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Raum-Akustik

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Die Raumakustik ist ein Gebiet der Akustik, das sich mit der Auswirkung der baulichen Gegebenheiten eines Raumes auf die in ihm stattfindenden Schallereignisse beschäftigt. Hauptsächlich ist es das Forschen im Hinblick auf die Hörsamkeit von Konzertsälen, Theatern, Versammlungssälen, Schulzimmern, Fernseh- und Rundfunkstudios, Kirchen und anderen Räumen, in denen akustische Darbietungen vielen Zuhörern zugänglich gemacht werden.

Soweit die Raumakustik nicht der Lärmbekämpfung bzw. dem Schallschutz dient, muss sie die Eigenschaften des menschlichen Gehörs, die Besonderheiten der Sprachperzeption sowie subjektive Hörgewohnheiten und auch die Musikästhetik mit berücksichtigen.

Inhaltsverzeichnis

Physikalische Grundbegriffe

Schall wird von einer Quelle erzeugt und, üblicherweise, durch Luft ans Ohr Übertragen. Bei diesen Vorgängen spielen immer Schwingungen eine entscheidende Rolle:

  • schwingende Oberflächen
  • schwingende Luftsäulen, Saiten
  • Schwingung des Trommelfells im Ohr

Freie Schwingungen

Das schwingende System wird nach einmaligem Anstoßen sich selbst überlassen. Es schwingt mit der Eigenfrequenz bzw. der Periode. Diese Frequenz hängt von der Masse des schwingenden Körpers und von der Härte der Federung ab. Unter dem Einfluss der Reibung nimmt die Schwingweite (Amplitude) mit der Zeit ab.

Erzwungene Schwingungen

Durch periodische äußere Einwirkung kann ein schwingungsfähiges System dazu gezwungen werden, mit der Periode des äußeren Erregers zu schwingen. Dabei ist die Schwingweite sehr stark abhängig von der Erregerfrequenz. Die größte Schwingweite tritt dann auf, wenn die von außen aufgeprägte Frequenz mit der Eigenfrequenz des Systems übereinstimmt: Resonanz. Der Resonanzeffekt ist um so ausgeprägter, je geringer die Dämpfung.

Wellen

Die Schwingungen eines Erregers breiten sich in der Luft in form von Schallwellen aus. Wellen sind in jedem elastischen Medium, Luft, Wasser, feste Körper, möglich.

Die Wellenlänge ist der Weg, den die Welle während einer Periodendauer zurücklegt.

Alle Schallvorgänge sind sowohl unter objektiven als auch unter subjektiven Aspekten zu betrachten.

Hörbereich des Menschen

Die Hörfläche, auch Hörbereich oder Hörfeld, ist jener Frequenzbereich und Pegelbereich von Schall, der vom normalen menschlichen Gehör wahrgenommen werden kann.

Hörfläche des Menschen als Schalldruckpegel in Abhängigkeit von der Frequenz
Neue Kurven gleicher Lautstärkepegel (Isophone) nach ISO 226:2003 - blau ist dagegen die alte 40 Phon-Kurve


Die Hörfläche wird unten von der Hörschwelle, also dem gerade noch hörbaren Schalldruckpegel, und oben von der Schmerzschwelle bestimmt. Links wird die Hörfläche von der tiefsten vom Menschen hörbaren Frequenz mit etwa 16 Hz bis 21 Hz und rechts von der höchsten hörbaren Frequenz mit etwa 16 kHz bis 19 kHz begrenzt. Wenig unterhalb der Schmerzschwelle liegt die Unbehaglichkeitsschwelle, bei der die Lautstärke als unangenehm empfunden wird.


Die Beziehungen des Lautstärkeempfindens innerhalb des Hörfelds können durch Kurven gleicher Lautstärke (Phon) dargestellt werden.

Tiefe Frequenzen unterhalb von 16 Hz werden als Infraschall bezeichnet und hohe Frequenzen über 21 kHz als Ultraschall. Während Infraschall teilweise als Vibration wahrgenommen werden kann, ist Ultraschall für den Menschen nicht wahrnehmbar. Viele Tiere können jedoch wesentlich höhere Frequenzen als der Mensch hören, z. B. manche Fledermäuse über 100 kHz.

Meistens verkleinert sich die Hörfläche mit zunehmendem Alter. Davon sind besonders die hohen Frequenzen und die leisen Pegel betroffen. Es kann sich aber auch das Lautheitsempfinden innerhalb der Hörfläche ändern, sodass es zu einer Herabsetzung der Unbehaglichkeitsschwelle kommt; siehe Recruitment.

Oft werden in das Hörfeld auch zwei kleinere Felder eingezeichnet, das Sprachfeld und das Musikfeld. Das sind jene Frequenz- und Pegelbereiche, die für die Wahrnehmung von Sprache oder Musik besonders wesentlich sind.





Je nach akustischer Interessenlage variieren die Frequenzbereiche, mit denen man sich beschäftigt.

  • Schalldämmung von Bauteilen ist im Bereich von 100 bis 3150 Hz wirksam
  • Bekämpfung der akustischen Emissionen von Maschinen oder Fahrzeugen bezieht sich auf den Bereich von 50 bis 10000 Hz
  • die eigentliche Raumakustik bewegt sich meist im Frequenzbereich con 63 bis 8000 Hz

Raumakustisches Design

Lautstärke und Tonhöhenempfindungen bilden die Grundlage für die Wahrnehmung von Sprache und Musik. Für das Klangbild, das z.B. beim Anhören eines Orchesterkonzertes entsteht, ist aber daneben eine Reihe anderer Einflussfaktoren maßgebend. Lautstärke- und Tonschwankungen, Einsetzen und Ausklingen der Töne sowie ihre Klangfarbe sind wichtige Parameter für Empfindungen, die durch Musik ausgelöst werden. Diese Faktoren sind auch Vorraussetzung dafür, dass es uns möglich ist, Stimmen und Instrumente zu unterscheiden.

Direktschall, frühe Reflexionen und Nachhall


Aufgabe der Raumakustik ist es, diese Größen durch Raumgestaltung so zu beeinflussen, dass die akustischen Eigenschaften des Raumes möglichst gut zu seinem Bestimmungszweck passen.
Ziele raumakustischen Designs können sein:

  • Möglichst kein Einfluss des Raumes bei Tonstudios. Das heißt der Raum sollte möglichst reflexionsarm sein, so dass der aufgenommene Klang nur von Direktschall bestimmt wird und der akustische Charakter des Aufnahmeraums möglichst keinen Einfluss auf die Aufnahme bekommt.
  • Möglichst hohe Sprachverständlichkeit bei Unterrichtsräumen, Vorlesungssälen und Theatern. Das heißt: Der Anteil des Direktschalls sollte hoch sein. Frühe Reflexionen sollten mit relativ geringer Einsatzverzögerung vor allem aus der Richtung des Sprechers kommen, um die Lautstärke des Sprechers anzuheben und die Lokalisation des Sprechers zu unterstützen. Der Nachhall sollte ebenfalls früh einsetzen, aber relativ schnell wieder abklingen (Nachhallzeit < 1 Sekunde), damit auch er die Lautstärke des Sprechers anhebt, ohne die Sprachverständlichkeit zu mindern.
  • Ein möglichst räumliches Musikerlebnis bei Konzertsälen. Das heißt: Der Anteil des Direktschalls sollte gegenüber den Reflexionen ausgewogen sein, groß genug, um die Musik noch klar und transparent wahrzunehmen, aber nicht zu groß, um den räumlichen Eindruck nicht zu mindern. Die frühen Reflexionen sollten einen hohen Anteil am Gesamtschall haben und möglichst gut richtungsmäßig verteilt sein, damit ein möglichst räumlicher Eindruck entsteht. Der Nachhall sollte räumlich gut verteilt sein, einen merklichen Anteil am Gesamtschall haben und nicht zu kurz sein, um den Hörer möglichst gut von der Musik zu umhüllen (Nachhallzeiten 1,5 bis 2 Sekunden).

Da die raumakustischen Eigenschaften für unterschiedliche Anwendungsfälle praktisch nicht vereinbar sind, ist es kaum möglich, einen Universalraum zu schaffen, der gute Sprachverständlichkeit und ein gutes räumliches Musikerlebnis vereint. Ist dieses trotzdem gefordert, muss der Raum je nach Anwendungsfall flexibel umgestaltet werden können (z. B. Wende-Wandverkleidung die auf der einen Seite schallhart und damit ideal für die Musik,mit langen Nachhallzeiten und vielen Reflexionen ausgebildet ist, während auf der Rückseite dieser drehbaren Wandtafeln die Oberfläche perforiert und schallabsorbierend ausgeführt ist ), oder die Eigenschaften des Raumes müssen elektroakustisch verändert werden (z. B. Verteilen von Lautsprechern im Vortragssaal, die über entsprechende Effektgeräte angesteuert werden und so Wandreflexionen und Nachhall simulieren).

Deutlichkeit D

Das Kriterium der Deutlichkeit geht davon aus, dass die bei einem Empfängerpunkt (Zuhörer) eintreffende Schallenergie von einem Sendeimpuls zur Sprachverständlichkeit nützlich ist, die innerhalb 50 ms nach dem Direktschall beim Zuhörer eintrifft. Das Kriterium der Deutlichkeit ergibt aus dem Verhältnis des Energieanteils der 50 ms zu der Gesamtenergie eines beim Zuhörerpunkt eintreffenden Sendeimpulses.
max. 17 m Umweg

Die Deutlichkeit stellt in erster Linie ein Kriterium für die Sprachverständlichkeit in einem Raum dar. Gute Sprachverständlichkeit ist zu erwarten bei Deutlichkeiten von 50%.

Die zeitliche Grenze zum Direktschall für die Reflexion, die die Verständlichkeit erhöht, liegt bei ca. 50 ms. Legt man die Schallgeschwindigkeit von 340 m/s zugrunde, bedeutet dies für das menschliche Ohr, dass Schallimpulse, die weniger als 17 m Umweg über die Decke oder die Wände im vergleich zum Direktschall nehmen müssen, die Verständlichkeit fördern, dass auf der anderen Seite die längeren Wege und die Differenzen mit mehr als 17 m die Sprachverständlichkeit mindern.

Flatterecho
Vermeidung von Flatterechos

Für eine gute Raumakustik ist es in gleicher Weise wichtig, das so genannte Flatterecho zu vermeiden, das heißt , die störenden Mehrfachreflexionen, die durch parallele und schallharte wände hervorgerufen werden, durch eine Aufhebung eben dieser Parallelität zu verhindern. Die akustische Parallelität von schallreflektierenden Wänden kann aufgehoben werden, indem man die Wände mit schallabsorbierenden Oberflächen versieht oder aber die Parallelität der Wände sowohl im Grundriss als auch im vertikalen Schnitt aufhebt.




Klarheitsmaß

Das Klarheitsmaß ist ähnlich definiert wie das Kriterium der Deutlichkeit. Während die Deutlichkeit nur die eintreffende Energie der ersten 50 ms berücksichtigt und sie zur Gesamtenergie ins Verhältnis setzt, wird beim Klarheitsmaß der Energieanteil der ersten 80 ms zur Restenergie ins Verhältnis gesetzt. Die Zeitspanne von 80 ms ist für Musikräume anwendbar, da Reflexionen, die bis 80 ms beim Zuhörer eintreffen , die Klarheit von musikalischen Ereignissen noch nicht beeinträchtigen.

Nimmt man die Schallgeschwindigkeit zum Vergleich, dann bedeutet dies, dass Töne, deren Ausbreitung einen Umweg über die Decke und Wände mit mehr als 27 m im Vergleich zum linearen Weg des Direktschalls den musikalischen Raumeindruck erhöhen, während kürzere Umwegdifferenzen die Durchsichtigkeit des Musikeindruckes verdeutlichen.

Echogramme

Die Echogramme zeigen die Druckschwankungen über die Zeit auf. Anhand dieser Echogramme lassen sich die auf das Ohr eines am Messpunkt sitzenden Zuhörers eintreffenden Reflexionen beurteilen. Somit kann auch das Auftreten von eventuellen Echos, d.h. Laufzeitunterschieden von mehr als 50 ms bei Sprachräumen und mehr als 80 ms bei Musikräumen zwischen Direktschall und der ersten energiereichen Reflexion festgestellt werden. Dabei muss der Schalldruckpegel zwischen Pegelspitzen und dem davor liegenden Abklingvorgang mindestens 5 dB betragen.

Stärkemaß G

Zur Bestimmung des Stärkemaßes wird die Schallenergie am Sender und Empfänger bestimmt. Die Integrationszeit beträgt beim Sender 4 ms und beim Empfänger 80 ms. Im Idealfall sollte das Stärkemaß im diffusen Schallfeld and jedem Messpunkt gleich sein.

Nachhallzeit

Die bekannteste Kenngröße der Raumakustik ist die Nachhallzeit als die Zeitspanne in welcher der Schalldruckpegel eines Schallereignisses in einem Raum um 60 dB, also auf den tausendsten Teil des Anfangsschalldrucks abgenommen hat. Die Nachhallzeit wird im Allgemeinen in Oktavbändern oder in Terzbändern bestimmt. Wird nur ein Nachhallzeitwert angegeben, dann handelt es sich um die Nachhallzeit bei 1000 Hz oder bei 500 Hz.

Ziel der Raumakustik ist es, einen Raum optimal auf seinen Bestimmungszweck abzustimmen. So benötigen Räume in denen vor allem Sprache übertragen werden soll, z. B. Vortragsräume oder Klassenzimmer, aber auch Büroräume eine eher kurze Nachhallzeit von 0,3 bis 1 Sekunde, die Darbietung von Kirchenmusik verlangt typischerweise nach längeren Nachhallzeiten von mehr als 2 Sekunden. Räume mit extrem kurzen Nachhallzeiten (unter 0,3 Sekunden) wie z. B. ein reflexionsarmer Raum werden von einigen Menschen als sehr unangenehm empfunden. Professionelle Regieräume haben eine Nachhallzeit um 0,3 Sekunden.

Die Raumakustik (Nachhallzeit) eines gegebenen Raumes lässt sich in gewissem Umfang durch das Hinzufügen oder Entfernen von Absorbern oder reflektierenden Körpern beeinflussen.

Die Ermittlung der Nachhallzeit konzentriert sich auf die zusammenhängenden Parameter Nachhallzeit, Raumvolumen, Schallabsorptionsfläche und Raumoberfläche. In der so genannten Sabineschen Formel ist die Nachhallzeit als Näherungswert für die mögliche Anordnung von Absorbern und Reflektoren im Raum auszurechnen.

T (Nachhallzeit) = 0,16 x V (Raumvolumen) : A (äquivalente Schallabsorptionsfläche)

Die Formel dokumentiert den Zusammenhang zwischen Raumvolumen und Nachhallzeit.


Akustische Raumwahrnehmung

Neben der Nachhallzeit ist die Phasenverschiebung eine weitere wichtige Größe zur Bestimmung des akustischen Raumes. Unter Phasenverschiebung versteht man die Zeitdifferenz zwischen dem erstmaligen Empfang eines Schallsignals, das vom Sender direkt an den Hörer gesandt wurde, und dem abermaligen Empfang des gleichen Schallsignals, welches durch Reflexion, zeitverzögert an das Ohr des Empfängers gelangt. Konzentriert man sich auf die auditive Wahrnehmung, so identifiziert man häufig weniger den Raum, sondern dessen ausdrucksstarkes vermittelndes Phänomen Klang. Der Klang wiederum benötigt den umgebenden Raum unbedingt. Eine Schallquelle und ein signalgebendes Objekt ohne umgebende Raumflächen würden keinen Klang erzeugen können, lediglich den Direktschall. Um Klang erzeugen und wahrnehmen zu können, bedarf es eines Trägermediums und eines Raums mit Begrenzungsflächen, damit derselbe Ton mindestens zweimal zu hören ist, einmal direkt von der Schallquelle und zum anderen als Reflexion von Raumflächen.

Schalldämpfung und Schalldämmung

Die Begriffe Schalldämmung und Schalldämpfung werden relevant, sobald Schallquelle und Hörende in unterschiedlichen Räumen oder Raumbereichen angesiedelt sind.

  • Schalldämpfung ist ein Maß für den Energieverlust einer Schallschwingung durch entweder den normalen Reibungsverlust in der Luft oder die (Teil-) Absorption des Schalls durch die Begrenzungsflächen eines Raums oder ineinander übergehende Raumbereiche. Hier wird häufig mit dem begriff der Transparenz operiert, um den akustischen Ausgleich innerhalb verschiedener Raumbereiche zu gewährleisten.
  • Schalldämmung ist ein Maß für die Undurchlässigkeit bzw. Durchlässigkeit von Schall zwischen zwei durch physische Grenzen abgeteilten Räumen.

Hier ist häufig keinerlei Transparenz erwünscht und es wird großer Aufwand betrieben, um die Durchlässigkeit zu verhindern.

Zur Regulierung der Rauakustik, der Schallkompensation bzw. der kontrollierten Schallreflexion kann die Beschaffenheit und die Oberfläche der Materialien willkürlich verändert werden. Oberflächen können verformt, strukturiert, mit Löchern und Schlitzen perforiert und mit stark absorbierenden Materialien ausgeführt werden.

Im Raum verwendete Materialien zeigen höhere akustische Reflexion, je mehr Masse und Gewicht sie aufweisen.

Glas vor allem, gefolgt von Beton und Mauerwerk sind sehr schallharte, also reflektierend Materialien mit extrem wenig Absorptionsvermögen. Weniger Schallhart sind Holz und Gips, am wenigsten Textilien und poröse Dämmplatten mit ihren hohen Absorptionsgraden und ihrer Leichtigkeit.

Die Physik kennt komplizierte Rechenwege, um die Schallsausbreitungsvorgänge unter Berücksichtigung der Interferenzen, der Beugeeerscheinungen und der Nahfelder con Schallquellen vorauszuberechnen. Für die Schalltechnische Planung geht man von der einfacheren Vorstellung aus, dass sich Schall in der Luft strahlenförmig von der Schallquelle ausbreitet. Ferner geht man davon aus, dass Schall and den festen Grenzflächen des Raums nach den Spiegelgesetzen reflektiert oder absorbiert und beim Durchdringen des Körpers energetisch geschwächt wird. Dieses Modell ermöglicht einfache Berechnungen für die Schallausbreitung.

Raumakustische Kriterien und Raumakustische Projektierung

Am Beginn eines Projektes werden die raumakustischen Kriterien, subjektive Erfahrungen, die die raumakustische Qualität von Räumen und Einrichtungen beschreiben, ermittelt und in Folge wird aus diesen sowohl funktional als auch raumakustisch optimalen Kriterien ein Zieldiagramm entwickelt, das die Wege der Realisierung bzw. Umsetzung aufzeigt. Jetzt spricht man von der raumakustischen Projektierung.

Die raumakustische Projektierung differenziert zwischen der Einflussnahme auf die Primärstruktur des Raumes wie Raumgröße, Volumen, Form, Gliederung, Höhe und der Gestaltung seiner Sekundärstruktur, wie etwa die Notwendigkeit und Verteilung schallabsorbierender oder – reflektierender Flächen.

Sprache und Musik

Die menschliche Sprache benötigt in der Regel kurze Nachhallzeiten, damit die Verständlichkeit gewährleistet ist und damit sie nicht mit Echo und Hall überlagert wird. Das bedeutet das zur Unterstützung der Primärenergie in der Nähe des Redners schallreflektierende Flächen an den Wänden und Decken hinter, über und neben dem Redner durchaus sinnvoll sind. Darüber hinaus sollten die Wände und Decken in maßvoller Distanz zum Redner immer mehr In den absorbierenden zustand übergehen, da sonst der auftretende Nachhall, die Mehrfachreflexion und zeitversetzte Sekundereflexion zur Echobildung und damit zu Irritationen führen.

Die Sprachverständlichkeit wird differenziert in

  • Silbenverständlichkeit
  • Wortverständlichkeit
  • und Satzverständlichkeit.

Mittlere Messwerte gehen von einer sehr guten Sprachverständlichkeit aus, wenn mindestens 70% aller Silben sehr gut zu verstehen sind, denn ist die Silbenverständlichkeit hoch, ist auch die Wort- und die Satzverständlichkeit in der Regel hoch.

Für die Sprachverständlichkeit ist der Einfluss der Stör- und Nutzpegel wesentlich. In einem idealisierten Raum, Störpegel gleich Null, würde der ideale Nutzpegel Nutzlautstärkepegel etwa 60 bis 70 Phon betragen. In dieser Lautstärke müsste ein Redner bei einer Nachhallzeit von 1 sec. Sprechen damit er auch in der Distanz gut zu verstehen wäre. In der Praxis ist jedoch eine mittlere Störpegellautstärke von mindestens 35 dB im Raum vorhanden, was wiederum den Nutzlautstärkepegel auf den optimalen Wert von 80 dB erhöht.

Physiker unterscheiden zwischen vier Gruppen von Kriterien der Raumakustik und der akustischen Qualität von Musik im Raum:

  • Raumeindruck (zeitliche und räumliche Schallfeldstrukturen)
  • Durchsichtigkeit, Klangeinsatz, Echofreiheit (zeitliche Schallfeldstruktur)
  • Transparenz, Lautstärke, Balance (dynamische Schallfeldstruktur)
  • Klangfarbe (spektrale Schallfeldstruktur)


Klangfarbe umschreibt die Tonhöheempfindung für die einzelnen Instrumentgruppen. Finden die hohen Frequenzen eine besondere Betonung spricht man von Brillanz oder Helligkeit. Tiefe Frequenzen, Bässe, verleihen der Musik ein warmes Klangbild. Klangfarben umschreiben also den charakteristischen Klang eines Instrumentes und variieren durch die Zusammensetzung der Obertöne und deren Intensität.

Textilien absorbieren zwar die hohen Frequenzen, aber können durchaus die tiefen Bässe reflektieren. Glasflächen verhalten sich genau umgekehrt. Beton oder auch Naturstein reflektieren generell sämtliche Frequenzen.

Der Mensch selbst stellt eine nicht unwesentliche Absorptionsfläche im Raum dar, demnach ist das Auditorium ein wichtiger raumakustischer Aspekt in der Planung von Räumen.

Für die Raumform ist ebenso wie für die Raumgröße, akustische gesehen, eine beding flexible grenze gegeben die durch die Nachhallzeit (17 m maximaler Schallreflexionsweg mehr als der Direktschall bei Sprachveranstaltungen; 27 m maximaler Schallreflexionsweg mehr als der Direktschall bei Musik) und durch die sinnvolle Raumnutzung.

Rechtwinklige Grundrisse erheben denn auch differenzierte Anforderungen an die Positionierung der Schallquelle: Ein Redner wird einen breiten Raum bevorzugen, der, sobald der Sprecher ideal in der Mitte einer Längswand positioniert ist, die Vorteile der kürzeren Entfernungen zwischen Sprecher und Publikum genießen wird. Die Schallführung in die hinteren Raumecken und zu den hinteren Publikumsbereichen wird in der Regel durch entsprechend niedrige und geneigte Deckenreflexion erreicht.

Bei Musik spielt wegen der größeren Schallleistung die Entfernung zwischen Orchester und Publikum nicht die entscheidende Rolle. Musik braucht stark ausgerichtete Seitenwandreflektoren. Um ein entsprechend kräftiges Nachhallfeld zu erzeugen, sollen die Seitenwandreflexionen noch vor den Deckenreflexionen beim zuhörenden Ohr eintreffen. Erreicht werden kann dies durch entsprechend hohe Räume und durch eine relativ hohe Anordnung der Decke. Die Decke sollte demnach weiter vom Orchester entfernt sein als die Seitenwände. Außerdem werden dieses Nachhallfeld und der Musikeindruck umso kräftiger, je mehr diffuse und mehr flache Reflexion von den Seitenwänden ausgeht. Betrachtet man einen vertikalen Raumschnitt, so ist unter der Berücksichtigung der akustischen Strahlenarithmetik sehr einfach eine Raumform mit entsprechender Deckenkontur zu finden. Die so genannte Ellipsenkonstruktion geht davon aus, dass es zwei Fixpunkte in der Konstruktion gibt, nämlich die Schallquelle S, in aller Regel ein Redner oder ein Musiker mit einem Instrument und zum zweiten den Schallempfänger E. Beide Punkte sind jeweils verantwortlich für die gerade zu untersuchende Situation und müssen jeweils festgelegt werden. Für einen Raum mit 15 Sitzreihen im Auditorium sollten diese Konstruktionen mit jeweils verändertem Punkt E (E1, E2 etc. bis E15) durchgeführt werden.

Der Konstruktion liegt zugrunde, dass die Entfernung S-E gemessen wird, dann für den Fall der Sprechveranstaltung zu dieser Distanz maximal 17 m addiert werden und schließlich ein imaginärer Faden von Länge Entfernung Direktschall S-E plus maximal 17 m zwischen S und E gespannt wird und mit dem Stift die maximale Ausdehnung der optimalen raumakustischen Deckenkontur nachgezeichnet werden kann.

Ähnlich gute Akustikwerte für Musik wie der schmale rechteckige Raum weisen auch trapezförmige Grundrisse auf, sofern die fliehenden Seitenwände nicht zu stark abgewinkelt sind und die Orchesterpositionierung an der schmalsten Raumseite erfolgt. Sollten allerdings die Seitenwände zu flach geraten, wird auch die qualitätsbestimmende Seitenreflexion zu schwach.

Umlaufende Reflexionen sind sehr gefürchtet, besonders in runden Räumen oder in Räumen mit gerundeten Raumbegrenzungsflächen. Neben der sehr ungünstig wirkenden Schallkonzentration ähnlich einem Fokus, die durch die konkave Form der Raumwände entsteht und den so genannten Flüstereffekt erzeugt, wird bei der umlaufenden Reflexion ein im flachen Winkel ankommendes Schallsignal ebenso reflektiert und reflektiert und reflektiert. Runde Wandflächen müssen in der Regel gerade aus diesen akustischen Erfordernissen heraus mit geeigneten Maßnahmen in der Sekundärstruktur der Wandverkleidung aufgelöst, strukturiert, gegliedert und konvex geformt werden.

Reflektoren

Ein Reflektor ist dann ein Reflektor, wenn seine Fläche groß genug ist, um die Wellenlängen des auftreffenden Schalls zurückzuwerfen und wenn das Material des Reflektors hart und schwer genug ist. Reflektoren brauchen Masse und Gewicht. Besonders die tiefen Frequenzen, die Bässe vor allem, benötigen zur Reflexion einen Reflektor mit hohem Gewicht und Masse.

Das gesprochene Wort setzt wegen der spezifischen Frequenzen zur Reflexion ein Gewicht des Reflektors von ca. 10 bis 15 kg/qm voraus. Musik dagegen geht von Reflexionsgewichten von mindestens 25 kg/qm bis 40 kg/qm aus.

Geradlinige Reflektoren vereinfachen die Planung, da das mögliche Schallverhalten leicht simuliert werden kann. Gebogene und frei geformte Reflektoren dagegen sind sehr schwer zu planen und auf ihr späteres Schallverhalten vorauszurechnen. Zwar gelten auch bei gekrümmten und gebogenen Reflektoren die geometrischen Strahlengesetze, doch sind die entscheidenden Parameter für die zu erwartenden akustischen Belange sehr variabel und in Veränderung begriffen. So entscheiden die Lage der Schallquelle im Bezug zur Raumachse, auch die Entfernung der Schallquelle vom Reflektor bzw. der Radius des gekrümmten Reflektors darüber, ob ein derart geformter Reflektor als Kreis, Ellipse, Parabel oder Hyperbel wirkt.

Sämtliche konkav gekrümmten Reflektoren führen zu Konzentrationen der reflektierten Schallstrahlen. Diese Konzentrationen sind sehr unterschiedlich und hängen auch davon ab, welchen Abstand die Schallquelle vom Scheitelpunkt der reflektierten Schallkonzentrationen hat.

Konvex gekrümmte Flächen als Reflektoren dagegen verteilen den Schall in völlig verschieden Richtungen, führen dadurch zu einer stärken Diffusität des Klangs und damit zu einem verstärkten räumlichen Eindruck. Diffuse Reflexionen, also eine breitrandig gefächerte Frequenzstreuung, kann nicht nur durch konvexe Reflektoren erzeugt werden, sondern auch durch divergente, ungleichmäßige, rhythmisierte, variable Oberflächenformen. Auch unterschiedliche Materialien, Vor- und Rücksprünge, unterschiedliche Geometrien, plastische Komplexität und verschieden Strukturen erzeugen einen hohen Streugrad und unterschiedliche diffuse Reflexionen. Auch diffus wirkende, konkav gekrümmte oder plastische, auch strukturell geformte Reflektoren sind in ihrer akustischen Wirksamkeit immer abhängig von der Frequenz des auftreffenden Schalls. Tiefe Frequenzen benötigen deshalb großflächigere Strukturen, während höhere kurzwellige Frequenzen auch kleinere Dimensionen in der Reflektorgeometrie und –struktur akzeptieren. Konvex geformte Reflektoren weisen dabei erhebliche Vorteile gegenüber rechteckigen auf. Die Kombination mit Absorptionsflächen ist ebenfalls ein probates Mittel zur Erhöhung diffuser Reflexion.

Absorber

Gerade die schallabsorbierenden Maßnahmen sind nicht nur für die Raumakustik von höchster Bedeutung, sondern auch für die Gestaltung der Räume, denn die absorbierende Wirkung ist meist nur zu erreichen durch Lochungen, Schlitzungen, Lammellierungen von Raumteilen oder durch einen elementaren Materialwechsel. Ähnlich den Reflektoren wirken schallabsorbierende Raumteile sehr integrativ auf die Verbesserung der Raumakustik, aber auch der visuellen Raumwirkung. Absorbierende Flächen müssen offen, weich, porös sein, damit Schallenergie in das Material eindringen, aber nicht mehr in den Raum zurückgelangen kann. Textilien sind deshalb ideale Absorber; aber auch Leder, Schaumstoff und poröser Kunststoff. Selbst harte Materialien können durch entsprechende Konstruktion und Oberflächenbehandlung zu Absorbern umfunktioniert werden.

Raumakustische Atmosphäre

Schricker, Rudolf : Kreative Raum-Akustik

„Die ernsthafte, aber auch die spielerische Auseinandersetzung mit der kreativen Raumakustik bereichert das Gestalterleben und trägt mit dazu bei, dass verantwortungsbewusstes Planen und Gestalten nicht zum Formelhaften verkommt.“
Die Akustik ist ähnlich dem Licht ein wichtiger Faktor der Gestaltung zur Gewährleistung des Wohlbefindens jedes einzelnen Menschen im Raum und dies im physischen, im psychischen und im sozialen Sinn. Die Störung in der Wahrnehmungsverarbeitung kann stark irritieren und zu Unwohlsein führen.

Klang ist nicht nur ein akustisches Phänomen, verschiedene akustische Signale werden jeweils gemessen an den individuellen Situationen und menschlichen Befindlichkeiten, differenziert wahrgenommen und interpretiert bzw. mit unterschiedlichen Bedeutungen versehen. Der Klang assoziiert häufig ergreifendes, Großartiges, manchmal tatsächlich Furcht Erregendes, Unerklärliches, Suggestives. Die Klänge lassen sich niemals als rein physikalische Schwingungen der Luft erklären. Die akustische Gestaltung eines Raumes muss auf die Klangvorlieben der sich im Raum aufhaltenden Menschen und ihren Ängsten vor Klangassoziationen abgestimmt sein. Die Aufmerksamkeit der Menschen braucht ständig neue Impulse, ansonsten stellt sich rasch Monotonie ein. „Monotonie oder auch veränderungsloser Gleichklang lösen bestenfalls bei unbewusster Wahrnehmung Langeweile aus; wird jedoch Monotonie bewusst empfunden, betrachten viele Menschen dies als Missachtung ihrer Persönlichkeit und ärgern sich, werden wütend und nicht selten auch aggressiv. Die Triebfedern der Wahrnehmung sind Neugierde und streben nach Sicherheit. Die Bewertungskriterien eines Tons stützen sich besonders auf die Intensität des Tons, auf Tonlängen oder auch Klangfarben. Unsere Ergriffenheit durch Musik hat weniger mit der reinen Schallwahrnehmung zu tun als mit der aktiven Interpretation des Gehörten. “
In der Psychologie kennt man das Gesetz der geschlossenen Gestalt und das Gesetz der guten Fortsetzung. Beide scheinen auch in der Musikwahrnehmung dafür verantwortlich zu sein, Fragmente und Motive zu vollständigen Melodien zusammenzusetzen. Das menschliche Gehör identifiziert Geräusche und ihre Bedeutung im Kontext ihrer räumlichen Richtungsbestimmung. Richtungsbestimmung ist essentiell für unser emotionales akustisches Raumerlebnis. Identifikation des Schalls ist wichtig für unser analytisches akustisches Raumverständnis.

Anforderungen an den Raum:

  • Vertrauensspendende Raumteile und Raumeinrichtungen, die Harmonie vermitteln, von Dauer sind, Solidität und Konvention repräsentieren, eine Identifikation ermöglichen, die rechte Gehirnhälfte eher ansprechen in ihrer globalen Gleichzeitigkeit und ihrem ganzheitlichen Harmoniegefüge, alle Sinne auf Abgestimmtheit oder Stimmigkeit moderieren, wenig Kontraste aufweisen und in diesem vertrauten Ambiente sehr stark dem Trieb nach Vertrautheit entgegenkommen.
 Vertrautheit, objektivierend
 Bewertungsmaßstäbe: Solidität, Konvention, Gewohnheit
 Folge: Passivität 
  • Elemente der Veränderung, Dinge, die sich verändern lassen, die jeden Tag anders wahrgenommen werden können, manchmal Veränderungen in Sekunden zulassen, stets neues zu entdecken anbieten, temporärer Natur sind, der Analyse zugewandt; besonders die linke Gehirnhälfte mit ihrer Fähigkeit zur Systematisierung, zur Handlungsorientierung und Reaktion, in Anspruch nehmen und den Neugierdetrieb befriedigen.
 Neugierde, subjektivierend   
 Bewertungsmaßstäbe: neu, interessant, ungewöhnlich
 Folge: Aktivität, Reaktion, Handlungsorientierung

Die Analogie zwischen Optik und Akustik

Hören und Sehen sind die essentiellen Grundlagen eines bewussten rezeptorischen Wahrnehmungsprozesses.


Die Analogie der Phänomene Licht und Akustik – wie Akustik und Optik zum Wohlbefinden beitragen können


Das Schallsignal zu Beginn

…wir hören einen Ton…
…dann eine Melodie…
…schließlich erkennen wir eine Harmonie…
…der Rhythmus strukturiert den Klang…
…wir werden der Komposition gewahr…
…die Aufführung kann genossen werden…
…es mündet in bewusstes Hören…
…schließlich das verstehen des Gehörten…
…und die sinnliche Ekstase der Musikwahrnehmung im Raum

Der physikalische Lichtimpuls zu Beginn

…Reflexion von Material und Farbe…
…wir erkennen das Zusammenspiel…
…wir spüren die Stimulation…
…die Strukturen charakterisieren den Raum…
…wir werden der Komposition gewahr…
…der Entwurf wird nachvollziehbar…
…die Wahrnehmung vermittelt bewusstes Sehen…
…wir verstehen den Raum…
…schließlich erleben und genießen wir die Raumwahrnehmung durch Licht


Bei allem, was wir tun, werden Erwartungen und Vorstellungen schon im Vorfeld erzeugt und dann mit den neuen Empfindungen, akustischer und visueller Natur, verglichen. Treten deutliche Unterschiede auf, dann halten wir in unserer Bewegung inne, sind irritiert und müssen uns neu orientieren, das heißt, die neuen Interpretationen müssen mit neuen Bewertungen versehen werden. Optische und akustische Empfindungen interagieren auch miteinander und nehmen einen permanenten Abgleich vor.

Sinneserfahrung aus der Interaktion von Erwartung und Empfindung entsteht.

Sounddesign erzeugt gezielt spezielle Klänge, die im Kopf der verschiedenen Menschen die erhofften Vorstellungen und Reaktionen auslösen

Weblinks

Quellen

Persönliche Werkzeuge