|
 |
Eine
kurze Einführung in die Raumakustik
Die Raumakustik behandelt die Effekte der Schallausbreitung in einem
Raum (die Bauakustik dagegen die Luft- und Körperschallausbreitung
bzw. -Dämmung zwischen Räumen.) Ihr Ziel ist die Optimierung
der Hörverhältnisse, vor allem des Raumeindrucks, der Klarheit,
der Sprachverständlichkeit, der Ausgewogenheit von Klangfarbe und
Lautstärke, oft einfach „Akustik“ genannt.
 Man
unterscheidet die wellentheoretische (das ist die eigentliche exakte)
und die geometrisch-statistische Raumakustik, die praktisch fast ausschließlich
angewandt wird. Ihre (bei großen Räumen praktisch fast immer
gegebene) Voraussetzung ist, dass typische Raumabmessungen groß
gegen die mittlere Wellenlänge sind, und dass daher (wie in nebenstehendem
und den folgenden Bildern anschaulich gezeigt) Schall-Strahlen oder –Teilchen
statt Wellen betrachtet werden können, die von punktförmigen
Quellen ausgesandt, an den Wänden des Raumes reflektiert werden und
deren Energien sich am Empfangspunkt addieren.
Physikalische Zielgrößen (gemessen oder berechnet) sind die
orts- und zeitabhängigen Schallenergien in einem Raum. An einem Hörerort
kommen so neben dem (zuerst ankommenden) Direktschall - mit unterschiedlichen
Umwegen und damit Zeitverzögerungen - zahlreiche Reflexionen mit
unterschiedlichen Schallenergien an. Deren Darstellung über der Zeit
nennt man das Echogramm (s. Bild oben). Im statistischen Mittel
klingen diese unendlich vielen Reflexionen exponentiell ab. Diesen Haupteffekt
nennt man Nachhall, die charakterische Zeit (Abklingen um 60dB
bzw. auf ein Millionstel der Anfangsenergie) nennt man die Nachhallzeit.
(„Echos“ sind dabei strenggenommen nur die heraushörbaren,
starken Reflexionen – die zu vermeiden sind. )
Was ist "gute Akustik"
?
Nach übereinstimmenden Ergebnissen psychoakustischer Forschung können
die (nur scheinbar so subjektiven) Höreindrücke ("die Akustik")
praktisch durch einige wenige raumakustische Parameter objektiv beschrieben
werden, die fast alle aus Energieverhältnissen in den Echogrammen
berechnet werden können:
- zuerst die Nachhallzeit (ausgewertet aus dem exponentiellen
Abklingen)
- daneben die "Deutlichkeit" oder damit zusammenhängend,
die "Sprachverständlichkeit", oder (bei Musik) die "Klarheit"
(definiert als die Relativanteile der Schallenergie die bis zu 50 bzw.
80 ms Zeitverzögerung beim Hörer eintreffen),
- das "Raumeindrucksmaß", das das besonders bei Musikdarbietungen
wichtige "Umhülltseinsgefüh" beschreibt, damit
zusammenhängend der "Seitenschallgrad" (das ist
der Relativanteil nach gewisser Bewertung seitlich eintreffender das
Schallenergie) und
- die "Klangfarbe" (d.h. die Verteilung der Schallenergie
auf verschiedene Frequenzbänder.)
 Soll-Nachhall-Zeiten
Diese Parameter, klar definiert als bestimmte Energieverhältnisse
der Raumimpulsantwort, lassen sich mit verschiedenen Simulationsmethoden
vorausberechnen. Für sie alle gibt es gewisse Sollwertebereiche,
die hauptsächlich von der Nutzung des Auditoriums abhängen,
vor allem, ob Sprach- oder Musiknutzung. So gilt etwa als Faustregel für
den wichtigsten Parameter, die Nachhallzeit (für mittlere Frequenzen):
- 1 Sekunde für Sprache,
- 2 Sekunden für Musik.
s. Grafik "Sollnachhallzeiten". Näheres sowie weitere
Parameter s. Literatur zu Vorlesungen (Fasold) und Veröffentlngn.
& Referenzen (Nr.35)
Die Berechnung der Nachhallzeit
ist - angesichts des eigentlich höchst komplizierten
Schallfeldes - erstaunlich einfach, allerdings nur unter einer weiteren
Annahme: der des "diffusen Schallfeldes". Damit ist gemeint:
An allen Orten im Raum kommt Schall aus jeder Richtung mit gleicher Intensität
bzw. Wahrscheinlichkeit an, ein Idealfall, der theoretisch nie, praktisch
aber oft weitgehend erreicht wird. Günstige Voraussetzung dafür
ist vor allem, dass die Raumoberfläche überall "rau",
d.h. reliefartig substrukturiert ist, damit den Schall optimal streut.
Die Nachhallzeit T lässt sich dann (wie statistisch herleitbar ist)
mit der berühmten
Sabine´schen Formel T=0.161 V /A (V
in m³, A in m², T in s )
berechnen. Sie ist demnach proportional dem Raumvolumen V und umgekehrt
proportional der äquivalenten Absorptionsfläche A. Jene ist
die Summe aus den Produkten Fläche mal Absorptionsgrad (100m²
zu 50% absorbierende Fläche zählen z.B. als 50m² äquivalente
Absorptionsfläche). Da die Absorptionsgrade verschiedener Arten von
Raumoberflächen (z.B. glatte oder perforierte Platten, mit oder ohne
Luftraum dahinter, poröse Flächen wie Putz, Vorhänge, Polstersitze,
Publikum…) frequenzabhängig sind, ist auch die Nachhallzeit
frequenzabhängig. Eine Optimierung der Nachhallzeiten erfolgt also
durch Optimierung der Absorptionsflächen für alle Frequenzen
(s. Methodik raumakustischer
Optimierung) . Sie ist Voraussetzung für jede Optimierung
der weiteren raumakustischen Parameter. In einfachen Fällen geht
das “zu Fuß”, d.h. ungefähr, nach Erfahrungsregeln.
Im Allgemeinen kann diese Feinarbeit jedoch nur durch eine raumakustische
Simulation erfolgen.
Literatur
Taschenbuch Akustik, Hrsg. Fasold, W.;et.al.; VEB Verlag Technik
Berlin, 1984 (immer noch sehr gutes Nachschlagwerk)
Fasold, W.; Veres, E.; Schallschutz und Raumakustik in der Praxis
Verlag für Bauwesen, Berlin, 1998
Praxisorientiertes Nachschlagwerk über Formeln, Methoden, Daten
in Bau- und Raumakustik, aktualisiert auf der Grundlage des berühmten
Buches von Fasold et al. „Bau- und Raumakustik“, Berlin 1987,
besonders ausführliche Angaben zur Raumakustik, zu raumakustischen
Zielgrössen, Projektierungsmethoden Modellmesstechnik und zum Design
berühmter ostdeutscher Auditorien sowie neuere Säle (z.B. ehemaliger
Plenarsaal des Deutschen Bundestages in Bonn)
Cremer,L; Müller,H.A.; Die wissenschaftlichen Grundlagen der Raumakustik,
Bd. 1: Geometrische, statistische und pychologische Raumakustik; Hirzel-Verlag,
Stuttgart, 2.Aufl. 1978
Umfassendes, immer noch weitgehend aktuelles Buch, sowohl theoretisch
als auch praktisch, z.T. anspruchsvoll, jedoch weitgehend allgemeinverständlich,
kein Nachschlagwerk zu Absorbern oder existierenden Räumen
Kuttruff, H.; Roomacoustics; Elsevier Science Publishers, Barking,
4. Auflage, 2001; Grundlagen der Raumakustik, insbesondere
Nachhalltheorien, anspruchsvoll -wissenschaftlich, überwiegend theoretisch,
auch zur Messtechnik, Simulationstechnik und Elektroakustik
Beranek: Concert &Opera halls- how they sound; published for the
Acoustical Society of America through the American Institute of Physics,
1996
Eine "Goldmine" der Information über architektonisches
Design und raumakustische Eigenschaften von 76 Konzert- und Opernhäusern
aus 22 Ländern der Welt, darunter 21 amerikanischen, 9 deutschen;
dabei gleichartige Beschreibung, gleiche Masstäbe der Abbildungen;
im knappen wissenschaftlichen Teil Beschreibung auch neuerer raumakustischer
Zielgrössen, Ergebnisse von Interviews mit Musikern und Musikkritikern,
Gesamtbewertung und Rangfolge
Barron, Michael; Auditorium Acoustics and Architectural Design;
published by E&FN Spon, an imprint of Chapman&Hall, London,1993
Eine systematische Darstellung zahlreicher internationaler Auditorien,
mit Schwerpunkt auf britischen; fast allgemeinverständlich, unter
weitestgehendem Verzicht auf mathematische Beschreibung; hervorragender
allgemeiner Teil zu den Grundlagen der Raumakustik, sehr ausführlich
zu den raumakustischen Parametern und zu den Entwurfsmethoden, klassifiziert
nach Raumtypen
Meyer, Kürgen; Kirchenakustik, Verlag Bochinsky, Frankfurt/M.;
2003
sicher bald ein "Klassiker" eines erfahrenen Akustikers: Inhalt u.a:
historische Kirchen /techn.Möglichkeiten ihrer Verbesserung, Neubauten,
Orgel und Raum, musikalische Aufführungspraxis
Brüderlin, René; Akustik für Musiker; Bosse Verlag,
Kassel, 7. Aufl. 2003; sehr anschaulich, unter Verzicht auf Mathematik,
trotzdem exakt, Schwerpunkte Raumakustik und Musikinstrumentenakustik,
Tonsysteme, dennoch auch gut für Architekten geeignet |
