3 •8••k

•1•0••k

•6•3

•2•0••k

•1•6••k

•U•l•t•r•a•s•c•h•a•l•l•,•H•y•p•e•r•s•c•h•a•l•l

•1•0•0••k

•M•u•s•i•k

•S•p•r•a•c•h•e

•H•ö•r•b•e•r•e•i•c•h

•B•a•u•a•k•u•s•t•i•k

•R•a•u•m•a•k•u•s•t•i•k

•T•e•c•h•n•.••L•ä•r•m•b•e•k•ä•m•p•f•u•n•g

•f•••[•H•z•]

•4••k

•3•,•1•5••k

•1•0•0 •1•0••k

•1•6

•1•6

4


Schallschutz


Schallausbreitungsgeschwindigkeit

c ist in Gasen temperaturabhängig

Hierbei ist: κ Adiabatenexponent [-]R Gaskonstante [kJ/kgK]T Absoluttemperatur [K]f Frequenz [Hz]λ Wellenlänge

TR=c ⋅⋅κ [m/s]

Für die Luft betragen κ =1,4 und RL = 290 Ws/kgK

λ⋅= fc [m/s]


Schallschutz

35130

34520

33910

3330

327-10321-20

314-30

Schallausbreitungs-geschwindigkeit

[m/s]

Temperatur

[C°]


Schallausbreitungsgeschwindigkeit

5000Aluminium

3000Ziegel

5000Glas

3500Holz

5100Eisen

3710Kupfer

3500Beton

Schallausbreitungs-geschwindigkeit

[m/s]

Temperatur

[C°]


Schallschutz

Akustische Grundlagen und DefinitionenFrequenz

n3

1n f2f ⋅=+Terzfrequenzen

n1n f2f ⋅=+Oktavfrequenzen

125

1000

250

500

2000

100125160

200250320

400500630

80010001250

160020002500

31504000

Oktave-Reihe [Hz] Terz-Reihe [Hz]


Schallschutz

Akustische Grundlagen und Definitionen- Schalldruck

Dynamische Druckschwankung

Kleinste, gerade noch mit menschlichem Gehörsinn wahrnehmbarer Wechseldruck p0 ( bei 1000 Hz )

5o 2.10p −= [N/m2]

- Schallintensität12

0 10J −= [W/m2]

Intensität der vom menschlichen Ohr wahrnehmbaren Schallereignisse unterscheiden sich um mehrere Zehnerpotenzen

=> Logarithmisches Maß = Schallpegel L

5


Schallschutz


Schalldruckpegel

Schallintensitätspegel

0pp20lgL =

0II10lgL =

[dB]

[dB]

p0= 10-5 Pa

I0= 10-12 W/m2


Schallschutz


Schallquelle Schalleistung [W] Schalleistungspegel[dB]

Menschliche Stimme

Schreibmaschine

Schulklasse lebhafter Unterricht

Schulklasse singend

Elektromotor mit 800 kW

Flügel (fortissimo)

Trompete (fortissimo) 0,3 1150,2 113

0,1 110

10390

7560-7010-6...10-5

3.10-5

1.10-3

2.10-2

Presslufhammer 1201


Schallschutz


Schallquelle Schalleistung [W] Schalleistungspegel[dB]

Pauke, Orgel (fortissimo)

75-Mann-Orchester (maximal)

Großlautsprecher

Dieselmotor mit 600 PS

Flugzeug(Strahlantrieb bei Vollast)

Sicherheitsventile

Raketen

Presslufthammer 1 120

10 130

60 138

10...102 130-140

102 140103...104 150-160

103...105 150-170bis zu 108 200


Schallschutz

��

�

��

�

��


Kugelschallquelle

Abstandsverdopplung:L = 10 lg 4 = 6 dB

je Abstandverdoppelung: - 6 dBJe Abstandshalbierung: + 6 dB

2r4P)r(lπ

= (Vollkugel)

2r2P)r(lπ

= (Halbkugel)

L

L

6


Schallschutz

��

��

� � ��


Zylinderschallquelle

Abstandsverdopplung: L = 10 lg2 = 3 dB

je Abstandverdoppelung: - 3 dBJe Abstandshalbierung: + 3 dB

lr2P)r(lπ

= (Vollzylinder)

(Halbzylinder)lr

P)r(Iπ

=

L

L


Schallschutz


Rechnen mit Schallpegeln

Allgemein bei n verschiedenen Schallquellen:

10/Ln

1iges

i

10lg10L ∑=

= [dB]

n gleiche Schallquellen:

nlg10LL ges ⋅+= [dB]


Schallschutz


Rechnen mit Schallpegeln :

301000201001320101075,053,332,021,611,25

Pegelzunahme [dB]Faktor der Leistungsver-vielfachung n


Schallschutz

1. GegebenL1 = 50 dB L3 =57 dB L2 = 59 dB L4 =62 dB.Gesucht:Lges

( ) dB6510101010lg10

10lg10L

1062

1059

1057

1050

10iL4

1iges

=+++=

= ∑=

2. GegebenL1 = 40 dB L3 =52 dB L2 = 61 dB L4 =72 dB.Gesucht:Lges

( ) dB7210101010lg10

10lg10L

1072

1061

1052

1040

10iL4

1iges

=+++=

= ∑=

[dB]

Beispiele:

[dB]

7


Schallschutz

3. Gegeben

L1 = 60 dB L3 =60 dB

L2 = 60 dB L4 =60 dB.

Gesucht:Lges

Beispiele:

nlg10LL Iges += [dB]

664lg10604lg1060L ges =⋅+=⋅+= [dB]


Schallschutz


Das Ohr

1. Ohrmuschel2. Äußerer Gehörgang3. Trommelfell4. Hammer5. Amboß6. Steigbügel7. Schnecke8. Hörnerv9. Bogengänge10. Kleines Vorhofsäckchen11. Großes Vorhofsäckchen


Schallschutz


Hörfeld

Hörfeld des Menschen in Abhängigkeit von der Frequenz

Hörschwelle

Sprache

Musik

Hörbereich

Schmerzgrenze


Schallschutz


Normkurven des Lautstärkepegels in Abhängigkeit von der Frequenz

Lautstärke [ phon ]

8


Schallschutz


Schallpegelbewertung

A-Bewertungskurve

Frequenz = 500 HzGemessen: L = 85 dB

Bewertet: L = 85 – 2 = 83 dB(A)


Schallschutz

Unterschied zwischen Schalldämpfung (Schallabsorption) und Schalldämmung


Schallschutz Raumakustische Maßnahmen

Schallabsorption: Schall wird in Wärme umgewandeltSchallabsorptionsgrad: a = 1 - r (r = Reflektionsgrad)



9



Alle schallabsorbierenden Flächen eines Raumes können in einer äquivalenten Schallabsorptionsfläche A mit a = 1 zusammengefasst werden:

A = Σ ai si + Σ Aj + AL

Absorptionsgrad Fläche Personen etc. Luftabsorption

Nachhallzeit T:Zeit nach der der Schallpegel um 60 dB abgesunken ist

nach Sabine:T ≈ 0,163 V / A [s]

V = RaumvolumenA = äquivalente Schallabsorptionsfläche



Optimale Nachhallzeiten





Dämpfung: Betrachtung auf den Raum in dem sich dieSchallquelle befindet ( Raumakustik )

Dämmung: Betrachtung der durch ein Trennteil durch-gelassenen Schall-Leistung ( Bauakustik )

Schalldämm-Maß R [ dB ]= Widerstand eines Bauteils gegen den

darauf auftreffenden Luftschall

τ= 110lgR τ = Transmissionsgrad

10




Schallschutz

Messmethode der Luftschalldämmung

Luft- und Trittschalldämmung

21 LL=D − => Schalldämm-Maß 2A

S10lgDR +=[dB] [dB]


Schallschutz

Flächig zusammengesetzte Bauteile


Wird ein Bauteil, z.B. eine Wand, von einem Fenster und/oder einer Tür durchbrochen, so verschlechtert sich in der Regel seine Schalldämmung

��

��



- Gesamt-Schalldämm-Maß R

∑∑−

⋅⋅−=i

10R

i

ii

g

i

10AA

1lg10R

- Wand und Fenster

−+−=

−

+

1)(10A

A110lgRR 10RR

FW

Fwg

Fw


11



∆L = 4010∆L = 3920∆L = 203050

∆L = 3010∆L = 2020∆L = 112940

∆L = 2010∆L = 1119∆L = 32730

∆L = 119∆L = 317∆L = 02020

10 %1 %0,1 %

Rwres [dB]

Verschlechterung bei Öffnungsanteilen

Rw [dB]

Wandelement



Schallschutz

Bewertete Kenngrößen


Bezugskurve entspricht idealisierte 25cm Ziegelwand


Schallschutz

Bewertete Kenngrößen


Verschieben bis Summe der Unterschreitungen möglichst groß, aber max. 32 dB (Terzbänder)10 dB (Oktavbänder)



Rw bewertetes Schalldämm-Maß [dB] Rw' bewertetes Bauschalldämm-Maß [dB]K Korrekturgröße [dB]K = 2 dB, wenn 50% bis 80% der Gesamtschallenergie direkt durch das Trenn-

bauteil übertragen werden (z.B. schwere einschalige Trennbauteile immassiven Wohnungsbau)!

K = 0 dB, wenn mehr als 80% der Gesamtschallenergie direkt durch das Trenn-bauteil übertragen werden (z.B. Türen geringer Schalldämmung, Fenster)!

K > 2 dB, wenn weniger als 50% der Gesamtschallenergie durch das Trennbauteil direkt übertragen werden (z.B. Leichtbauten, Innenwände, Decken)!

Rw’ = Rw + K [dB]

Bewertetes Bau-Schalldämm-Maß

12


Schallschutz

Trittschalldämmung


•h•o•r•i•z•o•n•t•a•l

•v•e•r•t•i•k•a•l •d•i•a•g•o•n•a•l

•T•r•i•t•t•s•c•h•a•l•l•ü•b•e•r•t•r•a•g•u•n•g


Schallschutz

Messmethode der Trittschalldämmung





Schallschutz

Messmethode der Trittschalldämmung


Ln: Norm-Trittschallpegel

= Maß für die zu erwartende Trittschalldämmung

hoher Wert = niedriger Trittschallschutz

02n A

A10lgLL += [dB]

Äquiv. Absorptionsfl.

Bezugsfl. (10m²)

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Schallschutz

Bewerteter Norm-Trittschallpegel Ln,w


gut hörbargut hörbarhörbarschwach hörbar

gut hörbarhörbarschwach hörbarunhörbar

75655545

MöbelrückenGehenLn,w[dB]

Anwendung wie beim bewerteten Schalldämmmaß


Schallschutz

Trittschallminderung


Die bewertete Trittschallminderung gibt die Differenz ∆Lw

des Trittschallpegels einer genormten Bezugsdecke ohne und mit einer Deckenauflage an

Deckenauflage ∆Lw[dB]Linoleum, PVC-Beläge 5 - 7Linoleum auf KorkschichtPVC-Beläge mit Schaumstoffoder Filzunterlage

13 - 18

Teppichböden 24 - 35Schwimmender Estrich mitUnterschicht aus:Holzfaserplatten 1,2 cm 15Polystrol-Hartschaumplattennormal hart, 1 cmbesonders weich, 1 cm

1826

Kokosfasermatten, 1,3 cm 28Mineralfaserplatten, 1 cmMineralfaserplatten, 1,5 cm

2730



Ziel : hohe Schalldämmung

einschalige Bauteile

große Masseschwere Bauteile

leichte Bauteile

zweischalige Bauteile( Doppelwand)

Lösungsweg


Schallschutz

Akustisch ein- und zweischaligeWandkonstruktionen

a

123

4

einschalige Wändezweischalige Wändebschwere biegesteife Schalenleichte biegesteife Schalenschwere biegesteife Wände mitbiegeweichen Vorsatzschalenbiegeweiche Schalen


14



Einschalige Bauteile




•I •I•I •I•I•I•P•l•a•t•t•e•n•-•s•c•h•w•i•n•g•u•n•g•e•n

•"•M•a•s•s•e•g•e•s•e•t•z•" •K•o•i•n•z•i•d•e•n•z•-•b•e•r•e•i•c•h

•F•r•e•q•u•e•n•z••[•H•z•]•f•n •f•g




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15



Bei Koinzidenz (Spuranpassung)

stimmt die Wellenlänge der mit

der auf die Bauteiloberfläche

projizierten Wellenlänge λo mit

der freien Biegewellen des

Bauteils λB überein

Koinzidenz

fc,gr = 64 1/d (ρ/E)1/2 [Hz]

ρ: Rohdichte des Materials[kg/m³]E: Elastizitätsmodul des Materials [MN/m²]d: Bauteildicke [m]



die Koinzidenzgrenzfrequenz sollte nicht in den Hauptfrequenzbereichenzwischen 100 bis 2000 Hz zu liegen kommen

man kann sie durch Wahl biegeweicher Schalenüber 2000 Hz hinaufschieben; dies hat für die Konstruktion der Bauteile einegroße Bedeutung




100 Hzfc ≤ 200 Hzausreichend biegesteif

3150 Hzfc ≥ 1600 Hzausreichend biegeweich


Schallschutz

Zweischalige Bauteile


Dämmschicht

Vorhandenes Bauteil

Vorsatzschale �%

�()))�(��

*� ��+��

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��$�� '�.$��'��

��$ �/�0!+)

� � /

��

��

��

��

��

16


Schallschutz



zwei biegesteife Schalen biegesteife Schale mitbiegeweicher Vorsatzschale

zwei biegeweiche Schalen

Vorsatzschale vor Massiv-Wänden oder Decken mit Abgehängter Unterdecke

z. B. Haustrennwand z.B. Ständerwände, leichterInnenausbau, Fertigbau usw.


Schallschutz




Schallschutz

Zweischalige BauteileLuft- und Trittschalldämmung



zwei biegeweicheSchalen

biegeweiche Vorsatzschale vorbiegesteifer Wand

Zwischenraum d

m'

d

m'

Lose schallschluckendeEinlage

fR =85m' d

[Hz] fm d

HzR = 60'

[ ]

Dämmschicht mit beiden Schalenvollflächig verbunden ]Hz[

'm's225fR = fR = 160 s'

m'[Hz]

m' flächenbezogene Masse der Vorsatzschale [kg/m2]s' dynamische Steifigkeit des Füllmaterials zwischen Schalen [MN/m3]d Schalenabstand [m]


17


Schallschutz Luft- und TrittschalldämmungZweischalige Bauteile


Schallschutz

Schallnebenwegübertragung


1

4

3

2

Schallenergie wird übertragen zu:- Weg 1 50% - Weg 3+4 25% - Weg 2 25%



Schallbrücke



Schallbrücke

18


Schallschutz

��&�� !��&��


'��(�)*�� +!�� * ��

Schallbrücke


Schallschutz Schutz gegen Straßenlärm

Autobahn L0 = 40 dB(A)

Stadtverkehr L0 = 32 dB(A)





19


Schallschutz Installationsgeräusche


Schallschutz

Normen und Richtlinien


1. DIN 4109: Schallschutz im HochbauAnforderungen und Nachweise, Ausgabe November 1989

Beiblatt 1:• Ausführungsbeispiele, die die Anforderungen bereits erfüllen.• Rechenverfahren für den Nachweis der Luft- und Trittschalldämmung.

Beiblatt 2:• Hinweise für Planung und Ausführung• Vorschläge für einen erhöhten Schallschutz• Empfehlungen für den Schallschutz im eigenen Wohn- oder Arbeitsbereich

2. VDI 4100: Schallschutz von Wohnungen, Kriterien für Planung und Beurteilung; Ausgabe September 1994


Schallschutz

- DIN 4109: Geltungsbereich


A) Die Norm gilt zum Schutz von Aufenthaltsräumen:• gegen Geräusche aus fremden Räumen, Z. B. Sprache, Musik, Gehen usw;• gegen Geräusche aus haustechnischen Anlagen und aus Betreiben im selbeGebäude oder in baulich damit verbundenen Gebäuden;• gegen Außenlärm

Verkehrslärm, Lärm aus Gewerbe- und Industriebetrieben, die baulich mit den Aufenthaltsräumen im Regelfall nicht verbunden sind.

B) Die Norm gilt nicht zum Schutz von Aufenthaltsräumen:• gegen Geräusche aus haustechnischen Anlagen im eigenen Wohnbereich;• in denen infolge ihrer Nutzung ständig oder nahezu ständig stärkere Geräusche des Schallpegels LAF= 40 dB(A) vorhanden sind.

• gegen Fluglärm, soweit er im "Gesetz zum Schutz gegen Fluglärm"geregelt ist.


Schallschutz

- DIN 4109: Anwendungsbereich und Zweck


20


Schallschutz

- DIN 4109: Anforderungen


Schallschutz gegenüber einem fremden Wohn- undArbeitsbereich

Mindestanforderungen Vorschläge für erhöhten Schallschutz

Norm 1962 Norm 1989 Norm 1962 Norm 1989, Beiblatt 2Gebäude Bauteil

R’w

dB

TSM

dB1)

erf.

R’w

dB

erf.

TSM

dB

R’w

dB

TSM

dB1)

erf.

R’w

dB

erf.

TSM

dB

Geschoß-häuser

Trenndecken

Trennwände

Treppen

Türen2)

52

52

keine

0

-

keine

-

54

53

-

27

10

-

5

-

>55

>55

-

keine

>10

-

keine

-

>55

>55

-

>37

>17

-

>17

Einfamilien-,Reihen- undDoppelhäuser

Decken

Haustrennwände

Treppen

-

55

-

o

-

keine

-

57

-

15

-

10

-

>55

-

>10

-

keine

-

>67

-

>25

-

>17

Ln,w = 63 dB - TSM


Schallschutz

- VDI 4100: Schallschutz von Wohnungen


Es werden zwei Fälle unterschieden:

Öffentlich-rechtliche AnforderungenSchutz vor unzumutbaren Belästigungen und Gesundheitsgefahren, geregelt durch Bauordnungen der Länder, gemäß DIN 4109

Zivilrechtliche Ansprüche"Ansprüche, die Benutzer von Aufenthaltsräumen zum eigenen Schutz gegenüber von Geräuschen der Nachbarschaft und zur Wahrung derVertraulichkeit vom eigenen Bereich gegenüber benachbarten Räumen stellen. Hierfür stellt VDI 4100 allgemeine Kriterien für die Planung und Beurteilung auf.


Schallschutz



Schallschutzstufen

Qualitätsbegriff für baulicheBewertung

Schallschutzstufe

einfacher Standard SSt I

üblicher Standard SSt II

gehobener Standard SSt III

luxuriöser Standard nicht festgelegt


Schallschutz



SchallschutzstufeArt der Geräusch-emission

SSt I SSt II SSt III

Laute Sprache verstehbar im allg. nichtverstehbar

im allg. nichtverstehbar

Sprache mitangehobenerSprechweise

im allg. verstehbar im allg. nichtverstehbar

nicht verstehbar

Sprache mitnormalerSprechweise

im allg. nichtverstehbar

nicht verstehbar nicht hörbar

Gehgeräusche im allg. störend im allg. nicht mehrstörend

nicht störend

Geräusche aushaustechnischenAnlagen

unzumutbareBelästigungenwerden im allg.vermieden

gelegentlich störend nicht oder nur seltenstörend

Hausmusik, lauteingestellteRundfunk- undFernsehgeräte,Parties

deutlich hörbar im allg. hörbar

Wahrnehmung üblicher Geräusche aus Nachbarwohnungen und Zuordnungzu drei Schallschutzstufen. Abendlicher Grundgeräuschpegel von 20 dB(A) und üblich große Aufenthaltsräume vorausgesetzt

Fraunhofer-Institut für Bauphysik, Holzkirchen Tel.: 08024...

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