Bauakustik (Schallschutz)

Luftschalldämmung und Trittschalldämmung

Messung und Ermittlung des Bau-Schalldämm-Maßes

Luft- und Trittschalldämmung sind bauteilbezogene Eigenschaften, die bei einschaligen Bauteilen überwiegend von der flächenbezogenen Masse und bei mehrschaligen Bauteilen von der Art der Konstruktion abhängen. Das zugrundeliegende physikalische Prinzip wird am Beispiel der Messung der Luft- und Trittschalldämmung in der folgenden Abbildung dargestellt.

Bei der Messung der Luftschalldämmung (Abb. 1: unteres Geschoss, horizontal) wird im Senderaum durch einen geeigneten Lautsprecher ein gleichmäßiges Schallfeld erzeugt. Der entstandene Schalldruckpegel wird durch geeichte Messgeräte im Senderaum (LS) und im Empfangsraum (LE) erfasst. Die Mikrofone werden hierbei üblicherweise automatisch kontinuierlich auf Kreisbahnen bewegt, um einen räumlichen Mittelwert zu erhalten. Da nur eine gleichmäßig abstrahlende Schallquelle vorhanden ist, darf die Schallpegeldifferenz zwischen Sende- und Empfangsraum als Differenz hierbei numerisch (nicht „im Logarithmus”) berechnet werden. Bei der Messung der Luftschalldämmung (Abb. 1: unteres Geschoss, horizontal) wird im Senderaum durch einen geeigneten Lautsprecher ein gleichmäßiges Schallfeld erzeugt. Der entstandene Schalldruckpegel wird durch geeichte Messgeräte im Senderaum (LS) und im Empfangsraum (LE) erfasst. Die Mikrofone werden hierbei üblicherweise automatisch kontinuierlich auf Kreisbahnen bewegt, um einen räumlichen Mittelwert zu erhalten. Da nur eine gleichmäßig abstrahlende Schallquelle vorhanden ist, darf die Schallpegeldifferenz zwischen Sende- und Empfangsraum als Differenz hierbei numerisch (nicht „im Logarithmus”) berechnet werden.

Bei der Messung der Luftschalldämmung nach der Norm DIN EN ISO 16283-1: Akustik – Messung der Schalldämmung in Gebäuden und von Bauteilen am Bau – Teil 1: Luftschalldämmung wird die Schallpegeldifferenz zwischen Sende- und Empfangsraum mit der vorhandenen Fläche des Trennbauteils S und der äquivalenten Schallabsorptionszeit A im Empfangsraum entsprechend der nachfolgenden Gleichung korrigiert und als Bau-Schalldämm-Maß R‘ bezeichnet. Gegenüber dem Schalldämm-Maß R (Symbol ohne Strich), welches in Prüfständen für Türen, Fenster oder Einbauwände ermittelt wird, enthält das Bau-Schalldämm-Maß R‘ den Einfluss der Flankenübertragung.

Dabei ist:
L1      energetisch gemittelter Schalldruckpegel im Senderaum
L2      energetisch gemittelter Schalldruckpegel im Empfangsraum
S       Fläche des gemeinsamen Trennbauteils, in Quadratmeter
A       die äquivalente Absorptionsfläche des Empfangsraums, in Quadratmeter

Ermittlung des Bau-Schalldämm-Maßes nach der Norm DIN EN ISO 16283-1
Der Korrekturterm 10 · lg(S/A) berücksichtigt die vorhandene Wandfläche S in m² und die äquivalente Absorptionsfläche A in m² des Empfangsraums. Diese wird zusätzlich mit der Sabineschen Formel aus einer Messung der Nachhallzeit ermittelt. Die Messung der Schalldämmung erfolgt frequenzweise in Terzen. Durch ein genormtes Auswertungsverfahren wird das bewertete Bau-Schalldämm-Maß R’w als Einzahlwert ermittelt. Dieser Wert bezieht sich auf das Bauteil im eingebauten Zustand und ist mit den Anforderungswerten der Norm DIN 4109-1 zu vergleichen.

Bei der Messung der Trittschalldämmung (Abb. 1: linke Hälfte, lotrecht) wird im Senderaum ein Norm-Hammerwerk aufgestellt und der Schalldruckpegel im Empfangsraum gemessen. Ein Norm-Hammerwerk (Abb. 2) verfügt über fünf parallele Hämmer mit einer Masse von jeweils 500 g, die zur simulierten Trittschallanregung automatisch mit einer Frequenz von 10 Hz auf den vorhandenen Untergrund fallen. Bei der Messung der Trittschalldämmung wird der entstehende Schalldruckpegel im Empfangsraum frequenzabhängig gemessen. Zusätzlich wird die äquivalente Schallabsorptionsfläche im Empfangsraum ermittelt und zur Korrektur auf eine Bezugs-Absorptionsfläche A0 von 10 m² bezogen. Durch genormte Auswertung wird der bewertete Norm-Trittschallpegel L’n,w als Einzahlwert angegeben. Dieser Wert bezieht sich, wie auch das Bau-Schalldämm-Maß R’w, auf das Trennbauteil zwischen Sende- und Empfangsraum im eingebauten Zustand, einschließlich der flankierenden Schallübertragung über die vorhandenen Nebenwege. Bei bauteilbezogenen Nachweisen ist grundsätzlich zu beachten, dass eine hohe Luftschalldämmung (Bau-Schalldämm-Maß) günstig für den Schallschutz ist, während ein hoher Trittschallpegel (Norm-Trittschallpegel) ungünstig für den Schallschutz ist. Dieses ist aus dem Messprinzip (Abb. 1) unmittelbar ersichtlich, da der Luftschalldämmung eine Schallpegeldifferenz zugrunde liegt („je höher, desto besser”), während bei der Trittschalldämmung ein Schalldruckpegel ermittelt wird („je geringer, desto besser”).            

Raumakustik

Halligkeit, Nachhallzeit und Schallabsorption

Begriffe und akustische Grundlagen

Im Unterschied zur Schallausbreitung im Freien bildet sich in Räumen durch Reflexion des Direktschalls an den Raumbegrenzungen und Beugung an Hindernissen ein sogenanntes diffuses Schallfeld. Reflektierte Schallanteile überlagern sich mit dem Direktschall, sodass der Schall aus allen Richtungen mit annähernd gleicher Intensität einwirkt (Abb. 1). Gelingt es, die Reflexionen an den Raumbegrenzungen zu reduzieren, wird es im Raum leiser. Der Direktschallanteil wird durch Änderungen des Reflexionsanteils nicht beeinflusst und bleibt unverändert.

Das diffuse Schallfeld beeinflusst unmittelbar die Sprachverständlichkeit: In einem „halligen, lauten” Raum mit überwiegend schallreflektierenden Oberflächen und längerer Nachhallzeit nimmt die Sprachverständlichkeit ab. Dies führt dazu, dass unbewusst „lauter” gesprochen wird und die Sprachverständlichkeit durch erhöhten Störschall noch weiter reduziert wird. Dieser Zusammenhang wird „Lombard-Effekt” genannt und ist darauf zurückzuführen, dass alle Sprecher ihre Sprachleistung intuitiv auf das Hören ihrer eigenen Stimme einstellen.

Nachhallzeit

Die maßgebliche raumakustische Planungsgröße ist die Nachhallzeit T. Diese wird in Sekunden gemessen. Sie ist definiert als Zeit für das Abklingen eines Schalldruckpegels in einem Raum um 60 dB nach Ausschalten einer genormten Schallquelle (Abb. 2).

Die Nachhallzeit geht auf Forschungen des amerikanischen Physikers Wallace Clement Sabine (1868-1919) zurück. Für Planungszwecke ergibt sich der Zusammenhang zwischen Nachhallzeit und Raumgeometrie durch die nach Sabine benannte Formel:

Hierbei ist V das Raumvolumen in m³ und A die äquivalente Schallabsorptionsfläche in m². Die äquivalente Schallabsorptionsfläche ist eine angenommene Raumoberfläche, die den Schall rechnerisch vollständig absorbiert. Sie wird durch Aufsummieren der Schallabsorptionsanteile aller vorhandenen Raumoberflächen ermittelt. Der Faktor 0,163 (Einheit: s/m) wurde durch Sabine in Versuchen bestimmt.

Schallabsorption

Räume mit hoher Nachhallzeit werden subjektiv als laut empfunden und führen zur Beeinträchtigung der Sprachkommunikation. Die Nachhallzeit kann durch geeignete Schallabsorber reduziert werden (Abb. 3). In der Raumakustik werden zwei grundsätzliche Absorptionsarten unterschieden:
Poröse Absorber wie Teppiche, Dämmstoffe, Holzfaserplatten oder Vorhänge weisen eine offenporige oder strukturierte Oberfläche auf. Bei ausreichender Dicke (Anhaltswert: Dicke $ ¼ der Schallwellenlänge) absorbieren sie insbesondere Schall mittlerer und höherer Frequenzen.
Resonanzabsorber wie Gipskartonplatten oder auch Spiegel vor einer Wand werden als schwingungsfähige Systeme durch den Schall angeregt. Hierdurch wird insbesondere Schall tieferer Frequenzen absorbiert. Alternativ lässt sich auch die Luftmasse in offenen Schlitzen oder Löchern geeigneter Systeme anregen, wodurch der auftreffende Schall absorbiert wird (Helmholtzresonatoren bzw. „mikroperforierte” Absorber). 

Die Wirksamkeit eines Schallabsorbers wird durch den Schallabsorptionsgrad α beschrieben. Der Schallabsorptionsgrad wurde früher „Schallschluckgrad” genannt. Er gibt als einheitenloser Faktor das Verhältnis zwischen der von einer Oberfläche absorbierten Schallenergie zur auftreffenden Schallenergie an:

Ein Schallabsorptionsgrad von 1,00 bedeutet vollständige Schallabsorption, ein Schallabsorptionsgrad von 0,00 steht für vollständige Reflexion. Je höher der Schallabsorptionsgrad, desto besser die absorbierende Wirkung des Materials. Werte für den Schallabsorptionsgrad häufig verwendeter Oberflächen können den Normen DIN 18041: Hörsamkeit in kleinen bis mittelgroßen Räumen und DIN EN 12354-6: Bauakustik – Berechnung der akustischen Eigenschaften von Gebäuden aus den Bauteileigenschaften, Teil 6: Schallabsorption in Räumen entnommen werden.

Eine Zusammenstellung der Schallabsorptionsgrade ausgewählter Materialien findet sich in der untenstehenden Tabelle für die Oktavfrequenzen von 125 bis 4000 Hz. Die Werte im oberen Teil A der Tabelle verdeutlichen die Frequenzabhängigkeit der Schallabsorption und die unterschiedliche raumakustische Wirksamkeit unterschiedlicher Oberflächenmaterialien.

Äquivalente Schallabsorptionsfläche

Die äquivalente Schallabsorptionsfläche A von Oberflächen wie Wand, Fußboden oder Decke ergibt sich aus dem Produkt der eingebauten Oberfläche S in m² und dem Schallabsorptionsgrad α der Fläche. Für Personen, Möblierungen und andere Raumausstattungen wird die äquivalente Schallabsorptionsfläche direkt als Zahlenwert in m² angegeben (Teil B der untenstehenden Tabelle). Für näherungsweise Berechnungen einfacher Räume wird die nachfolgende Formel angewendet. Die erste Teilsumme i erfasst die äquivalente Schallabsorptionsfläche der vorhandenen Raumoberflächen, die zweite Teilsumme j die äquivalente Schallabsorptionsfläche AObj vorhandener Personen und Gegenstände.

Beispiele für den mittleren Schallabsorptionsgrad ausgewählter Oberflächen sowie für Objekte und Personen aus den Normen DIN 18041 und DIN EN 12354-6. Beachten: Im oberen Teil A der Tabelle wird der Schallabsorptionsgrad α angegeben, im unteren Teil B der Tabelle die äquivalente Absorionsfläche Aob i der Einheit m².  

Autor: Prof. Dr.-Ing. Birger Gigla, Lübeck
Redaktionelle Bearbeitung – Wolfgang Christian Cremer – Bausachverständiger Magdeburg / Sachsen-Anhalt