Raumakustik

Was?

Schall entsteht durch schnelle Druckschwankungen in einem Übertragungsmedium, meist Luft. Schall ist stehts verbunden mit einer Frequenz beziehungsweise mit einem Frequenzspektrum. Das menschliche Ohr kann Schall in einem Frequenzbereich zwischen 16Hz und 20kHz hören. Schall mit einer Frequenz unterhalb der menschlichen Hörschwelle von 16Hz wird als Infraschall bezeichnet, Schall oberhalb des menschlichen Hörfrequenzbereichs (>20kHz) wird als Ultraschall bezeichnet. Die Raumakustik fokussiert sich in der Regel auf den Frequenzbereich zwischen 100Hz und 5000Hz. Dieser Frequenzbereich wird in Oktaven unterteilt, bei welcher die Frequenz des tieferen zu der des höheren Tons jeweils einer Verdoppelung der vorhergehenden Frequenz entspricht. Jede Oktave lässt sich jeweils in drei Terzen unterteilen, wobei die akustische Analyse jeweils bei den Oktav- bzw. Terzmittenfrequenzen erfolgt.

Zur Beurteilung der raumakustischen Qualität eines Raumes ist die Nachhallzeit T das wichtigste Kriterium. Sie ist direkt abhängig von der Raumgröße, der -geometrie, den akustischen Eigenschaften der Oberflächen im Raum sowie den Möbeln. Die Nachhallzeit beeinflusst wesentlich, wie der Raum akustisch wahrgenommen wird und hat großen Einfluss auf die meisten sonstigen raumakustischen Kenngrößen. Die optimale Nachhallzeit richtet sich nach der Art der Raumnutzung und der jeweiligen Erwartungshaltung. Für musikalische Vorstellungen wird eine längere Nachhallzeit angestrebt, während beispielsweise für Besprechungen mit mehreren Sprechern eine niedrigere Nachhallzeit empfohlen wird (siehe Abschnitt „Nutzungsabhängige Raumakustik“)

Warum?

Die Aufenthaltsqualität (Akustischer Komfort) eines Raums hängt wesentlich davon ab, ob die Raumakustik an die vorgesehene Nutzungsart angepasst ist. Für musikalische Darbietungen wird allgemein eine längere Nachhallzeit angestrebt. Der Höreindruck soll nicht allein vom Direktschall dominiert werden, sondern ebenfalls deutlich von reflektiertem Schall mitbestimmt werden, welcher verspätet beim Zuhörer ankommt. Die Töne klingen länger nach, geringe Tonabweichungen zwischen den Musikern fallen weniger auf, und der Klang dringt tiefer in den Raum. Dadurch unterstützt der Raum den Klang der Musik und erlaubt es auch weniger durchsetzungsstarken Instrumenten wie beispielsweise Geigen, dass diese gut hörbar sind.

Um einen Raum für Besprechungen oder Ähnliches zu optimieren wird eine geringere Nachhallzeit angestrebt. Indem der Nachhall reduziert wird, erhöht sich die Silbenverständlichkeit und damit auch die Sprachverständlichkeit. Die geringere Nachhallzeit sorgt ebenfalls für ein tendenziell niedrigeres Hintergrundgeräusch, was sich ebenfalls positiv auf die Sprachverständlichkeit auswirkt.

Wie?

Planung einer nutzungsabhängigen Raumakustik

Die Aufenthaltsqualität eines Raums hängt wesentlich davon ab, ob die Raumakustik an die vorgesehene Nutzungsart angepasst ist. Für musikalische Darbietungen wird allgemein eine längere Nachhallzeit angestrebt. Der Höreindruck soll nicht allein vom Direktschall dominiert werden, sondern ebenfalls deutlich von reflektiertem Schall mitbestimmt werden, welcher verspätet beim Zuhörer ankommt. Die Töne klingen länger nach, geringe Tonabweichungen zwischen den Musikern fallen weniger auf, und der Klang dringt tiefer in den Raum. Dadurch unterstützt der Raum den Klang der Musik und erlaubt es auch weniger durchsetzungsstarken Instrumenten wie beispielsweise Geigen, dass diese gut hörbar sind. 

Um einen Raum für Besprechungen oder Ähnliches zu optimieren wird eine geringere Nachhallzeit angestrebt. Indem der Nachhall reduziert wird, erhöht sich die Silbenverständlichkeit und damit auch die Sprachverständlichkeit. Die geringere Nachhallzeit sorgt ebenfalls für ein tendenziell niedrigeres Hintergrundgeräusch, was sich ebenfalls positiv auf die Sprachverständlichkeit auswirkt. Um auch hörgeschädigten Personen die Teilnahme an Kommunikation zu ermöglichen, muss die Nachhallzeit nochmals weiter reduziert werden.

Die deutsche Norm DIN 18041:2016-03 ist allgemein anerkannt und wird aufgrund fehlender nationaler Norm in Luxemburg regelmäßig als Planungsgrundlage definiert. Die Norm kann für Räume mit geringem und mittlerem Volumen bis 5000 m³ verwendet werden und unterscheidet prinzipiell zwischen zwei Anwendungen, die der Hörbarkeit über

• mittlere und große Entfernungen (z.B. Konferenzräume, Klassenräume, Seminarräume, Sporthallen, Schwimmbäder) 
• über geringe Entfernung (z.B. Restaurants, Büros, Umkleiden, Ausstellungsräume).

Um einen Raum für eine gute Hörsamkeit über mittlere und hohe Entfernungen zu optimieren, muss die Nachhallzeit an die jeweilige Nutzung angepasst werden und schallabsorbierende und schallreflektierende Flächen entsprechend so angeordnet werden, dass möglichst viel Direktschallschall und Anfangsreflexionen zum Zuhörer gelenkt werden. Zusätzlich darf der Höreindruck nicht von längerem störendem Nachhall, langverzögerten Reflexionen oder Störgeräuschen gestört werden. Für Räume dieser Art empfiehlt die DIN, die Anwesenheit von Personen im Raum mit zu berücksichtigen. Besonders bei großen Räumen wie Gemeindesälen hat die Anzahl an anwesenden Personen oftmals einen großen Einfluss auf die Raumakustik.

Die DIN 18041:2016-03 gibt für Räume mit Fokus auf guter Verständlichkeit auch über größere Entfernungen eine Nachhallzeit vor, abhängig vom jeweiligen Raumvolumen. Für jede Nutzungsart definiert die Norm einen linearen Zusammenhang zwischen Raumvolumen und empfohlener Nachhallzeit. Um normkonform zu sein, muss die geforderte Nachhallzeit zwischen 125Hz und 4000Hz in einem vorgegebenen Toleranzbereich erreicht werden.

T/T _soll  entspricht frequenzabhängige Nachhallzeit T bezogen auf die Soll-Nachhallzeit T_{soll ,} während die Frequenz in Hertz dargestellt ist.

Toleranzbereich der Nachhallzeit T in Abhängigkeit von der Frequenz für die Nutzungsarten A1 (Musikalische Darbietung) bis A4 (Unterricht/Kommunikation inklusiv) nach DIN 18041:2016-03

Für eine gute Sprachverständlichkeit über weite Distanzen ist die Positionierung schallabsorbierender und schallreflektierenden Flächen von großer Bedeutung.

In Räume zum kurzen oder längerfristigen Verweilen möchte man die Hörsamkeit über kurze Distanzen optimieren und allgemein den Lärmpegel reduzieren. Dazu zählen beispielsweise Eingangshallen und Verkehrsflächen, Ausstellungsräume, Restaurants oder auch Büroräume. Für diese Art von Räumlichkeiten macht die DIN 18 041 keine direkte Vorgabe bezüglich der Nachhallzeit, sondern empfiehlt ein Verhältnis von Schallabsorptionsfläche zu Raumvolumen. Die schallabsorbierenden Materialien reduzieren die Nachhallzeit und reduzieren auch den Lärmpegel im Raum. Besonders in Restaurants oder ähnlichen Orten, in denen viele Gespräche parallel geführt werden, ist dies besonders wichtig, damit der Lärmpegel im Raum nicht unkontrolliert ansteigt.

Die schallabsorbierenden Materialien müssen möglichst gleichmäßig im Raum verteilt werden, um zu vermeiden, dass sich die akustischen Gegebenheiten im Raum lokal deutlich voneinander unterscheiden. In vielen Situationen ist es von Vorteil, die schallabsorbierende Fläche an der Decke vorzusehen.

Vermeidung von Flatterechos

Flatterechos sind Echos, die in der Regel nur an manchen Stellen im Raum hörbar sind, dort jedoch als extrem störend wahrgenommen werden. Diese Echoerscheinung gilt es zu vermeiden, um einen hohen akustischen Komfort zu gewährleisten.

Am häufigsten treten Flatterechos zwischen parallelen, schallreflektierenden Flächen auf. Dies ist besonders oft der Fall zwischen parallelen Wänden, wenn die Decke vollflächig schallabsorbierend ausgebildet wurde, da die Nachhallzeit reduziert ist und die Mehrfachreflexionen zwischen den Wänden trotzdem deutlich länger nachhallen. Flatterechos können vermieden werden, indem die Parallelität der Wände aufgebrochen wird, beispielsweise durch offene Regale und Möbel, oder durch eine teilweise schallabsorbierende Verkleidung einer der beiden Wände. 

Bei der Ausbildung von Dachkuppeln oder runden Wänden ist besondere Vorsicht geboten. Von dort reflektierter Schall wird an spezifischen Punkten gebündelt, wodurch dort sehr starke, störende Echos entstehen. Für Personen nahe des Bündelungspunktes ist eine Unterhaltung unmöglich, da die Echos in diesem speziellen Punkt eine sehr hohe Schallenergie aufweisen. Falls sich der Bündelungspunkt jedoch in ausreichender Höhe über den Personen befindet, ist dies in der Regel unkritisch.

Spezielle Anforderungen an die Raumakustik und Vertraulichkeit in Großraum Büros

Lärmeinwirkung im Büro

An Büroarbeitsplätzen wird Lärm häufig als der schwerwiegendste Störfaktor empfunden. Eines der wesentlichen Ziele bei der Gestaltung von Büros ist daher die Reduzierung des Hintergrundgeräusches auf ein angemessenes Maß. Der zweite wesentliche Störfaktor ist verständliche Sprache in nicht kommunikativen Bereichen.

In Büroräumen mit Einzelbüros bzw. Büroräumen für zwei oder drei Mitarbeiter wird das Raumkonzept an sich bereits eine gute Privatsphäre gewährleistet. Gespräche oder Telefonate werden nur von den direkten Sitznachbarn verstanden. Die akustische Behaglichkeit solcher Büroräume hängt von der Nachhallzeit im Raum, dem Schalldämm-Wert der Wände und Tür sowie dem Störschalldruckpegel bauseitiger Geräusche ab.

In Großraumbüros arbeiten oftmals 10 oder mehr Personen in einem großen Raum. Lärmentwicklung durch Gespräche, Telefonate und andere Arbeitsvorgänge sind nicht zu vermeiden. Neben dem Bedürfnis nach einem angepassten Lärmpegel am Arbeitsplatz ist auch eine möglichst hohe Vertraulichkeit von Gesprächen und Telefonaten wichtig für eine hohen akustischen Komfort am Arbeitsplatz. Eine erhöhte Vertraulichkeit ermöglicht auch ein konzentrierteres Arbeiten, da Geräusche mit Informationsgehalt für eine deutlich höhere Ablenkung sorgen. Werden einzelne Silben nicht mehr verstanden, fällt das Konzentrieren bei gleichem oder leicht erhöhtem Lärmpegel deutlich leichter.

Akustische Behaglichkeit als Grundlage für Motivation und Leistungsfähigkeit

Die psychische Verfassung und kognitive Leistungsfähigkeit kann bereits ab einem Schallpegel oberhalb von 30 dB beeinträchtigt werden. Ob und wie stark Menschen von Schall belästigt werden, hängt jedoch nicht nur vom Pegel des Geräuschs ab, sondern auch von Faktoren wie Rhythmus (Telefonklingeln), Informationsgehalt (Sprache) und Tonalität (Hoch- oder Tieffrequentes Geräusch). Besonders das Merken von Text-, Zahlen- oder Buchstabenreihen wird von Sprache oder Musik stark gestört, da das Gehirn diesen Geräuschen Zugang zum kognitiven System gewährt. [Quelle: VDI 2569:2019]

Eine hohe akustische Behaglichkeit in Großraumbüros wird in der Regel dann empfunden, wenn ein konstantes, nicht zu lautes Hintergrundgeräusch entstehende Geräusche maskiert und Gesprochenes schon in einem möglichst geringen Abstand zum Sprecher nicht mehr verständlich ist.

 Handlungsempfehlung zur akustischen Optimierung von Mehrpersonenbüros

Die raumakustische Optimierung von Mehrpersonenbüros ist auch für erfahrene Akustiker eine Herausforderung. Optimale akustische Bedingungen lassen sich nur dann schaffen, wenn das architektonische Konzept auf die akustischen Vorgaben abgestimmt wurde. Daher werden in diesem Abschnitt entsprechende Handlungsempfehlungen gegeben, um die Grundvoraussetzung für gute akustische Bedingungen zu schaffen.

• Raumaufteilung
  Bereits bei der Projektkonzipierung können viele akustische Probleme durch geschickte Raumaufteilung vermieden werden. Nutzzonen und Verkehrsflächen mit erhöhter Geräuschentwicklung sollten abgeschirmt von Arbeitsflächen angeordnet werden. Dies gilt beispielsweise für häufig benutzte Durchgangsflure, WCs oder Drucker- und Kopierer-Zonen. Empfangsbereiche und Pausenbereiche sollten im Idealfall nicht in direkter Nähe zu Arbeitsbereichen vorgesehen werden. Indem gezielt Bereiche mit geringerem Lärmaufkommen gebündelt werden, kann einer Lärmbelästigung vorgegriffen werden.
• Schirmungsmaßnahmen
  Auch bei einem offenem Raumkonzept wird dazu geraten, einzelne Arbeitsbereiche für beispielsweise vier bis sechs Personen durch Raumteiler abzugrenzen. Es sollte darauf geachtet werden, Mitarbeiter derselben Arbeitsgruppe in diesen Bereichen zusammenzufassen, um die Kommunikation unter den Mitarbeitern zu erleichtern, falls dies gewünscht ist. Die Raumteiler sollten mindestens 2m hoch oder besser raumhoch sein. Die Raumteiler sind entsprechend so anzuordnen, dass sie den Direktschall von benachbarten Arbeitsgruppen fernhalten.
  Im Idealfall besteht der Raumteiler aus einer schalldichten Konstruktion, ähnlich einer Trennwand, und kann dann nach Bedarf schallabsorbierend verkleidet werden. Vielfach verwendet, jedoch weniger effektiv, sind leichte, einfache Raumteiler aus einem schallabsorbierenden Material. Bei häufiger Verwendung solcher Stellwände muss darauf geachtet werden, dass diese Elemente im Raumakustik-Konzept bereits berücksichtigt wurden, sodass die Nachhallzeit nicht ungewollte zu stark reduziert wird.
• Raumakustik
  Die richtigen raumakustischen Bedingungen für ein Mehrpersonenbüro können nicht pauschal vorgegeben werden, sondern müssen je nach Raumkonzept individuell entwickelt werden. Das liegt unter anderem daran, dass eine reduzierte Nachhallzeit in der Regel eine bessere Sprachverständlichkeit zur Folge hat. Gerade in Mehrpersonenbüros möchte man jedoch möglichst vermeiden, dass Gespräche an benachbarten Arbeitsplätzen klar und deutlich verstanden werden. Trotzdem ist es in der Regel ist es sinnvoll, die Nachhallzeit durch entsprechende Maßnahmen zu reduzieren und direkte Reflexionspfade zu benachbarten Arbeitsplätzen durch die Anordnung schallabsorbierender Materialien zu unterbrechen. Oftmals sind schallabsorbierende Materialien an der Decke sinnvoll, um den direkten Reflexionspfad hin zu benachbarten Arbeitsplätzen zu unterbrechen. Generell sollte darauf geachtet werden, schallabsorbierende Materialien möglichst nah an Lärmquellen oder Sprechern vorzusehen, um den Schall möglichst schnell zu absorbieren und so die Schallausbreitung zu verhindern. Besonders wenn umfangreiche akustischen Maßnahmen vorgesehen sind, gilt es zu prüfen, dass die Nachhallzeit am Ende nicht zu tief ist.

Die folgende Darstellung zeigt ein exemplarisches Konzept mit schallabsorbierenden Trennelementen zwischen den Arbeitsplätzen und schallabsorbierenden Deckensegeln. Hohe massive Trennelemente separieren die einzelnen Sitzgruppen voneinander optisch und akustisch.

Die schallabsorbierenden Trennelemente auf den Tischen können beispielsweise aus nachhaltigem Filz

Klassifizierung von Mehrpersonenbüros mit raumakustischen Kenngrößen

Zur Klassifizierung der raumakustischen Bedingungen in Mehrpersonenbüros schlägt die VDI 2569:2019 folgende Kenngrößen vor:

• Nachhallzeit T [s]
• Störschalldruckpegel bauseitiger Geräusche L_NA,Bau [dB]
• A-bewerteter Schalldruckpegel der Sprache in einem Abstand von 4 m zum Sprecher L_P,A,S,4m [dB] 
• Räumliche Abklingrate der Sprache D_2,s [dB]
• Ablenkungsabstand r_D [m] und Sprachverständlichkeit STI [-]

HINWEIS: Bei der Optimierung der einzelnen raumakustischen Kenngrößen muss stets die akustische Behaglichkeit und Konzentrationsfähigkeit berücksichtigt werden. Aktuelle Untersuchungen zeigen, dass das subjektive Empfinden der Nutzer sich nur bedingt durch diese Kenngrößen ausdrücken lässt. Es wird daher dringend dazu geraten, bei der akustischen Optimierung eines Mehrpersonenbüros einen Fachplaner für Akustik zu konsultieren.

Für die Nachhallzeit in großen Mehrpersonenbüros ist eine wichtige raumakustische Kenngröße und muss an das jeweilige Raumkonzept angepasst werden. Normen wie die VDI:2569:2019 bewerten eine stärker reduzierte Nachhallzeit unter Vorbehalt als günstig. Schallabsorbierende Materialien sorgen an den richtigen Stellen dafür, dass Reflexionspfade zu benachbarten Arbeitsplätzen unterbrochen werden. Eine Nachhallzeit von T = 0,40s sollte jedoch nicht unterschritten werden. Es gilt zu berücksichtigen, dass eine reduzierte Nachhallzeit in der Regel eine erhöhte Sprachverständlichkeit zur Folge hat. Eine reduzierte Nachhallzeit kann deshalb zur Folge haben, dass Telefonate oder Gespräche von Kollegen besser verstanden werden und die Mitarbeiter sich von diesen stärker gestört fühlen. Außerdem sorgt eine reduzierte Nachhallzeit für einen allgemein reduzierten Geräuschpegel, welcher zunächst als positiv zu werten ist, jedoch wird Sprache dadurch weniger gut durch das Hintergrundgeräusch maskiert.

Für erhöhten Komfort muss der Störschalldruckpegel bauseitiger Geräusche begrenzt werden. Bauseitige Geräusche umfasst Lärm von Heizung, Lüftung, Sanitär und sonstigen haustechnischen Anlagen. Obwohl diese Geräusche potentielle Störquellen sind, gilt es zu berücksichtigen, dass das allgemeine Hintergrundgeräusch in Mehrpersonenbüros durchaus auch einen positiven Effekt hat, indem es dazu beiträgt Gespräche zu maskieren. In Mehrpersonenbüros kann es daher ratsam sein, gleichmäßige Geräusch, wie beispielsweise von Lüftungsanlagen, zuzulassen.

Um die Schallausbreitung in einem Mehrpersonenbüro zu charakterisieren werden vor Allem die drei Kenngrößen verwendet, die räumliche Abklingrate D_2,S,der Schalldruckpegel L_P,A,S,4m und der Ablenkungsabstand r_D [m].

Die räumliche Abklingrate D_2,S von normaler Sprache je Abstandsverdoppelung. Der A-bewerteter Schalldruckpegel L_P,A,S,4m [dB] beschreibt den Schallpegel, welcher in einem Abstand von 4m von einem Sprechers gemessen wird, der mit normaler Stimme spricht. Der Ablenkungsabstand r_D [m] beschreibt die Distanz zu einem Sprecher mit normaler Lautstärke, ab dem der STI einen Wert von 0,50 unterschreitet und somit die Silbenverständlichkeit schlechter ist. In der Praxis kommt dieser Kennwert aktuell selten zur Anwendung. Dies liegt unter anderem daran, dass er indirekt mit den zuvor aufgeführten Faktoren zusammenhängt, da die Sprachverständlichkeit (STI) direkt vom Hintergrundgeräusch, der Nachhallzeit und der Raumgeometrie bzw. Anordnung der schallabsorbierenden Materialien abhängig ist.

Raumakustik in Besprechungsräumen und Räumen für Lehrtätigkeit

Besprechungsräume haben die Aufgabe, Konversationen zwischen einer Vielzahl von Personen zu ermöglichen. Der wesentliche Nutzen dieser Räume ist der sprachliche Austausch, weshalb eine angepasste Raumakustik in diesen Räumen besonders wichtig ist. Gleiches gilt für Seminar- und Klassenräume für Lehrtätigkeit.

Um eine möglichst hohe Sprachverständlichkeit zu erreichen, muss die Nachhallzeit in entsprechendem Maße reduziert werden. Aufgrund der oftmals kargen Einrichtung solcher Räume werden dazu in der Regel spezielle schallabsorbierende Materialien benötigt. In kleineren Besprechungsräumen sollten diese möglichst gleichmäßig im Raum verteilt sein. Um Flatterechos zu vermeiden, sollte stets eine von zwei parallelen Wänden teilweise schallabsorbierend verkleidet werden (akustischer Komfort).

In größeren Besprechungsräumen ist es sinnvoll, die Hörbarkeit über weitere Distanz durch gezielte Reflexionen zu unterstützen. Dies kann beispielsweise umgesetzt werden, indem zumindest ein Teil der Decke im Zentrum des Raumes schallreflektierend ausgebildet wird. Der Direktschall wird in diesem Fall von einer starken Reflexion an der Decke unterstützt, sodass mehr Schallenergie zum Empfänger gelangt. Besonders in größeren Klassen- oder Seminarräumen wird dies empfohlen, um gute Verständlichkeit auch über weitere Entfernung zu ermöglichen. Schallabsorbierende Materialien sollten in diesem Fall nicht direkt im Bereich des Sprechers, sondern eher an der Rückwand angeordnet werden, damit weniger Schallenergie zum Sprecher zurückgeworfen wird.

Raumakustik in Restaurants und Räumen mit Beschallungsanlagen

Bei einer Unterhaltung passt ein Sprecher seine Lautstärke und Tonhöhe intuitiv an das Hintergrundgeräusch an. Dieses Verhalten wird als „Lombard-Effekt“ bezeichnet. Mit steigendem Hintergrundgeräusch erhöht er ebenfalls seine Lautstärke und spricht mit höherer Stimme, da hohe Frequenzen sich tendenziell besser gegen Lärm durchsetzen. 

Kommt eine Vielzahl von Personen nun in einem Aufenthaltsraum oder Restaurant zusammen, erhöht sich der Lärmpegel im Raum durch die vielen Sprechenden unkontrolliert. Da sich die Personen gegenseitig nun schlechter verstehen, erheben sie jeweils die Stimme, um sich Gehör zu verschaffen. Dadurch erhöht sich der Lärmpegel im Raum weiter, weshalb immer mehr Menschen im Raum ebenfalls ihre Stimme erheben, bis man sich am Ende nur noch schreiend unterhalten kann. Dieser Lautheitsspirale muss durch eine angepasste Raumakustik entgegengewirkt werden. Jeder Raum hat sozusagen auch eine akustische Kapazität welche durch die Verwendung schallabsorbierender Produkte erhöht werden kann.

Im Gegensatz zu Sprache wirkt über eine Beschallungsanlage eingespielt Musik in einem breiteren Frequenzspektrum als die menschliche Stimme. Je nach Beschallungsanlage wird deutlich mehr Schall in den tiefen Frequenzbereichen unterhalb 250Hz erzeugt. In diesem Fall ist es besonders wichtig, breitbandige schallabsorbierende Materialien zu verwenden, um die Nachhallzeit auch im tieffrequenten Bereich zu kontrollieren. In der Regel wird dazu ein möglichst großer Hohlraum hinter dem akustisch wirksamen Material, wie beispielsweise einer schallabsorbierenden Abhangdecke, berücksichtigt werden.