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Sound Strength in Active Acoustic Systems

Sat, 27 Sep 2025 17:20:26 GMT

Aktive Akustik und das Stärkemaß - ein Forschungsbeitrag von C. Frischmann und S. Neeten

Unsere Kollegen C. Frischmann von Rohde Acoustics und S. Neeten von Amadeus Acoustics haben kürzlich spannende Forschungsergebnisse im Bereich der Raumakustik vorgestellt. Auf der internationalen Konferenz Auditorium Acoustics in Bristol präsentierten sie ihren Artikel über " SOUND STRENGTH IN ACTIVE ACOUSTIC SYSTEMS" . Darin gehen sie der Frage nach, wie sich das Stärkemaß in Räumen durch den gezielten Einsatz aktiver Systeme präzise steuern und messen lässt – ein Thema mit hoher Relevanz für moderne Konzertsäle, Vortragsräume und weitere anspruchsvolle Hörumgebungen.

Preserving the sound of alpine glaciers

Thu, 10 Oct 2024 11:50:08 GMT

Un suono in estinzione - preserving the sound of alpine glaciers

Im heutigen Artikel verlassen wir unsere 4 Wände der Raumakustik und begeben uns hoch hinauf auf den Gletscher des Adamello im Naturpark Adamello Brenta in den italienischen Alpen. Dort hat Sergio Maggioni (Künstlername NEUNAU ), ein Wissenschaftler und Sound Artist gemeinsam mit einem Team von Fachleuten aus verschiedenen Bereichen 2020 ein wissenschaftliches und künstlerisches Projekt gestartet.

Das Projekt heißt „Un suono in estinzione“ was so viel bedeutet wie „ein vom Aussterben bedrohter Klang“ , und verfolgt das Ziel auf die Auswirkung des Klimawandels auf die Alpengletscher aufmerksam zu machen.

In der Pilotphase wurden vier Expeditionen auf den Adamello Gletscher durchgeführt. Durch den Einsatz von spezifischen bioakustischen Aufnahmegeräten wurden 2 Monate lang durchgehend Klänge aufgezeichnet. Die speziellen Mikrofone drangen tief in die Gletscherspalten ein und konnten so über 3800 Stunden akustische Aktivitäten aufnehmen.

Einige Klänge und Geräusche könnt ihr in der Soundcloud anhören.

Diese akustischen Phänomene, welche durch den Klimawandel immer häufiger auftreten, sind der Beweis, dass (italienische) Gletscher stetig schrumpfen. In den Alpen haben sie in nur 12 Jahren 13 % ihrer Fläche verloren.

Die gesammelten Daten werden nicht nur nützliche Informationen für künftige Generationen sein, sondern auch in Kunstinstallationen und Interaktionen mit digitalen Anwendungen ihren Platz finden.

Eine davon entstand schon im Jahre 2021 mit dem Namen „Schallablation“ . Unter Ablation im meteorologischen Sinn versteht man das Abschmelzen bzw. den Masseverlust von Gletschern. Die Installation erzählt 24 Stunden der Schmelztätigkeit des Adamello-Gletschers in Form von Klageliedern.

Wissenschaftlern zufolge sind 92 % der Alpengletscher vom Verschwinden bis zum Ende dieses Jahrhunderts bedroht.

Im folgenden Video seht ihr ein Timelapse, das von 2020 bis 2023 entstand und das Schmelzen des Gletschers zeigt.

Weitere Infos zum Projekt (in italienischer und englischer Sprache) findet ihr auf der Projektseite:

https://www.unsuonoinestinzione.eu/en

Gibt es die optimale Nachhallzeit?

Fri, 27 Sep 2024 08:43:56 GMT

In zahlreichen Studien, vor allem in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts, wurde versucht herauszufinden, welche Nachhallzeiten als optimal für verschiedene Nutzungsvarianten bzw. Veranstaltungstypen empfunden werden. Man gab dazu Versuchspersonen in einen Raum und ließ zum Beispiel ein Streichquartett musizieren. Nach und nach brachte man mehr Absorptionsflächen in den Raum ein und ließ die Versuchspersonen bewerten, ob sie die jeweilige Akustik als geeignet empfanden. Es stellte sich heraus, dass im Allgemeinen eine optimale Nachhallzeit für die jeweilige Nutzung des Raums feststellbar war. Waren die Nachhallzeiten länger oder kürzer als dieses Optimum, so wurde die Akustik jeweils als ungeeignet empfunden.

Diese optimalen Nachhallzeiten unterliegen subjektiven Streuungen. Jede Person hat eine etwas andere Empfindung, trotzdem konnte eine Normalverteilung festgestellt werden. Entscheidend ist aber, dass die optimalen Nachhallzeiten stark von der Raumnutzung und von der Raumgröße abhängig sind. Es ist zum Beispiel einleuchtend, dass Sprachveranstaltungen einer kürzeren Nachhallzeit für gute Sprachverständlichkeit bedürfen als z.B. eine Chorveranstaltung. Zudem tendiert unsere Erwartungshaltung für größere Räume in Richtung von längeren Nachhallzeiten. Dieser Anspruch resultiert hauptsächlich aus unseren Erfahrungen, da die meisten kleinen Räume eben kürzer nachhallen als größere Räume.

Diese Zusammenhänge wurden in der Literatur verknüpft und anschließend in Normen festgehalten, um sich als Standards etablieren zu können. Jedes Land hat dabei einen etwas unterschiedlichen Zugang. Einerseits durch den offensichtlichen Kulturunterschied, andererseits handelt es sich oftmals um ein Kosten/Nutzen-Problem, welches sich aus bauwirtschaftlichen Überlegungen ergibt.

Um hier einen direkten Vergleich mit den tatsächlichen Nachhallzeiten bekannter Opernhäuser und Konzertsäle darzustellen, sind im untenstehenden Bild die mittleren Nachhallzeiten dieser Säle über die jeweiligen Volumina dargestellt. Es ist ersichtlich, dass die Streuung relativ hoch ist, daher sind auch die Toleranzbereiche optimaler Nachhallzeiten relativ groß (± 20%).

Leo Beranek beschrieb in seinem Werk „Concert Halls and Opera Houses – Music, Acoustics and Architecture“ aus dem Jahre 1992 die wichtigsten Bauten aus aller Welt. Man sieht das zum einen die meisten Säle und Häuser ein Raumvolumen größer 10.000 m³ aufweisen und zum anderen die Nachhallzeiten sich zwischen 2,0 und 2,5 s sammeln. In der folgenden Grafik sind weiter die Nachhallzeiten über die Oktav-Frequenzbänder einiger berühmter Konzertsäle (im besetzten Zustand) ersichtlich.

Um einen Überblick auch für den Alltag zu bekommen sind in der Tabelle allgemein übliche Nachhallzeiten für verschiedene Raumkategorien angegeben.

Hör Dir abschließend einen Klang an, der dieselbe Nachhallzeit hat, aber in unterschiedlichen Volumina aufgenommen wurde.

In diesem Hörbeispiel wird eine Sprecherin in 2 sehr unterschiedlichen Räumen hörbargemacht. Einmal in der Berliner Philharmonie, einem klassichen Konzertsaal für ca. 2000 Personen, und einmal eine einer Klangskulptur aus Beton, in welche maximal 20 Personen passen. Die Grafik daraunter zeigt, dass die Nachhallzeiten jedoch in einem sehr ähnlichen Bereich liegen. Welcher Unterschied ist jedoch deutlich hörbar?

Philharmonie Berlin 26.000 m³

Tvisöngur Sound Sculpture ~100 m³

Dieser Text ist ein Auszug aus:

Fabio Kaiser, Francesca Tonetti, Raumakustik - wie man Räume hörgerecht besser gestaltet, Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG, 2024

Buchtipp: Raumakustik - Wie man Räume hörgerecht besser gestaltet

Tue, 13 Aug 2024 09:39:47 GMT

Raumakustik Lehrbuch

Raumakustische Bedingungen beeinflussen unser alltägliches Leben unscheinbar, aber eindeutig. Ob es um das tägliche Arbeiten im Büro geht, das Unterrichten in einem Hörsaal oder das Musizieren im Konzertsaal, die Raumakustik beeinflusst, wie gut all dies möglich ist. Werden optimale raumakustische Bedingungen erreicht, so sind die Grundlagen für effiziente Kommunikation, produktives Arbeiten und mitreißende Erlebnisse geschaffen.

In diesem kompakten Lehrbuch werden die grundlegenden Zusammenhänge der Raumakustik praxisnah erklärt, die Bausteine der Architektur anschaulich beschrieben und die Regeln guter Gestaltung erläutert. Die komplexen Zusammenhänge werden didaktisch geschickt anhand von Planungsbeispielen und Zusammenfassungen verdeutlicht. Ergänzt werden die Inhalte mit Interviews mit Größen der Branche aus der Praxis und dem Hochschulbereich (u. a. Eckhard Kahle, Michael Vorländer, Stefan Weinzierl, Jamilla Balint), welche ihre Erfahrungen und ihr Wissen mit den Leser:innen teilen.

Die Lehrbuchstruktur mit Beispielen, Aufgaben und Lösungen trägt zum nachhaltigen Verständnis wesentlich bei. Online stehen ergänzende Materialien zu den Buchinhalten in Form von Hörbeispielen , Videobeiträgen und Interviews zur Verfügung.

Fabio Kaiser und Francesca Tonetti

eISBN: 978-3-446-48104-6

Print ISBN: 978-3-446-48084-1

Die Schallabsorptionsgrade

Wed, 16 Aug 2023 15:07:50 GMT

Schallabsorptionsgrad ≠ praktischer Schallabsorptionsgrad ≠ bewerteter Schallabsorptionsgrad

In der DIN EN ISO 354 wird beschrieben, wie der Schallabsorptionsgrad α _s eines flächenhaften Absorbers zu berechnen ist. Der Absorber wird im Hallraum geprüft. Dabei bestimmen die äquivalente Schallabsorptionsfläche und die Fläche, die er beim Einbau überdeckt, den Schallabsorptionsgrad:

Die äquivalente Schallabsorptionsfläche ist frequenzabhängig und wird in Terzbänder angegeben, folglich ist auch αs frequenzabhängig.

Nach DIN EN ISO 11654 ergibt sich aus dem spezifischen Schallabsorptionsgrad eines Objekts αs (in Terzen i) der praktische Schallabsorptionsgrad αP (in Oktaven i):

Die zweite Dezimale wird dabei in Schritten von 0,05 gerundet. Die folgende Tabelle zeigt ein Beispiel.

Aus dem praktischen Schallabsorptionsgrad kann der bewertete Schallabsorptionsgrad erschlossen werden.

Zunächst wird eine Bezugskurve in 0,05-Schritten so in Richtung der α _Pi verschoben, dass die Summe der ungünstigen Abweichungen maximal 0,10 beträgt. Ungünstige Abweichung bedeutet in diesem Fall, dass der Messwert (α _P ) kleiner als der Bezugswert ist. Ist die Verschiebung erfolgt, wird der Wert der verschobenen Bezugskurve bei 500Hz abgelesen - dieser entspricht dem bewerteten Schallabsorptionsgrad α _w . Gibt es allerdings eine Überschreitung des praktischen Schallabsorptionsgrads von mehr als 0,25 in einem der Oktavbänder, wird ein sogenannter Formindikator mitangegeben: L, wenn die Überschreitung bei 250 Hz erfolgt, M bei 500 Hz oder 1000 Hz und H bei 2000 Hz oder 4000 Hz. Der bewertete Schallabsorptionsgrad α _w bestimmt nach Norm auch die Schallabsorberklasse.

In der Praxis diese werden diese Schallabsorberklassen sehr häufig verwendet, sollten dem/der Akustiker*in jedoch fremd sein und nur Marketing- und Verkaufszwecken dienlich sein! Aber wieso?

Betrachten wir zwei unterschiedliche Absorber:

Eine gelochte Gipskartonplatte mit gerader Rundlochung, 200 mm angehängt mit einem bewerteten Schallabsorptionsgrad α _w = 0,5.
Ein 25 mm dickes PET-Vlies, 200 mm abgehängt mit einem bewerteten Schallabsorptionsgrad α _w = 0,55.

Die Absorber scheinen mit der Bewertung durch diesen Einzahlwert sehr ähnlich zu sein und fallen sogar in dieselbe Absorberklasse. Schauen wir uns aber den frequenzabhängigen Verlauf von α _s an.

Abbildung 1: Frequenzabhängiger Verlauf des Schallabsorptionsgrades α _S . Links: Gipskarton gelocht, gerade Rundlochung, 200 mm abgehängt. Rechts: 25 mm dickes PET-Vlies, 200 mm abgehängt.

Es ist eindeutig erkennbar, dass das Absorptionsverhalten der beiden Materialien keineswegs ähnlich ist. Die Kurve für die Gipskartonplatte ist eher flach und über den gesamten, betrachteten Frequenzbereich ähnlich. Der Verlauf des Absorptionsgrades vom PET- Vlies variiert hingegen von den tiefen Frequenzen zu den hohen hin sehr stark.

Die beiden Materialien können also keineswegs in gleicher Weise eingesetzt werden und dasselbe Ziel erreichen!

Die einzigartige Akustik der Amphitheater

Thu, 13 Jul 2023 10:23:10 GMT

Die einzigartige Akustik der Amphitheater: Mythos oder Wissenschaft?

Wer schon mal für einen gemütlichen Urlaub den Mittelmeerraum oder Nahen Osten bereist hat, kennt die Geschichte vom Streichholz: man zündet es ganz unten auf der Bühne des Amphitheaters an und hört das Zischen bis ans andere Ende, als ob es wenige Millimeter entfernt wäre. Wie funktioniert das?

Als Akustiker wird man häufig mit dieser Frage überrascht und eine klare Antwort fällt nicht immer leicht. Inwiefern stimmen solche Aussagen? Und falls sie zutreffen, wie hat man vor fast 2000 Jahren ohne technische Mittel und wissenschaftliche Kenntnisse eine derartige Akustik erreicht?

Akustisch „berühmte“ Amphitheater

Wer über Akustik der Amphitheater diskutiert, spricht oft vom Epidauros: das Theater befindet sich in der gleichnamigen Stadt auf dem griechischen Peloponnes. Es wurde im 4. Jahrhundert v. Chr. erbaut und bietet nach einem Umbau bis zu 12.000 Besuchern Platz.

Ein weiteres bekanntes Beispiel ist das römische Theater von Amman. Um ca. 150 n.Chr. erbaut und mit 6.000 Sitzplätzen versorgt, wird dieses Theater heutzutage noch für diverse Veranstaltungen verwendet und steht für eine akustische Sehenswürdigkeit in Jordanien.

Weitere römische und griechische Theater wie die Arena Pula, das Theater in Merida und viele andere sind ebenso bekannt für ihre ausgezeichnete Akustik. Aber woran könnte das liegen? Hat es was mit der typischen Halbkreisgeometrie zu tun? Hat die Verteilung und die Segmentierung der Sitzplätze einen Einfluss darauf? Welche akustischen Eigenschaften besitzen die Baumaterialien und inwiefern tragen sie der guten Akustik bei?

Wissenschaftliche Studien

Viele Theorien wurden unter den Laien, aber auch in wissenschaftlichen Kreisen diskutiert: von den Gerüchten, dass sich unter manchen Amphitheatern riesige geheime Resonatoren befinden bis zu den Thesen, dass Amphitheater entlang der Windrichtung gebaut wurden, so dass der Wind den Schall zum Publikum lenkt.

Um nicht von der Vielzahl von Annahmen überwältigt zu werden, gehen wir die einzelnen Bauelemente, ausgehend von der Bühne, Schritt für Schritt durch.

Auf der Bühne sind drei akustisch relevante Komponenten zu finden:

Eine stark reflektierende Rückwand, die den Schall von der Bühne zum Publikum reflektiert.
Eine erhöhte Podiumsfläche (die sogenannte Logeion), auf der sich die Hauptdarsteller befinden.
Eine stark reflektierende kreisförmige Bodenfläche vor dem Publikum (das sogenannte Orchestra), die normalerweise aus Marmor besteht und den Schall ebenso zum Publikumsbereich (Cavea) reflektiert.

Es ist also ersichtlich, dass die Geometrie der Bühne frühe Reflexionen begünstigt, die für die Sprachverständlichkeit entscheidend sind.

Alle diese Baueigenschaften sind beim Theater in Amman zu finden. Aber auch im Epidauros, bei dem die Logeion und die reflektierende Rückwand den Test der Zeit nicht bestanden haben (siehe Abbildung 1), ist heutzutage noch eine exzellente Akustik zu berichten. Das bedeutet es befinden sich auch außerhalb der Bühne Elemente, die einer guten Akustik und Sprachverständlichkeit beitragen.

Nach einer Studie von Declercq et. al. ist nicht nur der spezifische Bühnenaufbau, sondern auch der Abstand der regelmäßig aufsteigenden Stufen von großer Bedeutung. Aufgrund dieses Abstands entsteht eine Streuung der hohen Frequenzen. Die tieferen Frequenzen werden von diesem Effekt hingegen nicht beeinflusst. Die typische Frequenz, ab der dieser Effekt eine Rolle spielt, unterscheidet sich von einem Amphitheater zum anderen und hängt vom Abstand der Stufen ab, wie z.B.:

Pergamon mit Λ = 1.6m und = 300 Hz;
Epidauros mit Λ = 0.83m und = 530 Hz;
Aphrodisias mit Λ = 0.74m und = 600 Hz;

Demnach: je größer der Abstand, desto tiefer die Grenzfrequenz bzw. desto länger die „Grenzwellenlänge“. Dieser Effekt ist vorteilhaft, weil genau der Frequenzbereich oberhalb dieser Frequenzen entscheidend für die Sprachverständlichkeit ist (Obertöne der menschlichen Sprache). Auf der anderen Seite sind die Störgeräusche (Publikumsschritte, Windgeräusche, usw.) eher im Bereich bis 500 Hz und bleiben durch den Effekt unverstärkt.

Der Effekt wurde auch indirekt durch eine weitere Studie von Bevilacqua et.al. bestätigt. Diese belegte, dass ein Anstieg der Nachhallzeiten ab einer bestimmten Frequenz passiert. Das heißt, die mittleren und hohen Frequenzen werden im Vergleich zu den tiefen Frequenzen mehr reflektiert bzw. gestreut. In einem geschlossenen Raum würde dies nicht unbedingt eine bessere Sprachverständlichkeit hervorrufen, in einem Amphitheater bzw. im Freien dagegen führt es zu einer Verstärkung des Direktschalls. Dieser fällt im Freien proportional dem Quadrat der Entfernung ab und somit ist die Verstärkung, die sich durch die erhöhte Nachhallzeit äußert, von Bedeutung.

Zusammenfassung

Es sind nicht nur die reflektierenden Bühnenelemente, die den Schall ins Publikum lenken, sondern auch die geometrischen Abmessungen und Abstände der Stufen für die Akustik der Amphitheater zuständig. Die Stufen wirken wie ein Hochpassfilter, indem sie die tieffrequenten Störgeräusche unterdrücken und die mittel- und hochfrequenten Sprachanteile durch die Streuung anheben.

Ergo, beim nächsten Urlaub in Griechenland oder Spanien – unbedingt einen Besuch in ein Amphitheater einplanen!

Quellen

[1] Goussios C., Sevastiadis C., Chourmouziadou K., Kalliris G, “Epidaurus: Comments on the Acoustics of the legendary ancient Greek theatre”, AES Convention Paper, 2009.

[2] Helmut V. Fuchs, “Raumakustik und Lärmminderung, Abschnitt 11.8: Amphitheater als Vorbilder”, Springer Vieweg, 4. Auflage, 2017.

[3] Declercq N.F., Dekeyser C. S. A., “Acoustic diffraction effects at the Hellenistic amphitheater of Epidaurus: Seat rows responsible for the marvelous acoustics”, The Journal of the Acoustical Society of America, 2007.

[4] Bevilacqua A., Ciaburro G., Iannace G., Lombardi I., Trematerra A., “Acoustic design of a new shell to be placed in the Roman amphitheater located in Santa Maria Capua Vetere”, Applied Acoustics, 2021.

Dieser Text ist in Zusammenarbeit mit Lazar Radovanovic entstanden.

Die Akustik im Musikverein Wien

Wed, 05 Jul 2023 08:35:19 GMT

„Die Gesellschaft der Musikfreunde in Wien hatte längst empfinden müssen, dass die ihr zu Gebote stehenden Räumlichkeiten in der Stadt unter den Tuchlauben weder für ihre Zwecke des Konservatoriums noch für die Konzerte mehr genügen.“

Theophil Hansen aus „Allgemeine Bauzeitung“ aus dem Jahre 1870

Am 5. Jänner 1870 fand die Schlusssteinlegung des neuen Konzertgebäudes mit dem Kaiser statt. Bereits am darauffolgenden Tag gab es ein Eröffnungskonzert, bei dem das Orchester, Solisten und ein Chor die zahlreichen Facetten des Saals preisgaben. Der dänische Architekt, Theophil Hansen, der zuvor in Griechenland studierte und tätig war, schuf in drei Jahren ein wahrhaft akustisches Meisterwerk - einen Tempel für die Musik.

Der große Saal mit seinen zahlreichen, akustisch essenziellen Elementen

Der Saal hat eine rechteckige Grundfläche von 48,9 m × 19,1 m und eine Höhe von 17,75m. Daraus ergibt sich eine 16.000 m ³ große „Schuhschachtel“. Diese Form ist bereits das erste akustisch günstige Element. Laut einer Umfrage aus dem Jahre 2003 von L. L. Beranek gelten Konzertsäle mit der klassischen Quaderform als akustisch vorteilhaft. In der Studie bewerteten Zuhörer:innen den einhüllenden, starken und resonanten Klang solcher Säle als besonders positives Erlebnis.

Das nächste förderliche Bauelement sind die glatten Seitenwände im Zusammenspiel mit den hölzernen, hohlen Karyatiden. Auch der tiefe, sich über die gesamte Seitenwand ziehende, Balkon spielt eine wesentliche Rolle für die optimale Akustik im Saal. Die flachen und stabilen Seitenwände und der Balkon sorgen für starke seitliche Reflexionen in einem breiten Frequenzbereich. Aufgrund der Form des menschlichen Kopfes sind frühe seitliche Reflexionen für die Wahrnehmung sehr wichtig. Die Energie im Hochtonbereich, welche innerhalb von 80 ms nach dem Direktschall beim Hörer eintrifft, garantiert einerseits Brillanz bei hoher Dynamik und andrerseits ein starkes Hörerlebnis durch das „Erwachen“ des Saals bei steigender Spieldynamik vom Pianissimo bis zum Fortissimo. Die vertikalen Elemente führen zu Winkelreflexionen im Ausmaß etwa bis zur doppelten Wellenlänge der Balkontiefe. Wichtig ist dabei, dass der reflektierte Schall das Publikum in einem erhöhten Winkel erreicht. Nur dann kann die Dämpfung der hohen Frequenzen durch die benachbarten Zuschauer minimiert werden. Das Gleichgewicht zwischen glatten und streuenden Oberflächen ist wesentlich für ein optimales Klangerlebnis. Eine zu starke Streuung verringert nämlich die Klarheit der Musik, die Qualität der Bässe und verschlechtert die Lokalisierung der Quellen.

Ein dritter wesentlicher Baustein ist eine hohe, kassettierte Decke. Dadurch wird sichergestellt, dass seitliche Reflexionen vor den Deckenreflexionen im Publikum ankommen und eine gute Entwicklung des späten Nachhalls ermöglichen. Dabei entsteht ein Gleichgewicht zwischen einem klaren Klang und aber einem einhüllenden Klangerlebnis. Auch reflektieren die Kassetten einerseits den Schall zurück auf die Bühne, was den Artisten und Artistinnen das Zusammenspiel erleichtert, andrerseits reduzieren sie die tatsächliche Stärke der Deckenreflexionen.

Zwei Besonderheiten, die in kaum einem anderen Konzertsaal der Welt vorhanden sind, sind die hölzerne Decke, die am Dachstuhl aufgehängt und nicht fest verbunden ist. Zusätzlich befindet sich unter dem Parkett ein riesiger Hohlraum, in dem die Bestuhlung bei Bedarf vollständig verstaut werden kann. Die exakte akustische Wirkung dieser Elemente ist jedoch nicht wissenschaftlich belegt.

Für die ideale Ausbreitung der tiefen Frequenzen wirken die Konstruktion der Bühne und die nach unten offenen Sitzreihen gut zusammen. Unter der eigenen Helmholtz-Resonanz strahlt ein Instrument nur schwach ab - beim Kontrabass liegt diese bei etwas 60 Hz. Gespielt werden aber Töne mit Grundfrequenzen bis zu 33 Hz. Durch die Verbindung über den Stachel mit dem Bühnenboden, wirkt dieser als resonante Struktur und verstärkt die Ausbreitung der tiefen Frequenzen. Die Verteilung im Raum wird dann garantiert, wenn der Schall, über dem flachen Boden, die Sitze unterlaufen kann.
Über die optimalen Eigenschaften der Bühnenrückwand sind sich Akustiker:innen noch nicht gänzlich einig. Nach derzeitigem Verständnis tendieren die Meinungen zu einer absorbierenden Lösung.

Worüber sie jedoch einer Meinung sind, ist die wesentliche Rolle der Nachhallzeit in einem Konzertsaal, der für klassische Orchestermusik ausgelegt ist. Abbildung xx und Abbildung xx zeigen die unterschiedliche Nachhallzeit-Kurven für den besetzten und unbesetzten Zustand. Es ist erkennbar, dass die Nachhallzeit im unbesetzten Zustand bei 1000 Hz bei ~3 Sekunden und im besetzten Zustand bei ~2 Sekunden liegt. Das ist ein bedeutender Unterschied von einer Sekunde. Zusätzlich steigt die Nachhallzeit zu den tiefen Frequenzen an. Diese Kurvenform hat sich für klassische und romantische Orchestermusiker als sehr gut geeignet herausgestellt und die Werte liegen im besetzten Zustand für den großen Saal liegen im optimalen Bereich. Ein längere Nachhallzeit würde bedeuten das der Klang verschwimmt, eine kürzere Nachhallzeit würde bedeuten, dass es zu trocken wirkt.

All diese akustisch-wertvollen Elemente wurden vom Architekten nicht exakt berechnet, trotzdem folgte Theophil von Hansen einem sinnvollen architektonischen Konzept und schuf den Kronjuwelen unter den Konzertsälen. Nicht zu vergessen ist aber die geschichtliche Prägung, die dieser Saal erfuhr. Die berühmtesten Komponisten und Dirigenten waren und sind hier zu Gast, die renommierten Wiener Philharmoniker sind hier zu Hause und das alljährliche Neujahrskonzert verzaubert weltweit zahlreiche Zuhörer:innen.

Der berühmte Dirigent Zubin Mehta gab in einem Interview sogar preis, es sei der beste Saal der Welt:

„Man kann tun was man will, es klingt gut - falsche Noten klingen gut. […] Man kann ihn mit dem banalen Wort Akustik nicht beschreiben.”

Allein deswegen ist ein Besuch im Musikverein wärmstens zu empfehlen.

P.S.: Geheimtipp: Die Tonkünstler Niederösterreich sind ein hervorragendes Orchester und spielen regelmäßig zu erschwinglichen Preisen im Musikverein.

Quellen:

https://anno.onb.ac.at/cgi-content/anno- plus?apm=0&aid=abz&datum=18700003&seite=00000028
https://www.musikverein.at/saele
https://planet-vienna.com/musikverein/
Lokki Tapio¸ Pätynen, Jukka; Architectural Features That Make Music Bloom in Concert Halls, Acoustics, Published: 22/05/2019
K.-H. Lorenz-Kierakiewitz & M. Vercammen, Acoustical Survey of 25 European Concert Halls, Nag/Daga Rotterdam 2009

Konzertsaalakustik 3 - Ein Hörversuch von Antti Kuusinen und Tapio Lokki

Thu, 30 Mar 2023 07:58:29 GMT

Ein Hörexperiment von Antti Kuusinen und Tapio Lokki

In der Welt der klassischen Musik können die einzigartigen, akustischen Eigenschaften eines jeden Konzertsaals eine wesentliche Rolle für den Klang einer Aufführung spielen. MusikerInnen und DirigentInnen wählen, wenn möglich, ein bestimmtes Repertoire in Abhängigkeit der Aufführungsorte und damit der Akustik des Saals. Dadurch soll der bestmögliche Klang erzielt werden.

Wie die Studie von Kuusinen und Lokki zeigt, kann es jedoch schwierig sein, einzelne Konzertsäle allein anhand des Klangs einer in diesem Raum gemachten Aufnahme zu identifizieren. Ziel der Studie im Jahr 2020 war es herauszufinden, wie schwierig es für HörerInnen ist, Konzertsäle durch Hörbeispiele zu identifizieren. Diese Beispiele umfassten Auszüge aus Beethovens Symphonie Nr. 7 sowie Violinen Solos, welche jeweils in den einzelnen Konzertsälen auralisiert wurden. Verglichen wurden 4 Konzertsäle mit teils unterschiedlichen Architekturen:

• Zwei „Schuhschachtelförmige“ Säle: Amsterdam Concertgebouw (AC), Münchner Herkulessaal (MH)

• Ein „Weinbergförmiger“ Saal: Berliner Philharmonie (BP)

• Ein „Fächerförmiger“–Saal: Kölner Philharmonie (CP)

Die Methoden

Um die akustischen Eigenschaften zu erfassen, wurde zunächst in jedem Konzertsaal die Raumimpulsantwort (Room Impulse Response – RIR) gemessen. Die Empfängerposition wurde 19 Meter hinter der ersten Violine gewählt (Abbildung 1). Es zeichnete sich auch aufgrund der RIR Ergebnisse ab, welche Säle leichter und welche eher schwieriger zu unterscheiden wären. Die sehr ähnlichen Nachhallzeiten (T20) von MH und AC deuteten auf mögliche Schwierigkeiten, die beiden Säle beim Hörversuch voneinander zu unterscheiden.

Die im schalltoten Raum aufgenommenen Hörbeispiele wurden ebenfalls in den jeweiligen Konzertsälen mithilfe eines aufgebauten Lautsprecherorchesters auralisiert. Um die Ausbreitungsrichtung der einzelnen Instrumente rückverfolgen zu können, wurde die Spatial Decomposition Method (SDM) verwendet.

Kurz gesagt: Die Schallwelle braucht eine gewisse Zeit, bis sie vom Lautsprecher zum Mikrofonarray gelangt – je weiter der Abstand, desto länger benötigt sie. Mithilfe dieser Ankunftszeitdifferenz können die ursprünglichen Positionen der Lautsprecher (o.a. des Instruments im Orchester) berechnet und für den Hörer detailgetreu wiedergegeben werden. Das Setup für das Experiment wurde in einem schalltoten Raum eingerichtet und bestand aus 44 aktiven Lautsprechern, welche dreidimensional angeordnet wurden.

Der Hörversuch – Same vs. Different Condition

Das Grundziel des Versuchs war es, die Referenz (Stimulus) einem richtigen aus vier Vergleichsklängen (A, B, C oder D) zuzuordnen. Ein Konzertsaal aus den vier Vergleichen stimmte mit jenem aus der Referenz überein.

Die Krux dabei: Das Experiment unterlag einer same und einer different condition. Bei der same condition enthielten sowohl die Referenz als auch die Vergleichsklänge exakt dasselbe Hörbeispiel. Dagegen wurden bei der different condition beispielsweise zwei unterschiedliche Passagen aus Beethovens Symphonie Nr.7 gegenübergestellt – was die Schwierigkeit deutlich erhöhte. Weiters war die Zusammensetzung der Teilnehmer sehr variabel: das Feld erstreckte sich von professionellen Musikern und Musikerinnen und TontechnikerInnen bis hin zu eher unerfahrenen MusikhörerInnen. Die ProbandInnen konnten die einzelnen Versuche beliebig oft wiederholen, jedoch nicht zwischen den Samples durchwechseln.

Die Ergebnisse

Die Resultate zeigten ein klares Ergebnis: Bei der same condition (also bei Gegenüberstellung der gleichen Samples) lag die Quote der richtigen Antworten bei 73,5% - bei der different condition nur bei 36,5%. Weiters zeigten sich nur leichte Unterschiede zwischen der Beethoven Passage und dem Violinen Solo. Laut den Autoren ist die menschliche Wahrnehmung im Stande, bei der same condition eine Art Ausschlussverfahren anzuwenden. Unser Gehirn erkennt, welches der vier Hörbeispiele am besten mit der Referenz korreliert. Wenn sich allerdings der Vergleichsklang zur Referenz ändert, ist diese Methode nicht mehr oder schlechter anwendbar.

Ebenfalls bemerkenswert: Es bestand bei der different

condition kein signifikanter Unterschied zwischen erfahrenen und eher unerfahreneren Hörern.

Hier stellt sich die Frage: Ist das menschliche Gehör überhaupt im Stande, bestimmte, akustische Zustände zu erkennen, wenn Räume mit unterschiedlichen Signalen angeregt werden?

Was jedenfalls feststeht: das menschliche Gehör kann akustische Ähnlichkeiten oder Unterschiede wahrnehmen. Dies zeigte sich im Experiment dadurch, dass bei falscher Antwort sehr oft Hallen verwechselt wurden, welche sehr ähnliche akustische Eigenschaften haben – nämlich, wie vermutet, der Münchner Herkulessaal und das Concertgebouw Amsterdam.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Studie von Antti Kuusinen und Tapio Lokki die komplexe Beziehung zwischen der Akustik eines Konzertsaals und der darin gespielten Musik beleuchtet. Dennoch ergeben sich viele weitere interessante Fragen, welche in Zukunft untersucht werden könnten.

Wie sähen die Ergebnisse bei Konzerthallen, welche sehr ähnliche bzw. sehr unterschiedliche akustische Eigenschaften haben, aus?

Wie funktioniert die Zuordnung bei Klängen, welche sehr unterschiedliche Anregungscharakteristiken haben, wie zum Beispiel eine Violine im Vergleich zu einer Posaune?

Quellen:

Antti Kuusinen, Tapio Lokki 2020: Recognizing individual concert halls is difficult when listening to the acoustics with different musical passages
Sakari Tervo et al. 2013: Spatial Decomposition Method for Room Impulse
Responses
Pätynen et al. 2008: Anechoic recording system for symphony orchestra
https://vocal.com/dereverberation/room-impulse-response/

Hinweis:

Dieser Text ist in Zusammenarbeit mit Julian Geitzenauer (FH St. Pölten) entstanden.

Akustik im Konferenzraum

Thu, 02 Feb 2023 08:45:33 GMT

Nachhallzeitmessung im Konferenzraum unseres neuen Büros in Wien

Wer schon einmal umgezogen ist kennt es: leere Räume mit extrem langer Nachhallzeit, die vielleicht zum Singen einladen aber Unterhaltungen quasi unmöglich machen. So war das vor kurzem auch bei uns. Wir sind in ein neues Büro gezogen und unser Konferenzraum hat der Nachhallzeit des Wiener Stephansdoms Konkurrenz gemacht… Für Besprechungen ist das eher suboptimal! Wie es sich für ein Akustikbüro gehört, hatten wir schon geeignete Absorber zur Hand und ich durfte Schritt für Schritt erst Bassfallen und dann Wandpaneele in den Raum stellen, um deren Wirkung zu messen und zu dokumentieren. Der folgende Artikel soll zeigen, wie die akustischen Maßnahmen in unserem Meetingraum gewirkt haben. Wer nicht so gerne liest, kann sich die Ergebnisse auch gleich anhören und -sehen:

Zunächst nochmal eine kurze Wiederholung, was es eigentlich mit der Nachhallzeit auf sich hat und wie diese mit der Absorption zusammenhängt:

Die RT ₆₀ (Nachhallzeit) beschreibt die Zeitspanne, innerhalb der sich der Schalldruckpegel nach Verstummen einer Schallquelle in einem Raum um 60 dB verringert. Nach W. C. Sabine lässt sich die Nachhallzeit eines Raumes aus dessen Volumen und äquivalenter Absorptionsfläche berechnen:

V = Volumen [m ³ ]

A = Äquivalente Absorptionsfläche [m ² ]

Die äquivalente Absorptionsfläche ergibt sich aus

wobei S _ges der gesamten Fläche und α _ges dem durchschnittlichen Schallabsorptionsgrad der absorbierenden Materialien entspricht. Die äquivalente Absorptionsfläche wird für jedes Oktavband (oder Terzband) einzeln betrachtet. Anhand dieser Beziehungen lässt sich die erforderliche äquivalente Absorptionsfläche einfach berechnen, um eine gewünschte Nachhallzeit zu erzielen. Andersherum lässt sich auch aus zwei gemessenen Nachhallzeiten die akustische Wirkung von Absorbern in einem Raum bestimmen.

Was ist die Anforderung an die Nachhallzeit in einem Besprechungsraum?

Orientiert man sich an der ÖNORM B 8115-3, Hörsamkeit, mit der Raumnutzung „Kommunikation“, so ergibt sich für unseren Meetingraum eine optimale Nachhallzeit von 0,45 Sekunden.

Dass der leere Raum die Anforderung nicht erfüllt, lässt sich auch ohne Messung sicher sagen… aber wie lang ist die Nachhallzeit? Was schätzt du?

Bevor wir nun deine Schätzung mit einer Messung vergleichen, noch ein paar Infos für das Messprotokoll: Ganz leer ist der Raum natürlich nicht, neben mir selbst befindet sich ein kleiner Tisch für den Laptop, das Messequipment und eine Kamera in ihm. Als Messimpuls dient das Zerplatzen eines Papiersackerls. Pro Setup wird allerdings nur einmal gemessen, es findet also keine Mittelung über mehrere Messzyklen mit unabhängigen Sender-Quell-Positionen statt. Für eine normgerechte Messung müsste die Messung daher genauer durchgeführt werden (sh. Normen).

Wie erwartet, ist die Nachhallzeit im leeren Raum um einiges zu lang. Sie bewegt sich im gesamten Frequenzbereich zwischen 1,5 und 2 Sekunden – ungefähr vier Mal länger, als die Norm es verlangt.

Um zuerst einmal die tiefen Frequenzen in den Griff zu kriegen, kommen vier Basstraps in den Raum – eine in jede Ecke. In den Ecken sind Bassfallen am effektivsten, da sich aufgrund der Raummoden dort sehr viel Energie sammelt und dadurch genau dort besonders viel davon dem Schall entzogen werden kann.

Wie erwartet, werden durch die Basstraps vor Allem die tiefen Frequenzen gedämpft. Bisher befindet sich jedoch keines der Oktavbänder innerhalb des Toleranzbereiches.

So klingt der Raum mit den Basstraps:

Schallabsorber werden in Hallräumen vermessen, um Aussagen über deren äquivalente Absorptionsfläche zu treffen. Anhand der zwei bisher durchgeführten Messungen lässt sich über die Sabine’sche Nachhallzeitformel leicht die äquivalente Absorptionsfläche der vier Bassfallen in unserem spezifischen Fall berechnen:

Im nächsten Schritt wurden vier Wandpaneele der Firma Ecophon in den Raum gestellt (Vielen Dank an Sebastian Kraync und Torsten Siemering von Ecophon!). Die 2,7 x 1,2 m großen Absorber lehnen an den beiden langen Raumseiten.

Durch die Wandpaneele hat sich die Nachhallzeit vor allem im mittleren und hohen Frequenzbereich verringert – allerdings nicht sonderlich gleichmäßig über die Oktaven hinweg.

Kürzere Nachhallzeit, aber dafür ein Parade- Flatterecho ! Die Absorber sind ungeschickt verteilt, sodass Decke und Boden und die zwei kurzen Wandseiten jeweils parallele, reflektierende Flächen bilden. Das dadurch entstehende Flatterecho ist anhand der Nachhallzeit bei 1 bis 2 kHz und der Impulsantwort gut sichtbar.

In dem Energy Decay Diagramm fallen zwar keine einzelnen herausstechenden Peaks auf, es ist jedoch ab -40 dB eine starke Periodizität zu erkennen, was mit dem Klang des Flatterechos gut zusammenpasst:

Anstatt nun panisch noch mehr Absorber zu bestellen, lohnt es sich kurz zu überlegen, wie man die Absorber sinnvoll im Raum anordnen könnte. Wichtig dabei ist, dass bei parallelen Wänden zumindest eine davon mit absorbierendem Material ausgestattet ist. So lassen sich Flatterechos vermeiden. Zudem ist es ratsam die Absorber möglichst gleichmäßig zu verteilen.

Et voilá – das Flatterecho ist nicht mehr zuhören…

…und die Nachhallzeit befindet sich bis auf in der 125 Hz Oktave im vorgeschriebenen Toleranzbereich, trotz gleicher Menge an absorbierendem Material im Raum. Deshalb unbedingt merken: die Anordnung der Absorber ist sehr entscheidend!

Nochmal in anderen Worten: Die äquivalente Absorptionsfläche der vier Wandpaneele hat sich durch die neue Anordnung der ohnehin vorhandenen Absorber deutlich vergrößert. Und zwar um…

Hier nochmal die Verschiedenen Anordnungen zum anhören und -sehen:

Falls du die Akustik in einem Konferenzraum verbessern möchtest, beachte folgende Tipps:

Wähle geeignete Absorber um die Nachhallzeit im gesamten Frequenzbereich anzupassen
Die Anordnung der Absorber ist entscheidend
Basstraps in Ecken, um möglichst gut tiefe Frequenzen abzuschwächen
Keine parallelen reflektierenden Wände um Flatterechos zu vermeiden – einfach eine der zwei Wände mit Absorbern ausstatten

Die Akustik der Philharmonie de Paris

Thu, 12 Jan 2023 08:59:19 GMT

Philharmonie de Paris

Seit ihrer Eröffnung am 14. Jänner 2015 bereichert die Philharmonie de Paris die französische Hauptstadt mit einem vielfältigen musikalischen Angebot und zieht namhafte Künstler aus aller Welt an. Gelegen im 19. Arrondissement, am nord-östlichem Rand der Stadt, soll sie als Brücke zwischen Ville de Paris und Île-de-France, also der eigentlichen Stadt und ihren umliegenden Vororten fungieren. Darüber hinaus soll hier durch ein breites Spektrum an Musikgenres ein vielschichtiges Publikum zusammenkommen.

Die Philharmonie de Paris beherbergt neben dem mit 2400 Sitzen größten Konzertsaal in Frankreich, auch Austellungräumlichkeiten, Musikstudios, Übungs- und Konferenzräume.

Das Gebäude dient unter anderem dem Orchestre de Paris, dem Ensemble Intercontemporain, Les Arts Florissants, dem Orchestre de Chambre de Paris und dem Orchestre National d’Ile de France als Spielort. Aufmerksamkeit erregte das Gebäude nicht nur wegen seiner architektonischen und akustischen Ambitionen, sondern vor allem durch die während ihrer Realisierung entstandenen Kontroversen, welche in erst vor Kurzem abgeschlossenen gerichtlichen Auseinandersetzungen endeten.

Der Grundstein für die Philharmonie de Paris wurde 2007 mit der Ausschreibung eines zweistufigen internationalen Wettbewerbes gelegt. Dabei waren Kahle Acoustics , in Zusammenarbeit mit Altia Acoustique (letztere als Bauakustiker) für das Akustikprogramm und die akustischen Aspekte des Wettbewerbs verantwortlich. Ein Hauptaugenmerk lag auf architektonischen und akustischen Entwürfen zu einem 2400 Sitzplatz großen Konzertsaal mit einer Volumenkennzahl von ca. 12-13 m³ pro Platz . Dieser sollte mit innovativem Design die traditionelle „Shoe-Box“ ablösen und so dem Wunsch nach musikalischer Vielfältigkeit nachkommen. Aus 98 Mitbewerbern, setzte sich der Entwurf des Atelier Jean Nouvel in Zusammenarbeit mit Marshall Day Acoustics durch.

La Grande salle Pierre Boulez

Herzstück der Philharmonie ist der große Konzertsaal, welcher aufgrund seiner Größe und den hohen Anforderungen an Flexibilität, Akustik und Architektur eine große Herausforderung für die Planer darstellte. Dafür wurden insgesamt drei akustische Konsulenten zu Rate gezogen: Nagata Acoustics, Marshall Day Acoustics und Studio DAP . Letztere konzentrierten sich auf die Lärmisolierung des Gebäudes.

Schon im Wettbewerb mussten konkrete Lösungsvorschläge gebracht werden, welche erst digital und später in einem physischen Modell erprobt wurden. Für ein optimales Ergebnis war es essenziell, dass die diversen Fachdisziplinen frühestmöglich zusammen an Ideen arbeiteten. Die Entwicklung einer Art „Toolbox“ für die Architekten, also ein grober Rahmen, der zur akustischen Bewertung von frühen Designstudien zu Rate gezogen werden konnte, war hierbei ausschlaggebend. Dadurch sollte ein kreativer Workflow beibehalten werden, der die Architekten bei ihrer Entscheidungsfindung unterstützt.

Beispielsweise wurden erste Studien nach ihrer e arly acoustic efficiency überprüft. Diese Kenngröße gibt erste Auskünfte über frühe Reflexionen im Raum und kann mit vergleichsweise wenig Aufwand aus Zeichnungen ermittelt werden. Hierbei werden reflektierende Oberflächen, die nicht weiter als 15 m von der Bühne entfernt sind nach ihren Eigenschaften wie z.B. Ausrichtung und Neigung bewertet und in Listen zusammengefasst. Die Summe der Flächen sollte bei einem Saal dieser Größe 1400 m ² übersteigen. Diese Spezifikation wurde von Kahle Acoustics bereits als Angabe in den Wettbewerbsunterlagen festgelegt.

Die Ambitionen den Konzertsaal für unterschiedliche musikalische und performative Zwecke nützen zu können, erforderten einen Raum, der verschiedene Konfigurationen zulässt. Man wollte einerseits vom akustisch günstigen, aber in seiner Nutzung eingeschränkten Schuhschachtel Design abweichen, sich jedoch nicht nur auf die mittlerweile vielfach angewendete Weingarten Typologie beschränken. Eine frontale Bühne soll ebenso möglich sein, wie eine vom Publikum umgebene. Die Lösung hierfür war die Planung von beweglichen Tribünen , welche hydraulisch verstellbar sind und bei Bedarf auf Saalniveau hinuntergefahren werden können; im Bereich des Chorbalkons wird dann eine frontale Bühne hergestellt.

Darüber hinaus galt es Lösungen zu finden, den großen Konzertsaal sowohl von den umliegenden Räumlichkeiten als auch von der verkehrstechnisch stark frequentierten Lage am Boulevard périphérique abzuschirmen. Mit Hilfe von schichtweise angeordneten massiven Mauern und strategisch platzierten Akustikfugen wurde die Schalldämmung des Konzertsaals gegen Umgebungslärm maximiert. Dadurch konnte der Grundgeräuschpegel im großen Konzertsaal auf 15 dB(A) reduziert werden.

Innen sollte der angestrebte Klang voll sein, aber dennoch nicht an Intimität verlieren. Dabei galt es vor allem die Größe zu berücksichtigen. Bei Konzertsälen über 2000 Sitzplätzen ist die Gefahr von Echos und nach hinten stark abnehmendem Schalldruck groß. Die Diskrepanz von direktem Schall und Reflexionen kann eine weitere negative Folge sein. Andererseits ist ein gewisses Volumen von großer Wichtigkeit, um den in einem Konzertsaal erwünschten Nachhall zu erzeugen. Daher teilt sich das Gesamtvolumen von 37700m ³ in zwei Bereiche. Die Bühne und die umliegenden Balkone formen das Innere Volumen, welches die Intimität zwischen Künstler:innen und Publikum herstellt und die akustisch wichtigen frühen Reflexionen erzeugt. Dahinter befindet sich das äußere Volumen, welches für den Nachhall von entscheidender Bedeutung ist. Die Idee dahinter folgt nicht nur einer akustischen Vorteilhaftigkeit, sondern wurde auch von Jean Nouvel als architektonisches Konzept zur Erschließung des Saales vorgeschlagen.

Um die Entwicklung von frühen Reflexionen zu gewährleisten, war es wichtig möglichst viele effektive Oberflächen im Raum zu platzieren. Dafür wurden einerseits die Tribünen als permanente, weit auskragende Reflektoren eingesetzt, welche neben den akustischen Vorteilen, auch für die gewünschte Intimität zwischen Performer:innen und Publikum sorgen. Die maximale Distanz zwischen Bühne und Zuschauer beträgt trotz des großen Volumens lediglich 32 m. Zudem wurde an der Decke über der Bühne ein großer Reflektor installiert, welcher je nach Bedarf zwischen 12 m und 16666 m über höhenverstellbar ist. In diesem etwa 16 m in der Diagonale großen Reflektor sind auch Mikrofone und Projektoren untergebracht. Sogenannte Nuages (Reflektoren an der Decke), sowie Reflektoren ( "rubans"- Bänder ) hinter den Sitzplätzen auf den hinteren und seitlichen Balkonen, sorgen zusätzlich für frühe Reflexionen. Die Variabilität beschränkt sich aber nicht nur auf reflektierende Oberflächen, sondern auch absorbierende Flächen wie Akustikvorhänge können bedarfsmäßig eingesetzt werden.

Um eine gleichmäßige Schallverteilung im Raum zu erzeugen, plante man an den richtigen Stellen diffuse Elemente ein. Die Ausgewogenheit war hierbei entscheidend, da zu viele Schallstreuungen sich negativ auf die akustische Wahrnehmung auswirken können. Daher wurden Diffusoren hauptsächlich an den konkav gekrümmten Balkonfronten und den Wänden direkt hinter den Tribünen eingesetzt.

Materialtechnisch arbeitete man im großen Konzertsaal viel mit Putz auf Holz, Holz auf Zementfaserplatten beziehungsweise nur Holz (z.B. Föhre als Bühnenboden). Die von Atelier Nouvel designte Bestuhlung sollte bequem gepolstert, aber dennoch wenig absorbierend sein. Mehrere Tests waren notwendig, um eine gute Balance zwischen akustischen Anforderungen und Bequemlichkeit zu finden.

Der große Konzertsaal der Philharmonie de Paris beherbergt auch eine etwa 28 Tonnen schwere Orgel, welche teilweise in die Wand integriert ist und nach dem Verschieben von beweglichen Holztafeln vollständig zum Saal geöffnet werden kann. Die 6055 Pfeifen sind bis zu 9 m hoch und wiegen teilweise über 300 kg. Die Firma Rieger aus Vorarlberg war für den Bau der 2016 eingeweihten Orgel zuständig.

en rodage (in der Einlaufphase)

Seinen Boykott der Eröffnungsfeier vom 8. Jänner 2015 begründete Architekt Jean Nouvel eine Woche später in einem offenen Brief mit der Nichtfertigstellung des Konzertsaales und den daraus folgenden nicht vorgenommenen akustischen Überprüfungen. Die Philharmonie sei noch „en rodage“ , also hätte erst eingefahren und optimiert werden müssen, bevor sie vor großem Publikum eingeweiht werden könne.

Die ersten Messungen unter realen Bedingungen folgten in den Wochen darauf und offenbarten die tatsächlichen akustischen Eigenschaften des Konzertsaales. Es zeigte sich, dass die Nachhallzeit bei einem Symphoniekonzert etwas über den Vorgaben lag. So wurde für die Nachhallzeit statt den vorgegebenen 2,2-2,3 s bei ca. 75% Publikumsbesetzung 2,5 s gemessen. Im „Jazz-Modus“ konnte dieser Wert mit Hilfe von absorbierenden Vorhängen auf 2,1 s verringert werden. Das Klarheitsmaß C80 betrug durchschnittlich -0,2 dB im unbesetzten Saal und bewegte sich daher noch im vorgegebenen Rahmen von -3 dB bis 0 dB. Die gemessene Laustärke (im "Symphonie Modus", unbesetzt) belief sich auf ca. 2,2 dB, also leicht geringer als die erwünschten 3 dB - 6 dB.

Trotz der nicht perfekt scheinenden Zahlen, begeistert die Philharmonie de Paris ihre Gastmusiker:innen und Gastdirigent:innen sowie das internationale Publikum gleichermaßen.

Noch vertiefendere technischen Details, Pressemitteilungen und Bilder über die Philharmonie de Paris findet Ihr bei Kahle Acoustics , welche als Akustiker auf der Seite der Bauherren am Projekt beteiligt waren.

Literaturnachweis

Hinweis:

Dieser Text ist in Zusammenarbeit mit Simon Pichler (TU Wien) entstanden.

Konzertzimmer

Mon, 12 Dec 2022 14:35:16 GMT

Konzertzimmer für Brittens "War Requiem" in der Oper Graz

Im Herbst 2019 kam die Anfrage von der Oper Graz, ob Rohde Acoustics bei der Umsetzung von Benjamin Brittens „War Requiem“ als akustischer Berater zur Seite stehen kann. Für die Inszenierung soll die Bühne über den Orchestergraben, bis in die ersten Publikumsreihen hinein, erweitert werden. Das sinfonische Orchester soll weit hinten im Bühnenraum platz nehmen, das Kammerorchester auf der Bühne im Saal und der Chor, Kinderchor und die Solisten singen und inszenieren zugleich auf der gesamten Bühne und teilweise auch im Zuschauersaal – das Publikum soll mitten im Geschehen stecken!

Die akustisch größte Herausforderung ist es, ein Konzertzimmer zu entwerfen, dass einerseits genügend Schall in das Publikum befördert und andererseits den Musikern optimale Bedingungen zum Musizieren schafft. Die folgenden Zeilen sollen zeigen, was die Anforderungen an ein Konzertzimmer sind und welche Faktoren bei der Planung bedacht werden müssen.

Zunächst stellt sich jedoch die Frage „Was ist eigentlich ein Konzertzimmer?“. Kurz und knackig:

Es dient zur Anpassung der Akustik des Bühnenhauses eines Theaters oder einer Oper für die musikalische Nutzung.

Ohne ein Konzertzimmer würde zu viel Schall im Bühnenhaus verschwinden, wodurch wichtige frühe Reflexionen für die Hörer und die Musiker fehlen. Im Optimalfall sind diese Reflexionen nicht zu stark fokussiert, sondern verteilt. Ziel ist es, dass jeder Musiker den anderen hören kann und dass beim Dirigenten und im Publikum ein ausgewogener Klang entsteht. Durch das Konzertzimmer kann sich das aktive Raumvolumen und damit die Nachhallzeit erhöhen. Für musikalische Darbietungen ist nämlich gegenüber Sprachlichen, wie Theater und Oper, eine längere Nachhallzeit wünschenswert.

Anforderungen des Hauses:

Das Konzertzimmer soll zwar die akustischen Herausforderungen meistern, muss sich aber genauso gut in den bestehenden Konzertsaal bzw. das Bühnenbild integrieren. Zudem ist eine leichte und kompakte Bauweise notwendig. Für die Techniker*innen des Hauses muss ein schneller Auf-/Abbau und eine platzsparende Lagerung des Konzertzimmers möglich sein.

Tipps zu Form und Aufbau:

Als erstes ist es sinnvoll, brennpunktbildende Umhüllungen, wie Zylinder oder Kugeln, zu vermeiden. Unter ihnen leidet zum einen die Kommunikation der Musiker und zum anderen der Klangeindruck beim Dirigenten und im Publikum. Die meisten Konzertzimmer haben einen trapezförmigen Grundriss, mit zum Publikum gewinkelten Seitenwänden und Deckensegeln/Plafonds. Dabei ist es förderlich für die Akustik, statt großen geraden Flächen mehrere leicht konvexe Teilflächen mit Struktur zu wählen. Durch eine solche Bauweise werden Brennpunkte, Resonanzen, Echos und destruktive Reflexionswege entschärft oder sogar vermieden. Ein Konzertzimmer muss zudem (und sollte auch) nicht komplett geschlossen sein. In der Praxis hat es sich bei vielen Konzertzimmern bewährt, mehrere Türme und Plafonds mit Spalten aufzustellen und -zuhängen.

Soll das Orchester, so wie im Fall des „War Requiems“, weit hinten auf der Bühne platziert werden, ist es ratsam eine „akustische Brücke“ zum Saal zu installieren. Beispielsweise in Form von Plafonds oder Winkelspiegelreflektoren.

Was macht eine Reflexion nützlich?

Wie vieles in der Akustik ist auch die Wirkung eines Reflektors frequenzabhängig. Die Grundfläche, Winkellage zum Schalleinfall und die Entfernung der Schallquelle spielen eine Rolle. Bei der Annahme, dass die Reflektorabmessung b klein ist gegen die Abstände zu Sender ( α 1) und Empfänger ( α 2), gilt:

λ gibt dabei die maximale Wellenlänge (tiefste Frequenz) an, bei der der Reflektor noch wesentlich wirkt.

Die Berechnung beruht auf der Theorie der Fresnel’schen Zonen, welche auch erklärt, dass ein geringer Abstand zwischen Quelle und Reflektor durch Interferenz zu Klangfärbung führen. ( Interesse geweckt? )

Bei Sprache spricht man von nützlichen Reflexionen, wenn sie innerhalb Δt = 50 ms beim Hörer eintreffen. Das entspricht bei Raumtemperatur einem maximalen Schallweg von ca. Δl = 17 m und erhöht die Deutlichkeit, Verständlichkeit und Präsenz der Stimme. In der Musik ist die sog. „Verwischungsschwelle“ etwas später bei Δt = 80 ms anzusetzen. Wie bei der Sprache erhöht das die Deutlichkeit, Durchsichtigkeit und Präsenz der Musik.

Möglichkeiten der Klangfärbung und nachträglichen Anpassungen

Die Klangfarbe kann durch verschiedene Mittel manipuliert werden. Stoffe auf den Reflektoren nehmen dem Klang die Schärfe. Absorber in Ecken oder Kanten können Moden- und Brennpunktbildung vermeiden und eignen sich gut tiefe Frequenzen zu dämpfen, falls ein Konzertzimmer „brummt“.

Noch während der Planung sollte man darüber nachdenken durch welche Faktoren man nachträglich die Akustik des Konzertzimmers verändern kann. Ein naheliegender Weg ist es, die Plafonds höhen- und winkelverstellbar aufzuhängen an den ohnehin vorhandenen Seilzügen im Bühnenhaus. Ebenso ist der Einsatz einer Aktiven Akustik ( Acoustic Enhancement ) denkbar. Um das Ensemblespiel des Orchesters zu verbessern, können mit einer Mikrofonierung zusätzliche Reflexionen zur Verdichtung erzeugt werden, bis eine höhere Präsenz spürbar ist. Wichtig dabei ist die Einstellung der passenden Laufzeiten, um die Richtungswahrnehmung nicht auf die Lautsprecher zu richten. Mit frühen Reflexionen und zusätzlicher Energie wird die Akustik „angereichert“.

Das Konzertzimmer für Brittens „War Requiem“

Im Austausch mit Bühnenbildnern und Technikern hat sich über mehrere Wochen ein Konzept entwickelt, das versucht die akustischen, optischen und praktischen Anforderungen gleichermaßen zu berücksichtigen. Optisch baut sich das Konzertzimmer gut in das Bühnenbild ein und die leichte Bauweise ermöglicht einen schnellen Auf- und Abbau. Der trapezförmige Grundriss und die justierbaren Plafonds reflektieren den Schall gut in den Saal. Die Säulen bringen Struktur auf die sonst geraden Flächen, was die Reflexionen ungezielter macht. In den Ecken links und rechts unten befinden sich hinter der Tapete Absorber, um im tiefen Frequenzbereich ein wenig den Druck zu nehmen. Weitere Plafonds außerhalb des Konzertzimmers bilden eine akustische Brücke in den Saal.

Ein hilfreiches Tool für die Planung ist Raytracing, wobei einzelne Schallstrahlen und ihre Reflexionen simuliert werden. Damit kann die Wirkung und Abstrahlungsrichtung der verschiedenen Plafonds überprüft werden. Die folgende Abbildung zeigt die Reflexionen an den Deckenplafonds von verschieden Quellpositionen. Ideal ist eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Reflexionen auf das gesamte Publikum, was hier bei den meisten Quellpositionen der Fall ist.

Die Orchesterproben und eigene akustische Tests haben schnell gezeigt, dass das Konzept gut funktioniert. Im Nachhinein wurden lediglich die Streicher etwas durch elektroakustische Verstärkung angehoben, da sie zum einen fast außerhalb des Konzertzimmers sitzen und zum anderen der Chor auf der Bühne große Teile des direkten Schalls absorbiert. Auch Chefdirigent Roland Kluttig, der schon in einigen Konzertzimmern dirigieren durfte, war sehr zufrieden mit dem Ergebnis. Es ist gelungen aus zwei Räumen, Zuhörersaal und Bühnenhaus, einen Raum zu schaffen. Das hat den zahlreichen Musikern das Zusammenspiel über große Distanzen ermöglicht und im Publikum einen ausgeglichenen Klang erzeugt. Ein Kritikpunkt an dem Konzertzimmer ist der hohe Pegel innerhalb des Zimmers, welchem die Orchestermusiker ausgesetzt sind. Statt den geschlossenen Flächen sollten daher lieber einzelne Flächen gewählt werden – der Druck nimmt dann über die Lücken etwas ab. Für die Bühnenbildner bedeutet das jedoch oft Abstriche machen zu müssen!

Wer mehr über die Raumakustik aus der Sicht eines Dirigenten erfahren möchte, findet hier ein Interview mit Roland Kluttig. Er beantwortet Fragen zu Konzertsälen, Proberäumen und unserem Konzertzimmer für Brittens "War Requiem".

Am 24. September 2022 kam das Requiem erstmals auf die Bühne der Oper Graz und wurde bis Ende November gespielt – ungefähr 60 Jahre nachdem Brittens „War Requiem“ bei der Eröffnung des Mahnmals, an der im 2. Weltkrieg zerstörten Kathedrale von Coventry, uraufgeführt wurde. Es ist ein Werk, das an den Krieg und zugleich an Versöhnung einstiger Feinde erinnert.

Warum gibt es nicht das eine perfekte Konzertzimmer?

Gegenfrage: Gibt es überhaupt eine perfekte Raumakustik ? Jeder Raum klingt anders, sieht anders aus und ist für unterschiedliche Anforderungen gebaut. Es können zwar Simulationen herangezogen und komplizierte Formeln berechnet werden, aber allein das macht ein Konzertzimmer nicht perfekt. Es gehören eine Menge Menschen mit einer noch größeren Menge an Kreativität, Erfahrung und Knowhow dazu!

Quellen:

Lothar Cremer, Helmut A. Müller, Die wissenschaftlichen Grundlagen der Raumakustik, Band 1, S. Hirzel Verlag Stuttgart 1978
https://de.wikipedia.org/wiki/Konzertzimmer
https://pub.dega-akustik.de/DAGA_2012/data/articles/000311.pdf
https://www.lindner-group.com/de_AT/referenzen/detail/Konzertzimmer-des-WCCB-6922/
https://oper-graz.buehnen-graz.com/production-details/war-requiem/
https://stadtreporter.de/hannover/news/kultur/das-neue-konzertzimmer

Hallraum

Fri, 01 Jul 2022 10:42:49 GMT

Das Pendant zu reflexionsarmen Räumen

Hallräume sind das Pendant zu reflexionsarmen Räumen. Sie weisen schallharte, reflektierende und nicht parallele Raumbegrenzungsflächen auf, um eine möglichst lange Nachhallzeit und ein möglichst diffuses Schallfeld ohne Resonanzen hervorzubringen. Dazu wird geschlossenporiger, schallharter Beton oder Fliesen für die Raumbegrenzungen verwendet. In den Raum werden zusätzliche Platten, sogenannte Diffusoren eingebracht, die unter Umständen unterschiedlich ausgerichtet werden können, damit der Schall in alle Richtungen verteilt wird. Als Schallquelle werden allseitig abstrahlende Lautsprecher oder Schreckschusspistolen verwendet.

Hallräume dienen zur Schallleistungsbestimmung von z.B. Lüfter, Motoren und Antriebe nach DIN EN ISO 3741 oder zur Schallabsorptionsmessungen von Akustikdecken, Absorbern, Theaterstühlen, Vorhängen, Wandverkleidungen, Möbeln nach DIN EN ISO 354 . Sie werden oft auch in Studiokomplexen gebaut und liefern einen „echten“ Nachhall für Audioproduktionen. Zu guter Letzt wird auch die Dämmung von Schallschutzkabinen nach DIN EN ISO 11957 in Hallräumen gemessen.

Die Größe von Hallräumen liegt zwischen 150 und 400m³ Volumen, sie haben eine Nachhallzeit von mehreren Sekunden und eine untere Grenzfrequenz von bis zu etwa 130Hz. Bis zu dieser unteren Grenzfrequenz ist eine Messung nach Norm in der Praxis möglich. Eine empirisch ermittelte Grenzfrequenz für Hallräume ist:

mit

f _g = Grenzfrequenz [Hz]

T = Nachhallzeit [s]

V = Raumvolumen [m ³ ]

Die Grenzfrequenz nach dieser praxisorientierten Formel liegt eine Oktav unterhalb der so genannten Schröderfrequenz, welche streng genommen die eigentliche untere Grenzfrequenz eines Raumes darstellt, sie hat die Formel:

Die Schröderfrequenz stellt die Frequenz eines Raumes dar, oberhalb welcher die Raummodendichte so groß ist, dass es zu keinerlei Klangverfärbungen kommt. Das oberhalb dieser Grenzfrequenz vorhandene diffuse Schallfeld definiert sich durch eine konstante räumliche Energiedichteverteilung und eine stochastische gleichverteilte Schalleinfallsrichtung. Unterhalb der Grenzfrequenz sind genannte Definitionen nicht erfüllt, es kommt zu einem modalen Verhalten mit Raumresonanzen und deutlich unterschiedlichen Abklingzeiten der einzelnen Frequenzen.

Messungen im Hallraum

Generell werden die Mikrofone in einem Hallraum mindestens einen Meter von der Wand entfernt aufgestellt, um Moden, bzw. den Energieanstieg in Wandnähe zu vermeiden und weiters mindestens zwei Meter von der Schallquelle entfernt platziert, um sicher außerhalb des Hallradius zu sein. Der Hallradius ist die Grenze um eine Schallquelle, bei der der Direktschallanteil und der Raumschallanteil bzw. der diffuse Schallanteil gleich groß sind. Bei einer Nachhallzeitmessung wird zudem meist erst nach dem Abfall der ersten 5dB gemessen, um den Direktschall und die Erstreflexionen auszuschließen.

Für die Messung der Schallleistung eines eingebrachten Gerätes reicht eine einzige Schalldruckpegelmessung im Diffusfeld. Es stellt sich ein Energiegleichgewicht aus zugeführter und absorbierter Schallenergie ein. Im Diffusfeld des Hallraums baut sich entsprechend der zugeführten Schallleistung ein stationärer Schalldruck auf, der von der Größe des Raumes, in dem sich die Energie verteilt, abhängt. Der Schalldruckpegel L _p und die Schallleistung L _w sind bei einer Schallleistungsmessung im Hallraum miteinander verknüpft. Solange der Hallraum in seiner Größe bzw. dem Absorptionsverhalten gleichbleibt, gibt es eine konstante Differenz zwischen den beiden Größen. Absolut gesehen ändert sich die Differenz aber je nach Raumvolumen und Nachhallzeit. Es gilt folgende Formel:

mit

L _w = Schallleistung [dB]

L _P = Schalldruckpegel [dB]

T ₆₀ = Nachhallzeit [s]

V = Volumen [m³]

k = Sabinesche Konstante (= 0,163)

Bei der Schallabsorptionsmessung von Gegenständen bieten Hallräume aufgrund deren geringen Schallabsorption einen großen Vorteil. Folgende einfache Formel des Physikers W. C. Sabine gibt den Zusammenhang zwischen Nachhallzeit, Volumen und Absorptionsfläche eines Raumes mit geringer Absorption wieder:

mit

V = Volumen [m³]

A = äquivalente Schallabsorptionsfläche [m²]

Die verschieden absorbierenden Oberflächen eines jeden Raumes tragen zur Gesamtabsorption des Raumes bei. Dabei wird die Gesamtoberfläche in Teilflächen zu bestimmten unterschiedlichen Absorptionsgraden unterteilt. Die Summe der Teilflächen S _i [m²] mit ihren Absorptionsgraden α _i [%] kann auch als eine einzige Fläche mit einer Absorption von 100% beschrieben werden, die so genannte äquivalente Schallabsorptionsfläche A. Ändert man nun in einem Raum, dessen Nachhallzeit und Volumen (und äquivalente Schallabsorptionsfläche) bekannt ist, einen Teil der Oberfläche durch ein Material mit einem anderen Schallabsorptionsgrad (bei Absorptionsmessungen in Hallräumen üblicherweise 10-12m²), so hat dies eine unmittelbare Wirkung auf die Nachhallzeit. Misst man diese neue Nachhallzeit, kann man auf den Schallabsorptionsgrad der neuen Teilfläche zurückrechnen.

Bei diesen Absorptionsgradbestimmungen ist es wichtig, dass es keine „offenen Seiten“ gibt: Soll z.B. der Absorptionsgrad eines Schallabsorbers mit 10cm Dicke bestimmt werden, so müssen die Ränder des am Boden liegenden Absorbers abgedeckt werden, um eine dort zusätzliche Absorption zu verhindern. Ansonsten wäre der bestimmte Absorptionswert größer als der, der eigentlich interessierten Hauptfläche des Absorbers. Manchmal wird dies nur ungenügend berücksichtigt und es resultieren Absorptionsgrade α > 1, die real nicht möglich sind.

Aufgepasst!

Ein im Jahr 2011 durchgeführter Ringversuch von Schallabsorptionsgradmessungen in Hallräumen hat gezeigt, dass unterschiedliche Hallräume für beträchtliche Unterschiede in den gemessenen Absorptionsgraden von Materialien (Differenz α = 0,2) verantwortlich sind. Die Gründe dafür sind die unterschiedlichen Schröderfrequenzen der einzelnen Hallräume, die unterschiedliche Anzahl von Diffusoren und deren Größe, die unterschiedlichen Anregungssignale der Räume (abgeschaltetes Rauschen versus Impulsanregung) und schließlich auch, ob die Nachhallzeit RT ₆₀ (Zeit für Abfall um 60dB, per Definition) aus Extrapolation von T ₂₀ (gemessener Abfall von 20dB mit 3 multipliziert) oder T ₃₀ (gemessener Abfall von 30dB mit 2 multipliziert) oder T ₄₀ (gemessener Abfall von 40dB mit 1,5 multipliziert) ermittelt wurde.

Der Abklingvorgang eines jeden realen Raumes gleicht aufgrund des nicht idealen diffusen Schallfeldes einer Krümmung/ Kurve und nicht einer Geraden (letzteres wäre die Voraussetzung für obiges Vorgehen). Somit ergeben die unterschiedlichen Regressionsgeraden der Teil-Nachhallzeiten T ₂₀ , T ₃₀ , T ₄₀ unterschiedliche Nachhallzeiten RT ₆₀ . In der Praxis wird darüber hinaus manchmal die „Early Decay Time“ (der Abfall der ersten 5dB) mitgerechnet, manchmal nicht, was zusätzlich zu unterschiedlichen Nachhallzeitmessungen und somit Absorptionsgradmessungen führt.

Das nicht ideale, diffuse Schallfeld, das auch auf Hallräume zutrifft, erklärt sich durch das modal e Verhalten bei tiefen Frequenzen und die nicht perfekt gleichmäßige Verteilung der Absorptionsflächen über die gesamte Raumoberfläche. In der Praxis wird das zu messende Material in einer zusammenhängenden Fläche am Boden platziert, oder im Falle einer Absorptionsmessung von Vorhängen vor einer einzelnen Wand platziert.

Quellen:

Hinweis:

Dieser Text ist in Zusammenarbeit mit Florian Mayerhoffer ( https://www.shape-the-sound.com /) und Francesca Tonetti (franctonescatti@gmail.com) entstanden.

Der reflexionsarme Raum

Fri, 01 Jul 2022 10:22:16 GMT

Der reflexionsarme Raum

Ein reflexionsarmer Raum oder auch Freifeldraum genannt (umgangssprachlich auch schalltoter Raum) ist ein Raum, in dem möglichst viel Schall absorbiert wird. Klassische reflexionsarme Räume werden mit Absorberkeilen aus Mineralwolle ausgestattet, die eine untere Grenzfrequenz von 80 bis 125 Hz ermöglichen. Dafür muss die Tiefe dieser Keile zwischen ca. 0,7 bis 1,0 m liegen. Die besten reflexionsarmen Räume haben eine Grenzfrequenz von rund 50Hz. Die Größe der Räume ist abhängig von den Messanforderungen. Es gibt sehr große Räume, in denen die akustischen Eigenschaften von Flugzeugen gemessen werden können; für Mikrofonkalibrierungen reichen hingegen kleinere Kammern. Man unterscheidet auch zwischen (Voll)-Freifeldräumen und Halbfreifeldräumen. Letztere sind zur Messung schwerer Maschinen, Autos, usw. geeignet. Sie besitzen schallabsorbierende Wände und eine schallabsorbierende Decke, aber einen harten (und belastbaren) Boden. Bei Vollfreifeldräumen gibt es ein begehbares, stark gespanntes Netz oder ein Gitter über den Absorberkeilen am Boden. Um reflexionsarme Räume von Geräuschen von der Außenwelt optimal zu isolieren, werden sie oft als Raum in Raum Konstruktion gebaut.

Die schallabsorbierenden Keile

Die spezielle Form der schallabsorbierenden Keile in Freifeldräumen, bietet auftreffendem Schall eine ideale Impedanzanpassung in Kombination mit einer großen Absorptionsfläche. Unter der Schallkennimpedanz versteht man den Widerstand, der dem Schall bei der Ausbreitung in einem Medium entgegengesetzt wird. Geht Schall von einem Medium in ein anderes über, so wird umso mehr Schall absorbiert, je ähnlicher die Schallkennimpedanzen der zwei Medien sind. Für eine möglichst hohe Schallabsorption im Raum, sollte deshalb die Schallkennimpedanz der Keile, der der Luft entsprechen. Dadurch wird der Schall vom Absorbermaterial gut aufgenommen, dringt in ihn ein und wird dann durch die Reibung in Wärme umgewandelt. Der geringe Schallanteil, der beim Auftreffen auf einen Keil reflektiert wird, wird aufgrund der Dreieckform nicht in den Raum zurückgeworfen, sondern in Richtung eines anderen Keils gelenkt, und dort wiederum absorbiert. Der weiter reflektierte Schallanteil wird regelrecht zwischen den Keilen hin- und hergeworfen und verliert durch die Viskosität der Luft, speziell in der Nähe der Wand, wo zwei benachbarte Keile zu einer Ecke zusammenkommen, an Energie. Auch die Luftdissipation fördert weiteren Energieverlust der Schallwelle.

Das Abstandsgesetz

In einem reflexionsarmen Raum ergeben sich durch die Bedingungen wie im Freien (im Falle des Vollfreifeldraumes wie z.B. hoch oben auf einem Kran) spezielle Möglichkeiten der Schallmessung, da es zu keinen störenden Reflexionen kommt. Wird um eine Schallquelle in einem bekannten Abstand auf einer Hüllfläche der Schalldruck gemessen, so kann, aufgrund des geltenden Abstandsgesetzes, die Schallleistung der Quelle errechnet werden:

mit

L _w … Schallleistungspegel [dB]

L _P … Schalldruckpegel [dB]

S … Messoberfläche [m²]

Die Schallquelle wird dabei als theoretische Punktschallquelle angenommen, die Kugel- / Messoberfläche in einem Vollfreifeldraum hat den Radius r und eine Oberfläche von 4r ² π. Somit ergibt sich folgende Formel:

Schreibt man die Formel für den Schalldruckpegel L _P um, so ergibt sich in einem Meter Entfernung ein Schalldruckpegel von -11dB gegenüber dem Schallleistungspegel. Pro Entfernungsverdoppelung sinkt der Schallpegel um -6dB.

Die verschiedenen Anwendungen der Räume

Reflexionsarme Räume können für unterschiedliche akustische Messungen eingesetzt werden. Sie werden beispielweise für die Kalibration von Messmikrofonen oder für die Bestimmung der Richtcharakteristik von Lautsprechern verwendet. Dabei werden in der horizontalen und vertikalen Ebene halbkreisförmig vor dem Lautsprecher Mikrofone platziert, welche die entsprechenden, winkelabhängigen Frequenzgänge messen. Umgekehrt kann mit Lautsprechern mit linearen Frequenzgängen, die um ein Mikrofon herum angeordnet sind, das Polardiagramm eines Mikrofons bestimmt werden. Auch die Messung von kopfbezogenen Übertragungsfunktionen (HRTFs) ist damit möglich. Wird eine Anzahl von Lautsprechern um einen Probanden herum platziert, sind präzise Experimente zur Schallwahrnehmung möglich, es gibt keine störenden Reflexionen wie in einem herkömmlichen Raum. Darüber hinaus kann auf diese Weise die Akustik eines Raumes, z.B. eines Konzertsaales, hörbar gemacht werden (Auralisation). Schließlich werden reflexionsarme Räume auch benötigt, um Tonaufnahmen zu machen, z.B. für Hörspiele, Features und Film-Synchronisierungen, bei denen die Handlung im Freien spielt. Daher gibt es in manchen Freifeldräumen z.B. auch begehbare Flächen mit Laub oder Schotter, um den Klangeindruck einer echten Außenaufnahme zu erreichen.

Normativ geregelt

Die hohen Anforderungen an reflexionsarme Räume und die richtigen Messbedingungen sind in den Normen DIN 45635-1, „Geräuschmessung an Maschinen; Luftschallemission, Hüllflächen-Verfahren“, sowie DIN EN ISO 3745, „Akustik - Bestimmung der Schallleistungs- und Schallenergiepegel von Geräuschquellen aus Schalldruckmessungen - Verfahren der Genauigkeitsklasse 1 für reflexionsarme Räume und Halbräume“, zusammengefasst.

Bei der Abnahme von reflexionsarmen Räumen wird nicht das 99%ige Absorptionsvermögen überprüft, sondern ob der Schallpegel tatsächlich, wie im Freifeld mit 6dB pro Entfernungsverdoppelung abfällt. Folgende Tabelle gibt die Grenzwerte für Messungen nach Genauigkeitsklasse 1 in Freifeldräume an:

Das unten angeführte Diagramm zeigt die gemessenen Abweichungen des reflexionsarmen Raumes des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik. Dieser ist ein Halbfreifeldraum und ist mit Breitband-Kompakt-Absorbern ausgestattet. Er besitzt bei 31,5Hz noch bis etwas über zwei Meter Abstand eine geringe Abweichung von der theoretischen Abklingfunktion wie im Freifeld.

Wissenswert

Im Jahr 2015 wurde im reflexionsarmen Raum von Microsoft der niedrigste jemals auf der Erde gemessene Schallpegel von -20,6dB(A) erfasst. Das absolute Minimum, das von der Luft bzw. die sich bewegenden Luftteilchen (brownsche Molekularbewegung) an sich verursacht wird, liegt bei -23dB.

Quellen:

https://www.kapolnek.de/index.php?page=produkte&id=97
https://en.wikipedia.org/wiki/Anechoic_chamber
https://de.wikipedia.org/wiki/Reflexionsarmer_Raum
https://venturebeat.com/2015/10/01/look-inside-microsofts-anechoic-chamber-officially-the-quietest-place-on-earth/
https://de.wikipedia.org/wiki/Schallleistung
Andreas Friesecke: Die Audio-Enzyklopädie, 2. Auflage 2014, Walter de Gruypter GmbH

Hinweis:

Dieser Text ist in Zusammenarbeit mit Florian Mayerhoffer ( https://www.shape-the-sound.com /) und Francesca Tonetti (tonetti@rohde.at) entstanden.

Raummoden

Fri, 01 Jul 2022 09:30:26 GMT

Raummoden

Als Raummoden bezeichnet man Raumresonanzen, bzw. Eigenresonanzen eines Raumes. Normalerweise wird der Schall von allen Raumbegrenzungen (in Abhängigkeit der akustischen Eigenschaft der Oberfläche) reflektiert, was zu einem diffusen Schallfeld führt. Die Schallwellen treffen dabei in den unterschiedlichsten Winkeln auf alle Begrenzungsflächen, im idealen diffusen Schallfeld gilt dann für jeden Punkt im Raum, dass der Schall mit gleicher Wahrscheinlichkeit aus allen Richtungen eintrifft. Bei Raummoden hingegen trifft der Schall in einem bestimmten Winkel auf die Begrenzungsfläche, es sind nur einzelne Teilflächen des Raumes beteiligt, und die Schallenergie, die einen bestimmten Weg nimmt, wird immer wieder zur Originalfläche zurückreflektiert, es entsteht eine Art Kreislauf. Dabei bilden sich statische lokale Schalldruckmaxima und Schalldruckminima im Raum.

Raummoden entstehen ungefähr in dem Frequenzbereich, wo die Wellenlänge des Schalls den Raumdimensionen entspricht, also im Bassbereich. Unterhalb der sogenannten kritischen Frequenz, der Schröderfrequenz, beginnt das modale Verhalten. Es gibt verschiedene, ähnliche Berechnungsformeln für diese Frequenz, eine davon ist:

So ist zum Beispiel für einen gewöhnlichen Raum mit einem Grundriss von 16m² und einer Deckenhöhe von 2,60m (Volumen 42m³) und einem mittleren Absorptionsgrad von (Nachhallzeit T ₆₀ = 0,43s) die Schröderfrequenz bei 213Hz.

Unterhalb der Frequenz, wo die halbe Wellenlänge größer ist als die größte Raumdimension (meist die Länge des Raumes), sie wird manchmal als „cut-off Frequenz“ bezeichnet, findet kein modales Verhalten mehr statt. Wäre obiger Raum 4x4 m, so wäre die niedrigste Mode und somit die Cut-off Frequenz bei 43Hz.

Folgend e Abbildung zeigt einen schematischen Frequenzverlauf eines Raumes mit modalem Verhalten. Der beschriebene Frequenzbereich ist geprägt durch einen welligen Verlauf, der nur durch aufwendige Bassabsorber und Equalizing linear zu bekommen ist – eine der Kernaufgaben eines jeden Studiobauers und Akustikers. Oberhalb der kritischen Frequenz spricht man von einem diffusen Schallfeld, es finden sich zuerst die physikalischen Phänomene Schallbeugung und Schalldiffusion, zu höheren Frequenzen hin gewinnt die Beschreibung der Akustik als Strahlentheorie mit gerichteten Reflexionen wie in der Optik an Bedeutung.

Man unterscheidet axiale, tangentiale und oblique Raummoden.

Axiale Raummoden: Es sind zwei gegenüberliegende parallele Wände beteiligt (1 Raumdimension).

Die Raummodenfrequenz errechnet sich über folgende Formel:

mit

c = Schallgeschwindigkeit

x = Anzahl der halben Wellenlängen die in die beteiligte Raumdimension passt (1,2, …∞)

L = Länge der beteiligten Raumdimension in Meter

In einem rechteckigen Raum wird dabei entsprechend den Raumdimensionen die erste Längsmode mit „1-0-0“ beschrieben, die erste Quermode mit „0-1-0“, und die erste Höhenmode mit „0-0-1“. Die dritte Längsmode beispielsweise, bei der also drei halbe Wellenlängen in die Raumlänge passen, wird mit „3-0-0“ bezeichnet, ihre Frequenz ist dreimal so hoch wie die erste axiale Längsmode.

Folgende Abbildung verdeutlicht den Zusammenhang:

Tangentiale Raummoden: Es sind vier Wände beteiligt (2 Raumdimensionen). Die Raummodenfrequenz errechnet sich über folgende Formel:

mit

c = Schallgeschwindigkeit

x = Anzahl der halben Wellenlängen in der ersten beteiligten Raumdimension (1, 2, …, ∞)

y = Anzahl der halben Wellenlängen in der zweiten beteiligten Raumdimension (1, 2, …, ∞)

L, B: Längen der beteiligten Raumdimensionen in Meter

Die tangentialen Moden eines Raumes sind um -3dB schwächer als die axialen Moden, sie besitzen also nur die Hälfte der Energie von axialen Moden.

Beispiel: Die erste tangentiale Raummode, bei der die Länge und die Breite des Raumes beteiligt sind, wird mit „1-1-0“ bezeichnet.

Oblique Raummoden: Es sind alle sechs Raumbegrenzungen beteiligt (3 Raumdimensionen). Die Modenfrequenz errechnet sich über die Formel:

mit

c = Schallgeschwindigkeit

x, y, z = Anzahl der halben Wellenlängen in den beteiligten Raumdimensionen (1, 2, …, ∞)

L, B, H: Länge der Raumdimensionen in Meter

Oblique Moden sind um -6dB schwächer als axiale Moden, sie besitzen nur ein Viertel der Energie von axialen Moden.

Bei tangentialen und obliquen Moden gilt weiters Folgendes:

Bei tangentialen und obliquen Moden breitet sich die Schallwelle schräg im Raum aus. Tatsächlich kommen die stehenden Wellen/ Raummoden aber wie bei den axialen Moden zwischen den parallelen Wänden zustande. Folgende Abbildung zeigt die Wellenfront, die sich entlang der Kathete von Punkt B nach C schräg ausbreitet, entsprechend ändert sich auch zwischen den Punkten A und C die Schalldrucksituation und Phasenlage. Die Phasenlage ändert sich durch die schräglaufende Schallwelle zwischen A und C aber mit einer anderen Geschwindigkeit bezogen auf die Entfernung der Punkte. Die Moden passieren genau bei den Frequenzen, wenn eine geradzahlige Anzahl von halben Wellenlängen, bei dieser Phasengeschwindigkeit, in alle beteiligte Raumdimensionen passen.

Folgende Tabelle zeigt die ersten 25 Raummoden eines 4,9m x 4,5m x 3,1m großen Raumes nach Frequenz geordnet.

Aufgrund der Tatsache, dass axiale Moden um 3dB lauter als tangentiale Moden, und um 6dB lauter als oblique Moden sind, prägen vor allem sie den Frequenzgang eines Raumes. Um Überhöhungen im Frequenzgang durch dicht beisammen liegende axiale Moden, und Einbrüche durch weit auseinander liegende axiale Moden zu vermeiden, ist es wichtig bei der Planung eines Raumes und dessen Dimensionen auf den Abstand der axialen Moden zueinander zu achten. Dabei gibt es Raumproportionen die günstigere Modenverteilungen verursachen als andere. Gute Verhältnisse von Länge, Breite und Höhe eines Raumes mit einer gleichmäßigen Modenverteilung werden in der sogenannten Bolt-Area zusammengefasst.

Folgende Tabelle zeigt eine Übersicht von anerkannten günstigen Raumdimensionen:

Die Güte eines Raumes hinsichtlich des modalen Verhaltens kann weiters mit dem Bonello-Kriterium beschrieben werden. Der Frequenzbereich wird in 1/3 Oktaven unterteilt, innerhalb dieser Terzen werden die Anzahl der Moden gezählt. Diese Anzahl sollte von Terz zu Terz zu höheren Frequenzen hin immer mindestens gleich oder höher sein. Somit ergibt sich idealerweise eine Art exponentielle Kurve. Fällt die Kurve kurzzeitig ab, verringert sich also die Modenanzahl von einer Terz zu nächsthöheren, so ist das Bonello-Kriterium nicht erfüllt. Zusätzlich muss gelten: Befinden sich zwei Moden bei derselben Frequenz, so müssen noch mindestens drei weitere Moden in der Terz vorhanden sein, um erstere zu kompensieren.

Folgende Grafiken sind der Webseite von amcoustics entnommen, sie zeigen Veranschaulichungen von Modenberechnungen von zwei Räumen. Der erste Raum besitzt die Maße des Raumes „D“ in obiger Tabelle, er liegt inmitten der Bolt-Area, das Bonello-Kriterium (Gleichbleiben oder Ansteigen der Modenanzahl pro Terz) ist erfüllt. In der 3D-Ansicht sieht man beispielshaft die Schalldruckverteilung im Raum bei der „1-1-1“ obliquen Mode bei 114,7Hz.

Der zweite Raum besitzt einen quadratischen Grundriss, der Raum liegt außerhalb der Bolt-Area, das Bonello-Kriterium ist nicht erfüllt. Die schematische 3D-Darstellung zeigt die Schalldruckverteilung bei der 2-0-0 Mode.

Die Raumresonanzen unterscheiden sich je nach Grad der Absorption im Raum auch in ihrer Güte bzw. Bandbreite. Je geringer die Absorption im Raum, umso höher ist die Güte der Mode, umso geringer ist also die Bandbreite, umso länger schwingt die Frequenz nach Abschalten der Schallquelle nach. Eine hohe Bandbreite einer Mode kann wünschenswert sein, denn je breiter der angesprochene Frequenzbereich, umso wahrscheinlicher werden auch benachbarte Moden (Vielfache der anregenden Modenfrequenz) angeregt, was wiederum eine höhere Modendichte und somit geringere lokale Veränderungen im Raum und einen ausgeglicheneren Frequenzgang bedeutet. Eine Anregung von mehreren Frequenzen durch eine Mode kann aber auch nachteilig sein, kommt es zu einer Überhöhung in einem Frequenzbereich so hat das hörbare, klangliche Auswirkungen.

Folgende Abbildung zeigt den Frequenzgang eines Raumes. Die starke Welligkeit im Bassbereich kommt von axialen Moden.

Folgendes Diagramm zeigt das dazugehörige kumulative Zerfallsspektrum, die z-Achse zeigt die Nachhallzeit, die im Bass bei den drei Eigenresonanzen massiv länger ist.

Raummoden sind im Studiobau eine große Herausforderung, weil man hier Referenzabhörbedingungen mit einem „tighten“, richtigen Bass möchte, und somit einen linearen Frequenzgang und Nachhallzeit im Bass braucht. Abgesehen von den Raumdimensionen und dem Wandaufbau und etwaigen Einrichtungsgegenständen spielt die Lautsprecherposition und auch die Hörposition eine entscheidende Rolle für die Entwicklung und Wahrnehmung der Raummoden. Meistens muss eine große Anzahl von Bassfallen (poröse Bassabsorber, Plattenschwinger, Helmholtzresonatoren, aktive Bassfallen) eingesetzt werden; für einen linearen Frequenzgang sorgt oft auch ein Raumkorrekturfilter. Subwooferarrays bieten die Möglichkeit stehende Wellen erst gar nicht entstehen zu lassen: Werden zwei Subwoofer links und rechts bei einem Viertel der Raumdimension aufgestellt, so wird sich in dieser Dimension keine stehende Welle erster Ordnung bilden, es wird bei dieser Frequenz quasi eine ebene Wellenfront produziert. Man kann die zwei Subwoofer auch zu einem „Single Bass Array“ erweitern, sodass die gesamte Frontwand den Schall abstrahlt, von einem „Double Bass Array“ spricht man, wenn weitere Subwoofer an der Rückseite des Raumes den Schall von vorne mit entsprechendem Delay „aufsaugen“, und sich somit auch in Längsrichtung keine Moden ausbilden können.

Quellen:

Master Handbook of Acoustics; Sixth Edition; Mc Graw Hill Education; F. Alton Everest and Ken C. Pohlmann
Sound Reproduction, Loudspeakers and Rooms; Focal Press; Floyd E. Toole
Die Audio Enzyklopädie; 2. Auflage; De Gruyter Saur; Andreas Friesecke
Acoustics and Psychoacoustics; Fourth Edition; Focal Press; David M. Howard and Jamie A. S. Angus
Recording Studio Design; Fourth Edition; Focal Press; Philip Newell
https://amcoustics.com/tools/amroc?l=500&w=500&h=270&re=ITU%20listening%20room
Akustische Messungen von Mag. Florian Mayerhoffer
https://amcoustics.com/tools/amroc (Diagramme und Bilder)

Hinweis:

Dieser Text ist in Zusammenarbeit mit Florian Mayerhoffer ( https://www.shape-the-sound.com /) und Francesca Tonetti (tonetti@rohde.at) entstanden.

Flatterecho

Sun, 15 May 2022 14:58:23 GMT

Flatterecho ... cho ... cho ... cho

Was ist ein Flatterecho? Bevor ich hier lange Erklärungen abgeben, hier ein Beispiel.

Die Abbildung unten zeigt die Wellenform eines Klatschers in einem Raum, in welchem ein solches Flatterecho entsteht. Es ist deutlich ersichtlich, dass der Knall des Klatschers sich in gleichmäßigen Abständen wiederholt.

Entstehen kann ein solches Flatterecho zwischen zwei parallel zueinander stehen stark reflektierenden Wänden. Wichtig dabei ist, dass der Nachhall im Raum, durch schallabsorbierende Maßnahmen an den Flächen, die nicht zum Flatterecho beitragen, bereits reduziert ist. Erst dadurch wird dieses Phänomen wahrnehmbar. Andernfalls würden die Echos im allgemeinen Nachhall untergehen.

Besonders spannend wird es, wenn eine der Wände nicht nur reflektiert, sondern durch eine konkave Form den Schall auch noch fokussiert. Die Schallenergie wird dadurch gebündelt und das Nachklingen des Flatterechos wird noch länger und bekommt einen eigenen Rhythmus. Zu beobachten ist dies bei Glaskuppeln, so geschehen im Deutschen Historischen Museum in Berlin. Als Maßnahme wurden mikroperforierte Folien eingesetzt, um den Schall zumindest teilweise zu absorbieren.

Man trifft aber ach in Räumen des Alltags häufig auf Flatterechos. Z.B. in Büros, wenn zwei Glasflächen parallel zueinanderstehen und an der Decke Schallabsorber angebracht sind. Da der Abstand typischerweise zwischen 3-5 m liegt, dh. eine sehr kurzer Laufweg für den Schall, sind die einzelnen Reflexionen nicht mehr zu unterscheiden und es einsteht ein rauer tonaler Klang. Dieser klingt umso höher, je enger die Wände zueinanderstehen.

Wer auf Suche gehen will wird meist fündig. Einfach mehrfach in die Hände klatschen und du wirst irgendwann auf ein Flatterecho stoßen. Garantiert.

Die Akustik der Staatsoper Berlin

Thu, 31 Mar 2022 12:31:29 GMT

Die Akustik der Staatsoper Berlin

Abbildung 1: Decke der Staatsoper Berlin. Credits: Staatsoper Unter den Linden - Gordon Welters

Viele große Dirigenten begeisterten bereits das Publikum der Berliner Staatsoper. Meister wie Felix Mendelssohn-Bartholdy, Erich Kleiber, Otto Klemperer, Herbert von Karajan, Otmar Suitner und Daniel Barenboim leiteten das Orchester des ältesten Opernhaus Berlins. Die Geschichte dieses kostbaren Bauwerks ist jedoch sehr bewegt. 1742 als erste freistehende Hofoper erbaut wurde sie sieben Mal umgebaut.

Über die ältesten Um- und Wiederaufbauarbeiten ist wenig bekannt, jedoch weiß man, dass es von Beginn an Bedenken über den nötigen Brandschutz gab. Tatsächlich brannte das Gebäude, kurz vor Beginn der Sanierungsarbeiten 1843, bis auf die Grundmauern nieder. Während des Zweiten Weltkrieges wurde die Staatsoper bombardiert, aber bereits im Dezember 1942 wiedereröffnet.

Viele Jahre leitete Otmar Suitner das Opernhaus und trug zur positiven Entwicklung des Ensembles bei. Seit 1992 ist Daniel Barenboim künstlerischer Leiter und Musikdirektor. Er hob die Staatsoper und seine Staatskapelle auf Weltniveau.

Schließlich führten sein Verlangen nach einer besseren Akustik im Zuschauersaal und die Anforderungen an eine adäquate Brandschutzsanierung 2010 zum Beginn der aufwändigsten Umbauarbeiten in der Geschichte der Staatsoper.

Abbildung 2: Außenansicht der Staatsoper Unter den Linden. Links: 1832. Rechts: Heute (Credits: Staatsoper Unter den Linden / Marcus Ebener.)

Der Entwurf für die Verbesserung der Akustik

Die Akustik im denkmalgeschützten Zuschauersaal sollte verbessert werden, ohne eine elektroakustische Anlage einzuführen und ohne die Außenmauern der Staatsoper zu verändern.

Das Ziel war es die Nachhallzeit von ungefähr einer Sekunde auf einen Wert von 1,6 Sekunden zu bringen. Dieser Zielwert nähert sich einem Idealwert für Konzertsäle, bei dem Zuhörer*innen von einem angenehmen Klangerlebnis berichten. Dazu zählt auch, dass die Lautheit im Saal nicht unverhältnismäßig hoch wird. Auch dieser Aspekt stellte bei der Planung der Sanierungsarbeiten ein Hindernis dar.

Außerdem sollte das Volumen des Saals um ca. 3000m ³ vergrößert werden, um mehr Personen Platz bieten zu können. Wie kann der Zusammenhang von Nachhallzeit, Saalvolumen und Personenanzahl jedoch verstanden werden?

Die Sabin’sche Nachhallformel und wichtige Raumakustische Gütemaße

Die Sabin’sche Nachhallformel wird abgeleitet von der Energiebilanz in einem Raum, der von einer Schallquelle mit einer bestimmten Leistung angeregt wird.

Die Energie im Raum lässt sich als Differenz von Energiezufluss und Energieabfluss darstellen. Aus dieser Differenz und dem Abfall der mittleren Schallenergie um eine bestimmte Pegeldifferenz, bedingt durch Absorptionsflächen, ergibt sich für die Nachhallzeit folgende Formel:

Der Koeffizient ergibt sich aus der Schallgeschwindigkeit c und der Zeitspanne, in der der Schalldruckpegel um 60dB abgenommen hat. V [m ³ ] ist das Raumvolumen und A _Ges [m ² ] ist die äquivalente Absorptionsfläche, d.h. die Summe aller absorbierenden Flächen im Raum.

Vergrößert man das Volumen des Raumes, verlängert sich die Nachhallzeit. Ein größeres Volumen bedeutet jedoch gleichzeitig mehr Absorptionsflächen im Raum und somit wieder eine Verkürzung der Nachhallzeit. Deshalb ist es wichtig, bei Vergrößerung des Volumens, auch die Absorptionsflächen zu adaptieren. Diese Wechselbeziehung galt es auch beim Umbau des großen Saals der Berliner Staatsoper zu beachten.

Ein weiterer Zusammenhang besteht zwischen Nachhallzeit und Lautheit, auch Stärkemaß G genannt, in einem Raum.

Das Stärkemaß ist das Verhältnis des Schallpegels, das an einem Hörerplatz von einer kugelförmig abstrahlenden Quelle erzeugt wird und dem Schallpegel, den dieselbe Quelle im Freifeld in 10m Entfernung erzeugt. Ist es zu hoch, wirkt ein Konzertsaal unangenehm laut. Optimalwerte liegen für G zwischen 0dB und 10dB.

Bei Verlängerung der Nachhallzeit, kann es passieren, dass auch die Lautheit zunimmt, da die Energieabnahme im Raum langsamer erfolgt. Auch dieser Aspekt beeinflusste die Umbauarbeiten der Staatsoper.

Da der Saal eher klein für einen Opernsaal ist (war) und eine hohe Lautheit aufwies, sollte diese nicht weiter zunehmen.

Ein weiters wichtiges Stärkemaß für die Bewertung eines Opernsaals ist das Klarheitsmaß C ₈₀ .

Es wird aus dem logarithmischen Verhältnis zwischen der Energie in den ersten 80ms zur Gesamtenergie ab den 80ms berechnet und sollte auf allen Zuhörerplätzen über 0dB liegen. Dann sind aufeinanderfolgende Töne gut unterscheidbar. Liegt das Klarheitsmaß unter 0dB, wird der Hörer stärker von der Musik umhüllt und die einzelnen Stimmen verschmelzen zu einem einzigen Klanggemisch. Welche Anforderung eingehalten werden sollte, hängt auch vom Repertoire des Konzertes ab.

Diese Parameter galt es, unter strengen Denkmalschutzvorgaben zu verbessern.

Die Wiedereröffnung

Nach sieben Jahren Umbauarbeiten wurde die Staatsoper Unter den Linden im Oktober 2017 wiedereröffnet.

„Man merke sofort, dass sich die Akustik verbessert habe. Man fühlt sich beim Spielen viel wohler“ bemerkte ein Orchestermusiker sofort.

Welche Maßnahmen wurden vom Projektberater Martijn Vercammen und der raumakustischen Beraterin Margriet Lautenbach von der Peutz GmbH ergriffen?

Zunächst wurde ein Modell zur Strahlenverfolgung in CATT-Acoustic erstellt. Durch dieses erste Simulationsmodell konnte die Anhebung des Binderraums oberhalb des Zuschauersaals um 5 m simuliert werden, um eine Volumsvergrößerung auf 9300m ³ zu ermöglichen. Die Bestandsituation wurde mit der neuen Situation verglichen und Nachhallzeit und Stärkemaß berechnet.

Da der genaue Wellencharakter von Schall mittels statistischer Verarbeitung von Reflexionsrichtungen nicht prognostiziert werden kann, fertigte das Peutz-Team auch ein Maßstabmodell an. Auch hier wurde die Bestandsituation mit der neuen Situation verglichen.

Es entstand dabei die Frage, ob der neue Raum schwach oder stark an den Zuschauerraum gekoppelt werden sollte. Nach einigen Berechnungen konnte festgestellt werden, dass die beiden Räume durch eine möglichst große Kopplungsfläche verbunden werden sollten. Dabei wird der angekoppelte Raum fast ein Teil des Gesamtvolumens und das wird subjektiv positiver wahrgenommen.

Die Verbindung entstand über eine schalloffene Netzstruktur. Der Architekt H.G. Merz wollte damit auf die ursprüngliche Architektur verweisen und gleichzeitig eine schalldurchlässige Verknüpfung schaffen.

Durch die gelungene Raumvergrößerung musste die Schallabsorption einiger Flächen verringert werden. Es entstanden eine neue Schabracke sowie neue Wandverkleidungen und Brüstungen.

Auch die Bestuhlung, die eine der wichtigsten schallabsorbierenden Flächen darstellt, wurde neu definiert.

Mit Hilfe einer höheren, ergonomischen Rückenlehne, einer dünnen Polsterung und dem Einbau einer luftdichten Schicht in den Sitzen konnte der Sitzkomfort erhöht werden ohne Erhöhung der Absorption.

Die geplante Nachhallzeit von 1,6 s konnte erreicht werden.

Das Stärkemaß beträgt, mit Ausnahme des 3. Rangs, im gesamten Saal 4 - 5 dB.

Auch das Ziel, die Lautheit im Saal nicht zu erhöhen, konnte erreicht werden.

Die neuen Werte des Klarheitsmaßes nähern sich denen, eines optimalen Konzertsaals sehr gut an.

Dabei ist der Klang im Parkettbereich etwas reicher (geringere Werte) und in den Rängen etwas direkter.

Abbildung 3: Fotos aus dem Zuschauerraum. Credits: Staatsoper Unter den Linden - Marcus Ebener

Abbildung 4: Foto der schalloffenen Netzstruktur. Credits: Staatsoper Unter den Linden - Gordon Welters

Quellen:

https://www.concerti.de/oper/feuilleton/staatsoper-unter-den-linden-der-geschichte-verpflichtet/
https://zeitreisen.zeit.de/staatsoper-unter-den-linden-und-pierre-boulez-saal-in-berlin/#Daten%20und%20Fakten
M.L.S. Vercammen, H.-P.Tennhardt: Die Akustische Geschichte der Staatsoper Unter den Linden, Daga 2010 Berlin
M.L.S. Vercammen, M.R. Lautenbach: Akustik der Staatsoper Unter den Linden- Entwurf, Daga 2018 München
M.L.S. Vercammen, M.R. Lautenbach: Akustik der Staatsoper Unter den Linden- Ergebnisse, Daga 2018 München
M.L.S. Vercammen, M.R. Lautenbach: Broschüre Peutz GmbH- Staatoper Unter den Linden- Die Akustik im Opernsaal

Credits:

Dieser Text ist in Zusammenarbeit mit Francesca Tonetti (franctonescatti@gmail.com) entstanden.

Holzwolle und Akustik

Wed, 09 Feb 2022 09:27:48 GMT

Die wichtige Rolle der Holzwolle in der Raumakustik

Holzwolle ist ein naturbelassener Werkstoff und besteht aus bis zu 50cm langen, gleichmäßigen, feinen, splitterfreien, elastischen und nahezu staubfreien Holzwollefäden. Holzwolle wurde bereits im Mittelalter als Restprodukt der Holzverarbeitung als Zuschlagstoff für Lehm und als Füllmaterial in Matratzen verwendet. Gezielt hergestellt wurde sie erstmals um 1840 in den USA, etwa 40 Jahre später begann auch in Europa die Produktion. 1908 erhält Robert Scherer das österreichische Patent für die erste magnesitgebundene Holzwolle-Leichtbauplatte, die seit 1924 industriell produziert werden. Diese Platten findet man heute auch in der Akustik, da sie wie poröse Absorber funktionieren.

Lange Zeit galt Holzwolle als minderwertiges billiges Verpackungsmaterial und hatte aufgrund von Missverständnissen und Unwissen ein schlechtes Image. Daran Schuld trägt vielleicht die weltweit einheitliche Klassifizierung von Holzwolle, sie wird unter dem HTS-Code 4405.00.00 zusammen mit Holzmehl in allen Handelsstatistiken erfasst, und ist somit im Gegensatz zu Holzspänen und Holzfasern nicht als Werkstoff angesehen. Heute erlebt die Holzwolle eine Renaissance, sie wird vielfältig eingesetzt.

Herstellung:

Bei der Holzwolleproduktion werden entrindete Rundholzabschnitte von Fichten, Kiefern und anderen Laub- und Nadelbäumen mit spanabhebenden Hobelmaschinen bearbeitet. Das verwendete Holz ist sehr hochwertig, astfrei und gut getrocknet (ca. 16 Monate Trocknungszeit, 13% Restfeuchtigkeit). Eine große (und auch die einzige) Produktionsfirma von Holzwolle in der Schweiz, verwendet für ihre insgesamt 180 verschiedene Holzwollearten ausschließlich Rohstämme die nach FSC (Forest Stewardship Council) und PEFC (Programme for the Endorsement of Forest Certification) zertifiziert sind. Um die von Baumart zu Baumart unterschiedlichen biologischen, chemischen und physikalischen Eigenschaften (z.B. auch der Harzanteil) optimal nutzen zu können, wird in der heutigen modernen Holzwolletechnologie für jeden Verwendungszweck nach der bestmöglichen Rezeptur gesucht, das heißt für jede Holzwolle gibt es ein anderes Mischungsverhältnis der Holzarten, und die Fasern unterscheiden sich in der gewählten Dimension bezüglich Länge (bis 50cm), Breite (1-6mm) und Dicke (0,05-0,5mm). Der Herstellungsprozess ist rein mechanisch, umweltfreundlich, CO ₂ -neutral und energiearm. Die gehobelte Holzwolle wird gereinigt, nach Größe sortiert, von störenden Holzsplittern befreit, schonend gepresst (mit Ausnahme von Premiumholzwolle), produktspezifisch verpackt und so schließlich zum Verkauf gebracht. Mit Zement und Magnesit gebundene Holzwolle wird zu Leichtbauplatten verarbeitet.

Anwendungen:

Holzwolle findet aufgrund der vielseitigen Einsatzmöglichkeiten und positiven Eigenschaften in unzähligen Branchen Verwendung. In den 1920iger Jahren entdeckte ein Chirurg die Holzwolle im Bereich der Hygiene (z.B. Wundverbände oder die ersten Tampons für Frauen). Mitte des letzten Jahrhunderts verdrängten dann aber synthetische Stoffe Hygieneprodukte aus Holzwolle. Aber sie kommt heute noch in der Euterhygiene bei Nutztieren zum Einsatz.

In der Haustierhaltung wird Holzwolle aufgrund der großen Saugfähigkeit und der geruchsbindenden Eigenschaften für Tiere jeder Größe geschätzt. Aufgrund der Staubfreiheit zum Schutz der Atemwege wird bei wertvollen Sportpferden die Holzwolle gerne dem Stroh vorgezogen, zumal Stroh und vor allem importiertes Stroh heute oft mit Pestiziden belastet und mit gefährlichen Kunststoffpartikeln, Teilen von Getränkedosen usw. verunreinigt ist. Hamster und Hasen können sich in der Holzwolle Nester und Höhlen bauen und sich so artgerecht beschäftigen, diese Holzwolle bezeichnet man auch als Kuschelwolle.

Beim Anbau empfindlicher Früchte wie Erdbeeren beispielsweise verhindert Holzwolle das Verschmutzen der Früchte, Schneckenfraß, Schimmelbefall und das Aufkeimen von Unkraut. Ausgesuchte Rohholzmischungen enthalten besonders viel ätherische Öle, Gerb- und Faserstoffe, welche die Schnecken vertreiben. In Trockenzeiten hält die Wolle den Boden länger feucht. Sie dient als Frostschutz für empfindliche Pflanzen, bietet Schutz vor Regenerosion, schafft ein Mikroklima am Boden, bietet UV-Schutz, und ist ein Feuchtigkeitsspeicher. Holzwollematten werden in der Renaturierung im hochalpinen Raum (z.B. Skipisten und steile Hänge) verwendet. Ein bekanntes Produkt sind zum Beispiel die „Curlex Erosion Control Blankets“ der US Firma American Excelsior Company.

Im Grund- und Straßenbau verhindern Bodenschutzmatten aus Holzwolle das Wegschwemmen von frischen Erdaufschüttungen.

Holzwolle dient auch zur optisch ansprechenden, nachhaltigen und sicheren Verpackung empfindlicher und hochwertiger Produkte und Lebensmittel wie Spirituosen, Trockenfleisch, Lebensmittelkörbe und Glaswaren.

Als Dämmmaterial überzeugt Holzwolle aus ökologischer Sicht, die Dämmwirkung ist aber aufgrund einer im Vergleich zu anderen Dämmmaterialien relativ hohen Wärmeleitfähigkeit von ca. 0,09 Watt pro Meter und Kelvin eher schlecht, wird aber trotzdem in der Zwischensparrendämmung und Untersparrendämmung verwendet. Holzwolle hat eine gute Wärmespeicherkapazität von 2.100 Joule pro Kilogramm und Grad Kelvin und absorbiert Feuchtigkeit (offenporige Struktur) und kann diese auch wieder abgeben, hat also eine ausgleichende Funktion, und schafft somit ein gutes Raumklima. Holzwolle ist schwer entflammbar (Brandschutz B1 nach DIN 4102). Fertige Platten weisen eine Rohdichte von 40 -90 kg/m² auf.

Schließlich wird Holzwolle zum Einrichten von Insektenhotels und zur Aufzucht von Insekten verwendet, die Imkerholzwolle wird in Zuckerwasser oder Ambrosia-Bienenfutter getränkt und dient den Bienen als Nahrungsquelle, ohne dass diese Gefahr laufen müssen zu ertrinken. Darüber hinaus werden Särge mit Holzwolle ausgekleidet, Zielscheiben beim Bogenschießen sind aus Holzwolle, in manchem Osterkorb findet sich statt Heu die grüne Osterholzwolle, Plüschtiere besitzen als Füllmaterial oft Holzwolle (so z.B. auch der erste Teddybär), mit Lebensmittelparaffin getränkte Holzwolle dient als Anzündhilfe und gewinnt zunehmend an Bedeutung, und zu guter Letzt gibt es Wellness-Kissen mit Holzwolle aus Mondphasenholz.

Holzwolle in der Akustik:

Die magnesit- und zementgebundenen Holzwolle-Leichtbauplatten, die in der Akustik verwendet werden, haben den Vorteil gegenüber anderen porösen Absorbern, dass sie mechanisch widerstandsfähig sind. Sie eignen sich einerseits für viele Zwecke, wo auch andere Absorber zum Einsatz kommen (nicht zuletzt aufgrund der optisch ansprechenden Oberfläche), wie z.B. Akustikdecken, Baffeln und Deckensegel, sowie Wandverkleidungen, aber andererseits z.B. aufgrund der Ballwurfsicherheit auch für Sportsäle. Eine weitere verbreitete Anwendung sind Garagen.

Solche Akustikplatten gibt es z.B. von den Herstellern „Knauf AMF“ (Heradesign® und Tektalan Holzwolleplatten), sowie „Fibrolith“.

Heradesign® Akustikplatten werden in Österreich in Ferndorf (Kärnten) hergestellt. Es sind magnesitgebundene Holzwolle-Platten. Das Magnesit wird im lokalen Bergwerk abgebaut, das für die Holzwolle verwendete Fichtenholz kommt ebenfalls aus der Gegend. Zu Beginn der Herstellungskette reift das geschlagene Holz ca. 8-12 Monate auf dem Lagerplatz, dann werden die entrindeten zwei Meter langen Stämme mit einer Mehrblattsäge in 50cm Blöcke zerteilt. Diese werden aussortiert und den Rotationshobelmaschinen zugeführt, die die Baumstammabschnitte in die rohe Holzwolle umwandeln. Parallel wird eine Suspension aus Wasser und kaustisch gebranntem Magnesit hergestellt. Bei der kaustischen Verbrennung wird das abgebaute Magnesit (chemische Formel MgCO3) auf 790°C erhitzt, dabei kommt es zu einer Abspaltung des Kohlenstoffs (= Kalzinierung), es bleibt das reine Magnesiumoxyd (MgO) zurück. In die Suspension werden geringe Mengen anderer Stoffe als Bindemittel hinzugefügt, und schließlich die Holzwolle damit inkrustiert (überzogen). - Der nächste Schritt im Fertigungsprozess der Akustikplatten ist die Einlegestation mit der Bandformmaschine, wo die Holzwolle von zwei Stahlbändern von oben und unten komprimiert wird, zusammen mit einer seitlichen Begrenzung entsteht ein 60cm breites Endlosband bzw. eine Endlosplatte. Diese durchläuft dann den 220°C heißen 30m langen Kalibrierkanal, wo es zur Warmabbindung kommt. Eine automatische Kreissäge zerschneidet die Endlosplatte schließlich zu 1-3m langen Platten. Diese Platten werden dann einer Qualitätsprüfung unterzogen, bevor es zur Kantenausbildung und individuellen Färbung laut Kundenwunsch kommt. Die eingefärbten Platten werden getrocknet und schließlich durch einen Verpackungsroboter für den weltweiten Export hergerichtet.

Heradesign®-Akustikplatten können recycliert werden (Wiedergewinnung des Bindemittels und Energierückgewinnung), können aber unter Zugabe von Bakterien auch kompostiert und deponiert werden.

Quellen:

Credits:

Dieser Text ist in Zusammenarbeit mit Florian Mayerhoffer ( https://www.shape-the-sound.com/ ) entstanden.

Mikroperforation und Akustik

Wed, 09 Feb 2022 08:53:19 GMT

Wie mikroperforierte Akustikplatten Schall absorbieren

Die Theorie des mikroperforierten Absorbers geht auf den chinesischen Akustiker Dah-You Maa und das Jahr 1975 zurück. Mikroperforierte Absorber funktionieren im Grunde genommen wie Helmholtz-Resonatoren und normale Lochplatten auch, aber mit dem entscheidenden Unterschied, dass kein zusätzliches Dämmmaterial benötigt wird. Es reicht alleine die Reibung der Luft in den Löchern sowie die Mündungseffekte aus, um der Schallwelle signifikant Energie zu entziehen. Dazu ist es notwendig, dass die Löcher der mikroperforierten Oberfläche sehr klein sind, nämlich im Sub-Millimeterbereich. Sodann kommt der Effekt der akustischen Grenzschicht zum Tragen: Fließt Wasser durch eine Leitung, so haftet die äußerste Schicht Wasser an der Leitung (Haftreibung), es kommt zu Schubspannungen und einer (hier je nach Druck) mehr oder weniger turbulenten Grenzschicht. Genauso verhält sich die strömende Luft durch die Löcher des mikroperforierten Absorbers. In Abhängigkeit von der Frequenz kommt es von einer laminaren Strömung (keine Turbulenzen, nur Viskositätsverluste) bis hin zu ausgeprägten Wirbelbewegungen. Dabei wird bei mikroperforierten Absorbern der Lochdurchmesser in Größenordnung der Grenzschichtdicke gewählt, um eine maximale Wirkung zu erzielen. Der Zusammenhang der Grenzschichtdicke δ und des Lochradius r ₀ ist durch folgende Formel gegeben:

Eine optimale Reibung der Luft ergibt sich, wenn der Lochradius und die Grenzschicht etwa in derselben Größenordnung sind, sprich der Reibungsparameter χ = 1 ist. Aus der Formel ist zu erkennen, dass bei gleichbleibendem Reibungsparameter χ bei einer hohen Frequenz f der Lochradius gering sein muss und dabei die Grenzschicht ebenso gering ist. Typische Lochgrößen von mikroperforierten Absorbern liegen zwischen 0,05 und 5 mm, ebenso sind die gelöcherten Platten sehr dünn, es werden auch Folien verwendet. Besteht der Absorber aus Metall, so kommt zusätzlich zur Wirkung der akustischen Grenzschicht auch eine thermische Grenzschicht ins Spiel, bei gleicher Bauweise kann so ein Absorber aus Aluminium oder Stahl noch mehr Schallenergie absorbieren als das gleiche Modell aus zum Beispiel Acrylglas. Werden mikroperforierte Folien als Absorber verwendet, so muss darauf geachtet werden, dass diese mechanisch stabil sind und nicht frei in der Luft mit der Schallwelle mitschwingen können. Der Lochanteil bei mikroperforierten Absorbern ist mit ca. 1% relativ gering, ein größerer Lochanteil verändert das Absorptionsvermögen kaum.

Wie beim normalen Lochplattenresonator auch spielt der Abstand der mikroperforierten Platte oder Folie zur schallharten Rückwand eine entscheidende Rolle. Bei der Frequenz wo der Plattenabstand λ/2 beträgt, ist oft ein kleiner Absorptionseinbruch vorhanden, da bei diesem Abstand und dieser Frequenz die Schallschnelle ihr Minimum hat. Das Verhältnis von Lochdurchmesser zu Lochlänge hat einen Einfluss auf die Güte bzw. Breitbandigkeit des Absorbers. Breitbandigkeit lässt sich bei mikroperforierten Absorbern durch Positionierung von mehreren Absorbern hintereinander erreichen, hierbei werden die hohen Frequenzen durch den aus Sicht des Schalleinfalls ersten Absorber absorbiert, der zweite oder dritte Absorber ist für die tiefen Frequenzen zuständig. Ebenso kann durch eine in den Raum konvexe Form die Breitbandigkeit massiv erhöht werden. Schlussendlich ist es auch möglich mehrere Absorber nebeneinander aber mit unterschiedlicher Abstimmung zu verwenden, um Absorption über einen großen Frequenzbereich zu erhalten.

Die Fertigung der mikroperforierten Akustik-Elemente nahm ihren Anfang mit Bohrversuchen an Prototypen aus Aluminium, 1993 wurde mit einem entsprechend programmierten Einstrahllaser kleine Löcher und Schlitze in Acrylglas geschnitten. Mit Mehrspindel-Maschinen wurde das Bohren in Kunststoffen produktiv, mit Stanzwerkzeugen lassen sich Stahlbleche zu Decken-Kassetten mikroperforieren. In der Fertigung von Schallschutzelementen im Kraftfahrzeugbau haben es auch spezielle Schlitz-Verfahren mit anschließendem Walzprozess bis zur Serienreife gebracht. Heutige mikroperforierte Absorber werden aus Acrylglas, Polycarbonat, PVC, ETFE, und normalem Flachglas, sowie Metall und Holz gefertigt.

Mikroperforierte Absorber lassen sich in verschiedensten Konfigurationen in der Raumakustik und dem technischen Schallschutz vielfältig einsetzen. Aufgrund ihrer robusten Bauweise (Ausnahme Folien) und der (fast) geschlossenen Oberfläche können mikroperforierte Absorber faserige und poröse Absorber unter harten Einsatzbedingungen ersetzen, z.B. als Kulissenschalldämpfer in Auspuffanlagen oder Hitzeschildern in Motorräumen. Aufgrund der turbulenten Luftbewegungen in den Löchern verstauben sie wenig, deshalb, und aufgrund der Tatsache, dass keine zusätzlichen faserigen Stoffe benötigt werden, eignen sie sich auch in hygienisch anspruchsvollen Bereichen wie der Lebensmittel-, Pharma- und Mikroelektronikindustrie. Das geringe Gewicht hat darüber hinaus Vorteile im Flugzeugbau.

Ein prominentes Beispiel für den Einsatz von mikroperforierten Absorbern in der Raumakustik ist der neue Plenarsaal des deutschen Bundestages in Bonn. Bei dessen Eröffnung im Jahre 1992 erlebte man eine akustisch bittere Überraschung. Die Wände des Saales werden aus großen glatten Glasflächen gebildet, die als Schallreflektoren wirken. Da der Grundriss aus Kreisausschnitten gebildet ist, kommt es in der unteren Saalebene zu unerwünschten Fokussierungseffekten und zu Reflexionen, die die Sprachverständlichkeit stören. Viele Flächen wurden bei der Sanierung durch transparente Reflektoren entschärft, die den Schall zur akustisch absorbierenden Decke und den hinteren absorbierenden Sitzreihen umlenken. Wo diese Möglichkeit nicht bestand, wie zum Beispiel an den Türen und vor den Technikkabinen unter der Mitteltribüne kamen vom Fraunhofer-Institut für Bauphysik entwickelte mikroperforierte Platten aus Acrylglas zum Einsatz, mit denen die gewünschte optische Transparenz erhalten werden konnte.

Quellen:

www.topakustik.uk.com
www.trikustik.at
www.barrisol.com
Helmut V. Fuchs: „Schallabsorber und Schalldämpfer.“ Springer Verlag
Dissertation Anita Schulz: „Die akustischen Randbedingungen perforierter Wandauskleidungen in Strömungskanälen - Physikalische Modelle und Eduktion“.
W. Fasold, G. Schupp, U. Stephenson: „Modellmessungen und Rechnersimulationen als Entscheidungsgrundlage für raumakustische Verbesserungen am Plenarsaal des Deutschen Bundestages.“
Acoustic Absorbers and Diffusors, Trevor J. Cox and Peter D’Antonio, 2nd edition
Gezieltes Sounddesign - Mikroperforiertes Hitzeschild optimiert Akustik im Motorraum; https://automobilkonstruktion.industrie.de/karosserie-interieur/gezieltes-sounddesign/#slider-intro-3

Credits:

Dieser Text ist in Zusammenarbeit mit Florian Mayerhoffer ( https://www.shape-the-sound.com/ ) entstanden.

QRD Diffusor

Tue, 21 Sep 2021 09:42:27 GMT

QRD Diffusor

Diffusoren in der Akustik sind wie Schallabsorber auch Akustikelemente zur Gestaltung der Raumakustik. Im Gegensatz zu Schallabsorbern aber schlucken sie nicht die Schallenergie, diese bleibt zum größten Teil im Raum erhalten, die Wirkung der Diffusoren besteht darin die Energie einer aus einer bestimmten Richtung auftreffenden Schallwelle in alle Richtungen verteilt wieder abzugeben. Dies passiert frequenzabhängig, folgende Abbildung verdeutlicht dies:

Ähnlich dem optischen Reflexionsgesetz verhält sich auch die Schallwelle, wenn sie auf ein Hindernis trifft: Einfallswinkel ist gleich Ausfallswinkel. Befindet sich nun am Reflexionspunkt eine unebene Oberfläche mit Strukturen in der Größe der Wellenlänge des auftreffenden Schalls, so wird die Schallwelle in unterschiedliche Richtungen zurückgeworfen, beim idealen Diffusor halbkreisförmig in alle Richtungen verteilt. Diffusoren tragen somit zur Bildung eines diffusen Schallfeldes in einem Raum bei. Das ideale diffuse Schallfeld definiert sich dadurch, dass der Schall an einem Punkt im Raum mit gleicher Wahrscheinlichkeit aus allen Richtungen eintrifft, und dies für alle Punkte im ganzen Raum gilt. Aus Sicht des Akustikers macht die Erzeugung von diffusen Schallfeldern Sinn, um zum Beispiel einem Raum eine gewisse Lebendigkeit (= längere Nachhallzeit) zu lassen, ohne dabei störende einzelne Reflexionen oder Echos in Kauf nehmen zu müssen. So kommen die unterschiedlichsten Arten von Diffusoren und schallstreuenden Elementen in der Akustik vor. Während man in konzerttauglichen Sälen vor allem Säulen, Stuck, Täfelungen, Logen und Balkone, Skulpturen, Karyatiden und Kassettendecken, sowie andere große Reflektoren wie gezielt eingesetzte Deckensegel vorfindet, so kommen in kleineren Räumen wie Tonstudios aufgrund des geringen Platzangebots vermehrt speziell konstruierte Diffusoren vor, wie zum Beispiel auch der hier vorgestellte QRD.

Die Abkürzung “QRD” bedeutet Quadratic Residue Diffusor (auch Schroeder Diffusor genannt). Dahinter verbirgt sich folgende Formel, nach der dieser Diffusor berechnet wird:

t = Tiefenfaktor der Diffusorböden in Abhängigkeit von n

N = Primzahl

n = Ganzzahl zwischen Null und N

Folgende Abbildung zeigt einen QRD und eine schematische Darstellung. Jeder Punkt der Oberfläche des Diffusors (die aus unterschiedlich tiefen Böden besteht) verursacht bei der Reflexion der ankommenden Wellenfront kleine neue Elementarwellen (Huygenssches Prinzip) die sich zu einer neuen Wellenfront überlagern. Aufgrund der unterschiedlich tiefen Böden und somit unterschiedlich langen Wege der Schallwelle werden Phasenverschiebungen produziert und somit die neue Wellenfront in unterschiedliche Richtungen “gelenkt”.

Der “Zauber” des QRD liegt in der speziellen Berechnung und Anordnung der einzelnen Tiefen der Diffusorböden: Hinter “mod” versteckt sich die Modulo-Rechnung. Dabei handelt es sich um die Restberechnung einer Division. So ist z.B. 11 mod 3 = 2, denn 11 / 3 = 3 Rest 2. Im Falle eines Quadratic Residue Diffusors mit 7 Fächern/ Böden (das heißt die Primzahl N ist gleich 7) ergeben sich bei n = 0 bis n = 7 folgende Tiefenfaktoren: 0, 1, 4, 2, 2, 4, 1, (0)*. Diese Tiefenfaktoren stellen also immer die Differenz von n² zum kleineren ganzzahligen Vielfachen von 7 dar. Z.B. für n = 6: n² = 36, 1 Rest auf 35 (=7 x 5). Dieser Zusammenhang ist entscheidend für das Verständnis des Diffusors: Zum nächst gelegenen (tieferen) Vielfachen der Zahl 7 können also maximal 6 verschiedene Restbeträge kommen (1 – 6), zählt man den Rest “Null” auch dazu, erhält man somit genau 7 verschiedene Tiefenfaktoren.

Für den Diffusor wird nun eine Designfrequenz gewählt, diese bestimmt die tatsächliche Designtiefe bzw. Bautiefe des Diffusors. Je tiefer er gebaut ist, zu umso tieferen Frequenzen kann er arbeiten. Es gilt hier der Zusammenhang: Die Designtiefe des Diffusors entspricht der halben Wellenlänge der Designfrequenz. Bei der Designfrequenz dreht das tiefste Fach (die maximale Tiefe des Diffusors) die auftreffende Schallwelle um genau 360° in der Phase, alle anderen Tiefen bzw. Böden ändern die Phase entsprechend weniger. Somit bestimmt das Quadrat der Zahl n die Phasenverschiebung, und der Restbetrag in der Gleichung hält diese innerhalb von 0 - 360°. Je höher die Primzahl gewählt wird, umso mehr Restbeträge sind möglich, umso mehr verschiedene Tiefen haben die Diffusorböden, umso mehr verschiedene Phasenverschiebungen gibt es, umso gleichmäßiger verteilt der Diffusor die Schallenergie halbkreisförmig. Unabhängig davon, wie viele Fächer und Böden der QRD absolut gesehen hat, erfolgt dank der speziellen Formel und Berechnung des QRD bei der Designfrequenz und deren Vielfachen eine Schallverteilung mit gleichmäßig angeordneten Schallkeulen und einer annähernd gleichmäßigen Energieverteilung in alle Richtungen. Folgende Abbildung zeigt einen solchen Fall im Vergleich zur Reflexion einer ebenen Platte.

*(Anm.: Streng genommen darf die Modulo-Rechnung nur bis n – 1 durchgeführt werden (also 6² mod 7 = 1), aber aus Symmetriegründen wird in der Praxis gerne oft noch ein abschließendes Fach angehängt, man bekommt also immer so viele Fächer wie die gewählte Primzahl plus 1.)

Für eine korrekte Arbeitsweise des QRD, sodass also die Schallwelle die richtigen Entfernungen zu den unterschiedlich tiefen Böden zurücklegt, muss sich der Schall innerhalb der Fächer als ebene Wellenfront fortpflanzen, das erklärt die Notwendigkeit der Trennwände, welche im Idealfall möglichst dünn sind, aber gleichzeitig stabil sein müssen um keine Verluste durch Resonanz zu verursachen.

Der Frequenzbereich, in dem der Diffusor arbeitet, ist in der Theorie zwischen der unteren Grenzfrequenz (= Designfrequenz) und der oberen Grenzfrequenz. Folgende Formeln bestimmen diese Frequenzen:

S _max = größter Tiefenfaktor

t _max = Tiefe des tiefsten Bodens in Meter

c = Schallgeschwindigkeit

Die obere Grenzfrequenz errechnet sich mit:

b = Breite der Böden in Meter

Vereinfacht gesagt bestimmt die Diffusortiefe den Tiefgang des QRD (je tiefer umso so tiefer die untere Grenzfrequenz), und die Breite der Fächer die obere Grenzfrequenz (je schmäler umso höher die Grenzfrequenz). In der Praxis findet aber bereits eine Oktave unterhalb der Designfrequenz Schallstreuung statt, ebenso findet auch oberhalb der oberen Grenzfrequenz noch Schallstreuung statt. Diese Bereiche sind aber in ihrer Wirkung unvollständig und nur komplex zu beschreiben.

Eine weitere wichtige Frequenz ist diejenige, bei der der Diffusor ähnlich einer Platte den Schall gänzlich ohne Schallstreuung reflektiert. Zur Wiederholung: Die Tiefen der einzelnen Böden sind Vielfache der halben Designwellenlänge dividiert durch die gewählte Primzahl. Trifft nun eine Schallwelle von vorne auf den Diffusor, die genau die Wellenlänge Designwellenlänge dividiert durch die Primzahl hat, also die Designfrequenz mal die Primzahl hat, so wird jedes Fach das Signal genau um Vielfache dessen Wellenlänge verschieben, sprich alle zurückreflektierten Wellen werden in Phase sein, es wird zu keiner Diffusion kommen. Der QRD arbeitet bei dieser Frequenz wie eine glatte reflektierende Platte. Diese Frequenz liegt meist im oberen Frequenzbereich und kann sich mit der oberen Grenzfrequenz überschneiden. Um sie möglichst unhörbar zu machen, kann man entweder die Designfrequenz erhöhen oder eine höhere Primzahl verwenden, beide Maßnahmen verringern den Abstand der einzelnen Tiefen zueinander.

Die Fächer des Diffusors dürfen im Bestreben nach einer hohen Grenzfrequenz nicht zu schmal gewählt werden, da sonst keine Diffusion im Bass- und Mittenbereich stattfinden kann. Dies ist abhängig von der Gesamtgröße des QRD, sind die Fächer auch weniger tief und der gesamte QRD somit für höhere Frequenzen ausgelegt, so können die Fächer entsprechend der Miniaturisierung auch schmäler gewählt werden. Die Bandbreite eines QRD ist also beschränkt, eine gute Breite der Fächer sind 5-9cm. Eine Möglichkeit einen QRD breitbandiger zu gestalten ist die “Verschachtelung” eines QRD in einen anderen. Dabei werden die üblicherweise ebenen Flächen der einzelnen Fächerböden selbst als QRD gestaltet. Folgende Abbildung zeigt einen solchen QRD, einen so genannten Diffractal®.

Will man eine größere Fläche als Diffusor verkleiden, so steht man vor der Wahl entweder einen einzelnen großen QRD mit einer hohen Primzahl zu verwenden, oder eine Vielzahl an QRDs mit einer kleineren Primzahl, in letzterem Fall spricht man von Periodizität. Optisch ansprechender und in der Fertigung billiger ist in der Regel die Anordnung von mehreren QRDs mit einer niedrigen Primzahl. Periodizität hat aber den Nachteil einer schlechteren bzw. ungleichmäßigeren Abstrahlung mit vielen Einbrüchen in der Schallabstrahlung und damit verbundenen hörbaren Klangverfärbungen. In der Regel wird daher ein Kompromiss eingegangen, gut sind z.B. fünf Wiederholungen und eine entsprechende Wahl der Primzahl. Eine weitere Abhilfe dieses Problems sind Diffractal®-QRDs, QRDs mit unterschiedlichen kritischen Frequenzen, sowie eine aperiodische Anordnung von QRDs. Dabei werden QRDs mit unterschiedlichen Primzahlen und damit Längen kombiniert. Ebenso ist es möglich QRDs mit inversen Versionen (die Rückseite wird zur Frontseite) zu kombinieren, und die Abfolge nach einer so genannten Barker-Sequenz zu gestalten. Dadurch kann auch das Diffusionsvermögen bei tieferen Frequenzen verbessert werden.

Bei der Wahl des QRDs gibt es Primzahlen, die günstigere Proportionen in Hinsicht auf untere Grenzfrequenz versus Bautiefe haben. Die tiefste Grenzfrequenz bei minimaler Bautiefe erreicht man mit der Primzahl 7, daher ist dieser QRD auch sehr verbreitet. Eine weitere Möglichkeit die untere Grenzfrequenz zu erweitern, ist in die Formel für die Tiefenberechnung eine Konstante einzubauen:

So wird z.B. bei einem N = 7 QRD aus dem Restbetrag (Bodentiefe) von 4 und einer Konstanten von 3 ein neuer Restbetrag von 0. (4 + 3 = 7, 7 / 7 = 1, Rest 0). Es wird also der Maximalwert der Bautiefe überschritten, durch den Mod- Operator wird der Boden zum Minimalwert “geflippt”, und dieses Fach hat nach der ursprünglichen Tiefe von 4 nur 0. Dieser Verschiebungsprozess passiert mit allen Fächern und Tiefen, dadurch kann sich in Abhängigkeit des QRD-Modells und der gewählten Konstante eine Optimierung der Bautiefe ergeben, weil die einzelnen Böden relativ zueinander anders zu liegen kommen.

Eine weitere Möglichkeit die Bautiefe zu verringern sind gefaltete Fächer, sodass z.B. die längsten Fächer auf der Rückseite um 90° gebogen weiter verlaufen. Ebenso können Lochplatten an den Trennwänden und Öffnungen des QRD angebracht werden, diese erhöhen die Impedanz und Masse der Luftsäule (was eine andere Resonanzfrequenz und Phasenlage mit sich zieht), worauf diese kürzer gebaut werden können und bei etwa halber Tiefe die gleiche Wirkung haben. Ein Nachteil ist, dass diese Lochplatten bei hohen Frequenzen reflektierend wirken. Ähnlich funktioniert der Helmfusor, ein QRD mit einzelnen großen Helmholtzresonatoröffnungen in den Böden der Fächer, diese Resonatoren sind auf tiefe Frequenzen abgestimmt, drehen die Phase und arbeiten somit auch als Diffusor.

QRDs werden aus unterschiedlichen Holzarten, durchsichtigem Kunststoff, thermoverformbarem Kunststoff, glasverstärkten Gipsplatten und geschäumtem Polystyrene hergestellt. Sie sollen sehr präzise und stabil gebaut sein, da sonst z.B. bei bleibenden Fugen oder mitschwingenden Trennwänden viel Energie durch Resonanzen verloren geht. Der Absorptionsgrad von QRDs liegt in der Regel zwischen α = 0,1 - 0,3, bei schmalen Fächern kann er auch noch höher liegen, daher ist es empfehlenswert Fraktal-Diffusoren (Diffractal®) zu verwenden.

Es werden auch 2D QRDs gefertigt, diese besitzen dann quadratische Fächer und beinhalten sowohl in der x– als auch y-Ebene eine QRD Sequenz.

Es gibt heute Computerprogramme, die gezielt QRD ähnliche Diffusoren erstellen, diese aber optimieren. Das erfordert teilweise sehr hohe Rechenleistungen, die heute aber zur Verfügung stehen, ein auf diese Weise optimierter Diffusor arbeitet noch wesentlich effizienter als ein gewöhnlicher QRD, wie folgende Abbildung der Diffusionskoeffizienten verdeutlicht:

Quellen:

Andreas Friesecke: Die Audio-Enzyklopädie, 2. Auflage. 2014, Walter de Gruypter GmbH
Floyd E. Toole: Sound Reproduction. 2008, Focal Press
Trevor J. Cox, Peter D’Antonio: Acoustic Absorbers and Diffusers, 2nd Edition. 2009, Taylor & Francis
https://www.subwoofer-builder.com/qrd.htm

Hinweis:

Dieser Text ist in Zusammenarbeit mit Florian Mayerhoffer ( https://www.shape-the-sound.com/ ) entstanden.

Normen und Gesetze in der Raumakustik

Mon, 20 Sep 2021 16:15:54 GMT

Normen und Gesetze in der Raumakustik

In der Raumakustik und dem Schallschutz gibt es wichtige Normen und sogar Gesetze bzw. Verordnungen, die uns dabei helfen zum einen Anforderungen festzulegen und Lösungswege zu erarbeiten.

Diese Normen helfen uns auch im Streitfall eine eindeutige Grundlage zu haben auf welche man sich berufen kann. Dabei ist wichtig zu unterscheiden, dass Normen nicht bindend sind, sondern als Empfehlungen wahrgenommen werden müssen. Außer eine Norm ist in einem Gesetz oder eine Verordnung direkt verwiesen. D.h. auch, dass internationalen Normen herangezogen werden können. Z.B. kann man in Österreich auch auf Deutsche Normen verweisen und vice versa.

Stand: September 2021

Österreich

ÖNORM B 8115-3:2005 – Schallschutz und Raumakustik im Hochbau – Teil 3

In dieser Norm werden grundsätzliche Anforderungen an die Hörsamkeit bzw. Lärmvermeidung gestellt. Weiter werden Hinweise für die Planung gegeben und Daten zu Schallabsorptionsgraden aufgelistet. Diese Norm ist bereits in die Jahre gekommen und wird gerade erneuert (Stand 09/2021)

ÖNORM B 8115-2:2021 – Schallschutz und Raumakustik im Hochbau – Teil 2

Als entscheidende Grundlage für eine gute Raumakustik muss immer der Schallschutz der umgebenden Bausubstanz geplant oder untersucht werden. Diese Norm hilft uns Anforderungen und den Luftschallschutz, den Trittschallschutz und maximale Grundgeräusche von Haustechnik festzulegen.

OIB Richtlinie Nr. 5 – Schallschutz

Diese in ganz Österreich bindende Baurichtlinie muss bei öffentlichen Bauten eingehalten werden. Es werden prinzipiell Schallschutzniveaus und Raumakustische Anforderungen an Nachhallzeiten oder mittlere Schallabsorptionswerte – auf Basis der Normenreihe ÖNORM B 8115 – festgelegt.

VOLV – Verordnung Lärm und Vibration

Diese Verordnung regelt den ArbeitnehmerInnenschutz bezogen auf Lärm. Hier werden auch mindestens einzuhaltende mittlere Schallabsorptionsgrade angegeben.

Deutschland

DIN 18041:2016 - Hörsamkeit in Räumen - Anforderungen, Empfehlungen und Hinweise für die Planung

Die DIN 18041 aus dem Jahr 2016 kann als aktuelle allgemein anerkannte Regel der Technik angesehen werden und es ist zu empfehlen, diese bei kritischen Anwendungen auch in Österreich oder der Schweiz anzusetzen. Die wichtigen Themen Inklusion und Beschallung wurden in die Norm mit aufgenommen. Weiter ist beschrieben, dass der Besetzungsgrad von Publikum vereinbart werden soll, nicht jedoch einfach als 100% angesetzt werden soll.

DIN 4109 – Schallschutz im Hochbau

Die Normenreihe DIN 4109 legt Mindestanforderungen fest, beschreibt Rechnerische Nachweise, Bauakustische Prüfungen, erhöhte Anforderungen und Bauteilkataloge.

Schweiz

SIA 181:2020: Schallschutz im Hochbau

In dieser Norm werden Mindestanforderungen an den Schallschutz (die Baukaukustik) definiert. Diese werden in Abhängigkeit der Schutzniveaus der Nachbarräume eingeteilt und ein erhöhter Schallschutz wird in der neuen Norm mit +4 dB statt früher +3 dB angegeben.

Basotect in der Raumakustik

Thu, 10 Jun 2021 08:30:45 GMT

Basotect in der Raumakustik

Basotect® ist der geschützte Name für einen offenzelligen Schaumstoff aus Melaminharz, einem duroplastischen Kunststoff. Bei der Herstellung muss zunächst Melamin herstellt werden, welches die Summenformel C3H6N6 hat. Bereits im Jahre 1834 stellte Justus von Liebig Melamin aus Kaliumthiocyanat und Ammoniumchlorid her, seit den 1930iger Jahren fand die erste kommerzielle Herstellung von Melamin durch Trimerisierung von Harnstoff statt. Dabei ist bereits Harnstoff ein Zwischenprodukt einer Kette mehrerer chemischer Prozesse, das Ausgangsprodukt ist (neben Wasser und Sauerstoff) das Erdgas.

Der überwiegende Teil der weltweiten Melaminproduktion wird dann durch weitere chemische Prozesse und Zusatzstoffe (Formaldehyd) zu Aminoplast-Kunstharz (Melaminharz) verarbeitet. Durch den Zusatz von Härtemitteln wird das niedermolekulare Harz vernetzt und erhält dadurch seine unlösliche und unverformbare Eigenschaft eines duroplastischen Kunststoffes. So werden Melaminharze zum Beispiel gerne in der Produktion von bruchfestem Camping- und Kindergeschirr eingesetzt. Die genaue Herstellung des Basotect®-Schaumstoffs bleibt Betriebsgeheimnis der Firma BASF, dem weltweit umsatzstärksten Chemiekonzern mit Sitz in Deutschland.

Basotect®-Schaumstoff besitzt viele wertvolle Eigenschaften. Produkte wie der Radierschaum von Meister Proper profitieren von der hohen Abrasivität, das heißt dass der Schaumstoff leicht angefeuchtet wie ein feines Schmirgelpapier sehr gut Schmutz von einer Oberfläche entfernen kann, auch in Radiergummis finden sich Anteile an Melaminharzschaum. Aufgrund der Offenporigkeit kann Basotect®-Schaumstoff sehr gut Schall absorbieren und besitzt gute Wärmedämmeigenschaften. Er ist im Vergleich zu anderen Schaumstoffen und anderen Schall absorbierenden Materialien sehr leicht (9kg pro Kubikmeter). Basotect® ist darüber hinaus schwer entflammbar (Stufe B1 laut nationaler Norm DIN 4102-1, und B-s1, d0 laut EN DIN 13501-1), und ist somit geeignet für Anwendungen mit erhöhten Brandschutzanforderungen.

Die Firma BASF stellt verschiedene Varianten von Basotect® her, laut eigenen Angaben ist der Schaumstoff ein Highend-Werkstoff, durch intensive Forschung konnte auch eine thermoformbare Variante "Basotect® TG" entwickelt werden, die z.B. in der Automobilindustrie verwendet wird. Basotect® kann hydro- und oleophobiert werden, was in der Industrie oft gefragt ist. Die Basotect® Variante "UL" zeichnet sich durch ein besonders geringes Gewicht aus (nur 6kg pro Kubikmeter) und findet sich im Flugzeugbau. Darüber hinaus kommt Basotect® im Schiffs- und Eisenbahn-Bau, der Raumfahrt, der Haus- und Klimatechnik, in Tonstudios und Freizeithallen vor. Zu guter Letzt werden auch Polstermöbel aus Basotect® gefertigt.

Einige Arten des Schaumstoffs sind nach dem "Standard 100 by Oeko-Tex" zertifiziert, in dem Schadstoffgrenzwerte und Anforderungen an die gesundheitliche Unbedenklichkeit definiert werden. "Basotect® W" (Verbraucheranwendungen wie z.B. Reinigungsschämme) fällt hier in die Produktklasse I (Produkte für Babys und Kleinkinder). Diese Variante ist auf Speichelechtheit geprüft, und ist zusätzlich auch nach dem "Japanese Law 112" getestet, einer der weltweit strengsten Prüfungen auf Formaldehyd. Basotect kann mit dem Hausmüll entsorgt werden.

Scheinbar wurde das Produkt zufällig entdeckt. Das Material sollte ursprünglich als Wärmedämmung entwickelt werden, hat aber tatsächlich geringe wärmedämmende Eigenschaften. Als sich ein akustisch geschulter Mitarbeiter in einer der Lagerhallen die Frage stellte warum es eigentlich so ruhig ist, wurde die schallabsorbierende Eigenschaft des Basotect-Schaumstoffs entdeckt.

Die folgenden Abbildungen zeigen Schallabsorptionsgrade in Abhängigkeit der Dicke und des Wandabstands:

Quellen:

https://www.schaumstofflager.de/basotect/
https://docplayer.org/23867254-Basotect-der-vielseitige-schaumstoff-aus-melaminharz-basotect.html
https://de.wikipedia.org/wiki/Melamin
https://agoraphil.de/wp-content/uploads/2015/05/Basotect-Sicherheitsdatenblatt.pdf
Informationsmaterial der Firma Borealis

Hinweis:

Dieser Text ist in Zusammenarbeit mit Florian Mayerhoffer ( https://www.shape-the-sound.com/ ) entstanden.

PET-Vlies in der Raumakustik

Thu, 10 Jun 2021 08:07:03 GMT

PET-Vlies in der Raumakustik

Als Vlies bezeichnet man ein Stoffgebilde aus Fasern beliebiger Länge und Art oder Ursprungs, die durch ein beliebiges Verfahren zu Faserschichten (Faserflor) zusammengefügt und verbunden werden. Im Gegensatz dazu stehen die bewusst verkreuzten und verschlungenen Fasern z.B. des Strickens und Webens. Polyestervlies ist also ein Vlies aus Polyesterfasern, wie der Name bereits verrät bestehen diese Plastikfasern aus der Aneinanderreihung von vielen Makromolekülen von Estern. Ester sind chemische Stoffe aus Säure und Alkohol. In der Regel bestehen Polyesterfasern aus Terephthalsäure und Glycol, wobei zu Beginn der Kette der dabei notwendigen chemischen Reaktionen das Erdöl steht.

Die erste Produktion von Spinnvliesstoffen auf Polyesterbasis gelang im Jahr 1965. Die weltweite Produktion von Polyesterfasern hat sich seit 1975 mehr als verzehnfacht, und die Produktion nimmt nach wie vor zu. Schätzungsweise knapp 70 Millionen Barrel Erdöl werden jährlich für die Herstellung von 100 Millionen Tonnen Polyester verwendet. Seit 2007 ist Polyester die am häufigsten verwendete Faser in der Textilindustrie, sie befindet sich in 52% unserer Kleidung.

Polyesterfasern haben ökologisch gesehen einen umstrittenen Ruf, so werden bei einem Waschvorgang eines Kleidungsstückes mit Polyesteranteil viele hunderte Mikroplastikfasern in das Abwasser abgeschieden, die von den Filteranlagen nicht entfernt werden können, und so bis in die Ozeane gelangen. Bei der Herstellung von Polyester und der Verbrennung des Erdöls entsteht außerdem viel Kohlendioxid, was eine klimaschädliche Wirkung hat. Trotzdem werben die Hersteller von Polyestervlies mit der Umweltverträglichkeit, tatsächlich kann das Material zu 100% recycelt werden, und wird vorrangig aus recycelten PET-Flaschen hergestellt. Die Wiederverwertbarkeit von Polyester ist allerdings nicht beliebig oft möglich, da dann Materialermüdungserscheinungen auftreten und das Plastik schlussendlich verbrannt werden muss.

Führende Hersteller von Polyestervlies im deutschsprachigen Raum sind Sandler AG, Ziegler GmbH und Caruso GmbH. Es gibt moderne Designerprodukte von EchoJazz AG und Impact Acoustic. Polyestervlies eignet sich aufgrund seiner Eigenschaften sehr gut als Dämmstoff. Es ist schwer entflammbar, erfüllt die Bedingungen B1 nach der nationalen Norm DIN 4102-1, und die Klasse B - s1, d0 nach der Norm EN 13501-1. Polyestervlies ist toxikologisch unbedenklich, und erfüllt als schadstoffgeprüftes Textil die Produktklasse 1 des ÖkoTex Standard 100. Es besitzt gute thermische Isolationseigenschaften und eignet sich somit zur Wärme und Kältedämmung. Polyestervlies ist hautsympathisch, allergikerfreundlich, atmungsaktiv, und hat eine geringe Sorbtionsfeuchte von 1% nach DIN 52620, das heißt es nimmt kaum Feuchtigkeit auf. Als Schallabsorber und Schallisolator findet sich das Vlies in Tonstudios, Büroräumen und Freizeithallen. Es ist UV-stabil, reinigungsbeständig, verrottungssicher und immun gegen den Befall von Schimmelpilz und Hausstaubmilben. Darüber hinaus ist Polyesterflies im Gegensatz zu anderen Dämmstoffen äußerst reißfest und damit hohen mechanischen Anforderungen gewachsen. Weitere Anwendungsgebiete sind die Kunststoff-, Polstermöbel- und Autoindustrie, sowie in Anwendungsgebiete in medizinischen Bereichen.

Polyesterflies wird in unterschiedlichen Dicken und Dichten angeboten. Manche Hersteller weisen Emissionstest-Zertifikate aus, die Produkte von EchoJazz erfüllen die höchsten Anforderungen von eco-bau und Minergie-Eco im Hinblick auf ökologische Vorgaben.

Hier finden Sie Schallabsorptionsgrade in Abhängigkeit von Dicke und Dichte des Materials:

Quellen:

https://www.1millionwomen.com.au/blog/what-most-abundant-form-plastic-pollution/

https://www.uracollective.com/mission/materialkunde/polyester-die-kuenstliche-plastikfaser/

https://www.theguardian.com/sustainable-business/2014/oct/27/toxic-plastic-synthetic-microscopic-oceans-microbeads-microfibers-food-chain/

https://de.wikipedia.org/wiki/Vliesstoff

https://www.echojazz.com/de/

https://de.wikipedia.org/wiki/Vliesstoff

https://books.google.at/books?hl=de&lr=&id=JNcJhCda-CIC&oi=fnd&pg=PR3&dq=Vliesstoffe.+Rohstoffe,+Herstellung,+Anwendung,+Eigenschaften,+Pr%C3%BCfung&ots=khvddrFFhy&sig=YafNprfaAYgIzEhCsdL0EUhld4Q&redir_esc=y#v=onepage&q=Vliesstoffe.%20Rohstoffe%2C%20Herstellung%2C%20Anwendung%2C%20Eigenschaften%2C%20Pr%C3%BCfung&f=false

Produktbroschüren von Sandler AG, Ziegler GmbH und Caruso GmbH

Hinweis:

Dieser Text ist in Zusammenarbeit mit Florian Mayerhoffer ( https://www.shape-the-sound.com/ ) entstanden.

Helmholtzresonator

Tue, 13 Apr 2021 16:00:15 GMT

Helmholtzresonatoren

Der Helmholtzresonator zählt zu den Resonanzabsorbern. Er ist geeignet für die Schallabsorption von tiefen und mittleren Frequenzen. Er ergänzt in der Raumakustik sehr gut die Wirkung der porösen Absorber (z.B. Mineralwolle oder Schaumstoff), welche für tiefe Frequenzen eher ungeeignet sind. Poröse Absorber sind dort am effektivsten, wo die Schallschnelle (= die Bewegungsgeschwindigkeit der Luftteilchen) am größten ist, das ist bei einem Viertel der Wellenlänge vor der Wand der Fall, und wäre somit bei tiefen Frequenzen weit im Raum, was in der Praxis oft nicht umsetzbar ist. Resonanzabsorber hingegen werden am besten im Schalldruckmaximum aufgestellt, was an den Begrenzungsflächen gegeben ist.

Der Nachteil von Resonanzabsorbern und somit auch Helmholtzresonatoren ist, dass es sich um Resonanzsysteme handelt und diese nur mit einer bestimmten Güte und beschränkten Bandbreite rund um die Resonanzfrequenz schwingen. Um eine breitbandige Wirkung zu bekommen, werden entweder mehrere Absorber mit unterschiedlicher Abstimmfrequenz kombiniert, oder z.B. Absorberarten kombiniert (Helmholtz- plus Membranabsorber, oder Helmholtz- plus poröser Absorber).

Jeder Helmholtzresonator besteht aus einem Resonatorvolumen und einem Resonatorhals. Die Funktion des Helmholtzresonators ergibt sich aus der Schwingung und Dämpfung eines Masse-Federsystems. Das einfachste Beispiel eines Helmholtzresonators ist eine leere Glasflasche: Bläst man über deren Rand, so ertönt ein Ton. Es schwingt dabei der Luftpfropfen des Flaschenhalses (=Masse) gegen die in der Flasche eingeschlossene Luft (=Feder). Dabei ist die Luftgeschwindigkeit im Resonatorhals am schnellsten. Bringt man an dessen Mündungen nun Dämmmaterial ein, so wird wie bei einem porösen Absorber die Bewegungsenergie der Luftteilchen in Wärmeenergie umgewandelt und auf diesem Weg dem System Energie entzogen. In der Praxis wird ein Helmholtzresonator z.B. auf die Frequenz einer Raummode (= Eigenfrequenz eines Raumes) abgestimmt, wird durch diese Raummode zum Schwingen angeregt, und entzieht ihr dabei laufend Energie und arbeitet somit als Absorber.

Die Resonanzfrequenz eine Helmholtzresonators ist abhängig von den Dimensionen des Resonatorhalses sowie des Resonatorvolumens. Die Masse des Luftpfropfens m im Resonatorhals ergibt sich aus der Dichte der Luft ϱ ₀ , der Halslänge L, sowie der Halsquerschnittsfläche A:

Die Federkonstante K errechnet sich aus der Dichte der Luft ϱ ₀ , der Halsquerschnittsfläche A, der Luftgeschwindigkeit c, sowie dem Volumen des Resonators V:

Die Resonanzkreisfrequenz ω0 ist:

Aus ihr errechnet sich die Resonanzfrequenz f0:

Da der wirksame Luftpfropfen nicht abrupt mit dem Halsende aufhört, sondern tatsächlich etwas länger als die Halslänge ist, muss eine Mündungskorrektur ∆L hinzugefügt werden:

Die Mündungskorrektur gilt für den Radius R und einen im Vergleich zur betrachteten Frequenz kurzen Hals:

Die Mündungskorrektur wird von mehreren Faktoren beeinflusst, was eine exakte Berechnung oft sehr schwierig gestaltet. Bei einer Lochplatte beeinflussen sich die vielen Löcher gegenseitig, ebenso sind Sonderformen des Resonatorhalses möglich (z.B. quadratische Löcher, Schlitze, konische Löcher), die eine veränderte Mündungskorrektur erfordern. Schließlich verändert auch Dämmmaterial in der Nähe oder innerhalb des Resonatorhalses die tatsächliche Resonanzfrequenz.

Man kennt die physikalischen Zusammenhänge des Helmholtzresonators bereits seit mehr als 100 Jahren, die Kunst ist das korrekte Zusammenspielen von Lochanteil und Lochgröße. Bei der Verwendung von Resonanzabsorbern im Bassbereich ist es jedoch nach wie vor schwierig den benötigten Bedarf einzuschätzen. Obwohl man die Funktion des Helmholtzresonators einigermaßen genau berechnen kann, ist die genaue Bedeutung und Interpretation der Absorptionskoeffizienten nicht eindeutig. Im Bassbereich ist das Schallfeld nicht diffus, und daher sind die Auswirkungen eines Absorbers nicht mit statistischen Gesetzen errechenbar. Aus pragmatischen Gründen wird in der Praxis aber oft trotzdem von einem Diffusfeld ausgegangen. Genauer aber viel komplizierter wäre die wellentheoretische Betrachtung des tieffrequenten Schallfeldes z.B. mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode.

Helmholtzresonatoren finden in der Raumakustik in den unterschiedlichsten Formen und an einer Vielzahl von Orten Verwendung. So kann z.B. das Volumen eines Podests für tieffrequent arbeitende Helmholtzresonatoren verwendet werden. Die Firma RPG Acoustical Systems bietet sogenannte Concrete Masonry Units an, das sind Ziegel, die als Tieftonabsorber funktionieren. In Konzerthallen können sich an den Wänden sichtbar Lochplatten für die Mittenabsorption befinden, und dahinter größere Tiefton-Helmholtzabsorber arbeiten. In Tonstudios sind tieffrequent arbeitende Helmholtzresonatoren im Dienste des Studiobetreibers oft als “Holzkisten” anzutreffen.

Folgende Abbildungen zeigen einen Helmholtzresonator bei der Arbeit.

Quellen:

Acoustic Absorbers and Diffusors, Trevor J. Cox and Peter D’Antonio, 2nd edition
https://physik.cosmos-indirekt.de/Physik-Schule/Helmholtz-Resonator
mbakustik – Büro für Raumakustik: https://www.mbakustik.de/
https://www.baunetzwissen.de/akustik/fachwissen/schallabsorption/planung-von-helmholtzresonatoren-147749

Hinweis:

Dieser Text ist in Zusammenarbeit mit Florian Mayerhoffer ( https://www.shape-the-sound.com/ ) entstanden.

Warum Simulieren in der Raumakustik?

Sat, 27 Feb 2021 09:31:29 GMT

Warum simulieren in der Raumakustik?

In diesem Video erkläre ich knapp warum Akustische Simulationen wichtig sind und welche Vorteile es gibt, aber auch welche Nachteile wir noch immer haben.

Folgende Punkte werden besprochen:

Wir wollen in die Zukunft schauen! Das bedeutet Planungssicherheit.
Die Genauigkeit der Berechnung wird massiv erhöht
Wir können Raumimpulsantworten simulieren und somit viele Aspekte der Akustik untersuchen
Die statischen Streuungen von Messungen können vermieden werden
Flexibilität und Reduktion der Kosten im Vergleich zu Teststellungen vor Ort
Es sind Auralisationen möglich, d.h. eine Raumakustik kann hörbar gemacht werden

Nachteile:

Wellenphänomene wie Schallstreuung und Schallbeugung sind noch nicht effizient zu simulieren
Die Komplexität ist nach wie vor sehr hoch
3D-Modellierung kann in manchen Fällen noch sehr aufwendig sein

#raumakustik #beschallung #architektur #akustischesimulation

Montandiamanten

Thu, 25 Feb 2021 11:22:10 GMT

Montandiamanten - Montanuniversität Leoben

Die Montanuniversität Leoben ist bekannt für ihre Ausbildung und Spezialisierung im Bergbau. Wenn die Studierenden aus den tiefen Minen des Bergbau-Wissens mit geschwärzten Gesichtern hochkommen und ihre Lernerfolge feiern wollen dann kommen Sie ins Foyer des Hauptgebäudes, das auch für Feiern oder Galaabende mit Musik genutzt wird. Es gab in der Vergangenheit aber immer wieder Beschwerden, dass es sehr laut ist, man sich nicht gut unterhalten kann und die Musik nicht gut verständlich ist. Dies liegt daran, dass der Raum sehr heilig ist, es viele harte Fläche gibt die Reflexionen erzeugen und dadurch eben ein undurchsichtiger Raumklang entsteht.

Wir wurden beauftragt das zu lösen haben zwei grundsätzliche Werkzeuge dafür eingesetzt:

• Deckensegel: das sind von der Decke abgehengte Schallabsorber meist in Rechteckform

• Montandiamanten: Designabsorber mit individuellen Design

Die Deckensegel sind eine sehr typische Akustiklösung, welche durch den Abhang von oft 200 mm sehr effizient Schall absorbieren. In diesem Fall bestehen die Segel aus 25 mm PET-Vlies.

Die Montandiamanten wurden von Jamilla Balint und Milena Stavric designt und in Zusammenarbeit mit Thomas Ziegler von Ziegler Schallschutz gebaut und installiert. Diese bestehen auch aus PET-Vlies, welches angeschnitten wird und dadurch dreidimensionale Strukturen nach Wunsch entstehen können.

PET-Vliese werden zu 60-90% aus recycelten PET Flaschen hergestellt und können auch wieder nach Nutzung recycelt werden. Das Material ist sehr stark verdichtet wird und wird dadurch plattenartig bei gleichzeitig akustisch interessanten Absorptionsvermögen.

Wir haben hier eine designtechnisch und akustisch gut funktionierende Lösung gefunden, was möglich wurde durch eine gute Zusammenarbeit aus Bauherren, Designern, Akustikbau und Akustikplanung.

Projektbeteiligte:

• Ausführung: Ziegler Schallschutz ( https://www.ziegler-schallschutz.at/ )

• Design: Jamilla Balint und Milena Stavric (TU Graz)

• Akustik: Fabio Kaiser

#akustik #raumakustik #schallabsorber #deckensegel #design #architektur #montanuniversität #leoben #wandabsorber #wandpaneele

Chorakustik – Bevorzugte Lautstärkeverhältnisse

Tue, 02 Feb 2021 17:08:22 GMT

Chorakustik – Bevorzugte Lautstärkeverhältnisse

Für Chorsänger ist es essentiell, nicht nur die eigene, sondern auch die anderen Stimmen aus dem Chor während dem Singen gut und ausbalanciert wahrzunehmen. Ein ausgewogener Chorklang kann nur durch gemeinsame Dynamik, Agogik und aufeinander hören erreicht werden.

Das optimale Lautstärkeverhältnis zwischen einem Chorsänger selbst und dem restlichen Chor ist stark subjektiv.

Dazu wurden vom schwedischen Akustikforscher Sten Ternström penible Untersuchungen angestellt.

Die folgende Abbildung zeigt seine Ergebnisse. Es ist ersichtlich, dass die eigene Stimme bevorzugt immer lauter ist als der Klang des restlichen Chors (SOR = Self-to-other Ration in dB). Da die Streuung zwischen Versuchspersonen sehr hoch ist – durchwegs zwischen 2 – 5 dB – kann keine eindeutige Tendenz festgestellt werden. Es muss also der Schluss gezogen werden, dass Chorsänger ein sehr individuelles Lautstärkeverhältnis zwischen sich selbst und dem restlichen Chor bevorzugen.

Clemens Sulz hat im Rahmen der VU Raumakustik an der TU Wien (2021) die Forschungsarbeit im folgenden Video vorgestellt (inkl. Q&A am Ende).

Paper:

Preferred self-to-other ratios in choir singing, Sten Ternström

The Journal of the Acoustical Society of America 105, 3563 (1999); https://doi.org/10.1121/1.424680

Kontakt:

Clemens Sulz, clemens.sulz@cantusnovuswien.at

Fabio Kaiser, kaiser@rohde.at

#akustik #raumakustik #musik #chormusik #chorgesang

Mineralwolle - Herstellungsprozess und Schallabsorption

Fri, 15 Jan 2021 14:48:25 GMT

Mineralwolle - Herstellungsprozess und Schallabsorption

1 Allgemeines Mineralwolle

Steinwolle und Glaswolle gehören zur Gruppe der künstlichen Mineralfasern. Im Gegensatz dazu stehen z.B. die pflanzlichen Naturfasern Hanf, Cellulose, Baumwolle oder Flachs, bzw. die natürliche Mineralfaser Asbest. Die erste künstliche Mineralfaserherstellung fand Mitte des 19. Jahrhunderts in England statt. In den dreißiger Jahren des darauffolgenden Jahrhunderts behauptete sich die künstliche Mineralwolle neben den damals verbreiteten Materialien Holzwolle, Kork, Kieselgur und Asbest als Baustoff. Mitte der achtziger Jahre geriet die künstliche Mineralwolle in zweifelhaften Ruf, da ihr wie Asbest gesundheitliche Schädigung vorgeworfen wurde. Daraufhin wurde 1995 die Produktion umgestellt, und die "neue Mineralwolle" mit einer veränderten Rezeptur und Verarbeitung und bestimmten Gütekriterien löste die "alte Mineralwolle" ab.

Mineralwolle ist diffusionsoffen, resistent gegen Schimmel, Fäulnis und Ungeziefer, nicht brennbar (Klasse A1 oder A2-s1-d0 laut EN 13501-1), und hat eine niedrige Wärmeleitfähigkeit. Sie erfüllt somit bestens die Aufgaben der Wärme- und Kältedämmung, dem Schallschutz, sowie dem Brandschutz im Hochbau, der Haus- und Betriebstechnik, sowie der industriellen Weiterverarbeitung. Um die Funktion der Mineralwolle zu gewährleisten ist ein dauerhaftes Trockenhalten wichtig. Steinwolle und Glaswolle sind in ihren Eigenschaften sehr ähnlich, ein Unterschied ist, dass Steinwolle bei Temperaturen bis 850°C eingesetzt werden darf, Glaswolle auf Temperaturen bis 230°C beschränkt ist.

Der Marktanteil von Mineralwolle unter den Dämmstoffen beträgt in Deutschland 54%. Pro Jahr werden in Deutschland etwa 20 Millionen Kubikmeter künstliche Mineralwolle verbaut. Im Vergleich mit anderen Dämmstoffen wie z.B. Polystyrol oder Polyurethanhartschäume zeigen Mineralwollprodukte günstige Umweltwirkungen. In so genannten Umweltprodukt-Deklarationen (EPDs nach den Normen EN ISO 14025 und EN 15804) werden die Umweltverträglichkeit, die Qualität der beabsichtigten Dämmwirkung, und die für die Herstellung des Dämmmaterials notwendige Primärenergie und der Ressourcenaufwand festgehalten.

Auch der gesundheitliche Aspekt von Mineralwolle wurde genauer untersucht. Die Länge und Dicke der Fasern (neue Mineralwolle: bis zu wenigen Zentimetern lange, 3-8 µm dick), und wie und ob sich die Fasern spalten hat eine entscheidende Bedeutung auf die Gesundheitsschädigung, wenn Fasern in die Lunge geraten. Darüber hinaus entscheidet die Biolöslichkeit bzw. Halbwertszeit des Materials in der Lunge über eine mögliche kanzerogene (krebsauslösende) Wirkung. So haben z.B. die extrem gefährlichen Asbest-Fasern eine Verweildauer von 100 Jahren in der Lunge, die modernen Mineralfasern bleiben nur etwa 20 Tage in der Lunge. Auch die genaue materielle Zusammensetzung (z.B. ob bzw. wieviel Aluminiumoxid verarbeitet ist) spielt eine Rolle bei der Gesundheitsgefährdung. Für die Freizeichnung vom Verdacht, Krebs zu erregen, werden die einzelnen Mineralwollen nach RAL-Gütekriterien bewertet.

Der Großteil der heute bei Sanierungsmaßnahmen anfallende Anteil an alter Mineralwolle wird durch Deponierung entsorgt, nur einzelne Hersteller konnten erfolgreich ein Recyclingkonzept umsetzen. Bei der Herstellung lohnen sich allerdings produktionsinterne Rückführungssysteme, die Restverwertung hilft hier die Produktionskosten und den Rohmaterialaufwand erheblich zu reduzieren.

2 Herstellung von Mineralwolle

Steinwolle entsteht durch die Verschmelzung von Gesteinen wie Diabas, Basalt oder Dolomitstein, Kalkstein, und Recycling-Formsteinen (alte Mineralwollreste mit Zementmörtel gebunden und gepresst), manchmal auch Sand bzw. Altglas, bei 1.500 °C in einem koksbeheizten Kupolofen. Die flüssige Steinschmelze wird dann mithilfe des Walzenspinnverfahrens oder dem Düsenblasverfahren in einem weiteren Arbeitsschritt zu Fasern versponnen. Bindemittel und Imprägnierungsöle werden hinzugefügt, um den Produkten Stabilität und wasserabweisende Eigenschaften zu geben. Die Steinwolle wird danach erneut auf ca. 200 °C erhitzt, wobei die Bindemittel aushärten und das Material für die Endbearbeitung stabilisiert wird. Die Ausstattung der Produktionsstätte mit Filtern, Luftvorwärmer, Nachverbrennungsanlagen mit Wärmerückgewinnungssystemen und anderen Reinigungs- und Auffangsystemen sorgen für einen umweltverträglichen Prozess. Die Produktion ist darüber hinaus äußerst ergiebig, aus nur einem Kubikmeter Rohstoff können rund einhundert Kubikmeter Steinwolle gewonnen werden.

Glaswolle besteht aus den Rohstoffen Sand (= Quarz/ Siliziumdioxid), Soda (= Natriumcarbonat), Kalk (= Calciumcarbonat) und recyceltem Glas, sowie Korrekturstoffen in kleineren Mengen. Den größten Anteil macht Recycling-Material in Form von Flaschenglas, Auto- und Fensterscheiben aus (Altglasanteil von bis zu 80 %). Die Bestandteile werden in einer Gemengeanlage eingewogen und in einem Mischer für die Beschickung der Schmelzwanne vorbereitet, und dann in dieser bei ca. 1300°C geschmolzen. Durch Blas-, Schleuder- oder Ziehverfahren werden dann die Glasfasern hergestellt. Beim Schleuder-Zieh-Verfahren wird die Schmelze durch ein Sieb geschleudert, die so erzeugten Fasern werden dann in einem Luftstrom miteinander versponnen. Unmittelbar unter dem Zerfaserungsaggregat werden Bindemittel, z.B. Phenolformaldehydharz, als wässrige Lösung, Emulsion oder Suspension auf die Fasern aufgesprüht. Das Harz gewährleistet die Bindung zwischen den Fasern und somit die Formstabilität der Glaswolle. Nach Bedarf und Produkt werden auch Schmälzmittel (z.B. Mineralöle, Silikone) beigefügt, sie erlauben eine bessere Verarbeitung, bringen eine wasserabweisende Eigenschaft und verhindern ein vorzeitiges Brechen der Fasern. Das flüssige Bindemittel wird dann in einem tunnelförmigen Härteofen ausgehärtet. Erst dadurch erhält die an sich weiße Glaswolle die typisch gelbe Farbe. Durch die Aushärtung des Bindemittels wird auch sichergestellt, dass Emissionen aus den fertigen Mineralwolleprodukten so gering sind, dass diese auch den strengsten Normen genügen. Schlussendlich wird die Glaswolle zu der gewünschten Größe und Form geschnitten.

3 Schallabsorption

Die Schallabsorption entsteht durch Reibung der Luftteilchen an den Fasern der Mineralwolle, wodurch Schallenergie in Wärmeenergie umgewandelt wird. Die Geschwindigkeit, mit der sich die Teilchen bewegen, ist in einem Abstand von einem Viertel der Wellenlänge (λ/4) vor einer harten Wand am größten. Daher muss die Mineralwolle auch dicker werden, um tiefere Frequenzen effizient zu absorbieren. Die folgende Abbildung zeigt die Schallabsorptionsgrade von in verschiedenen Dicken. Die Abbildung darunter zeigt Schallabsorptionsgrade verschiedener Dichten. Es ist ersichtlich, dass die Dicke einen sehr starken Einfluss auf das Absorptionsvermögen hat, die Dichte des Materials wirkt sich weniger aus.

Quellen:

Hinweis:

Dieser Text ist in Zusammenarbeit mit Florian Mayerhoffer ( https://www.shape-the-sound.com/ ) entstanden.

Konzertsaalakustik 2 - Musik verkosten wie Wein

Tue, 15 Dec 2020 15:55:58 GMT

Konzertsaalakustik 2 - Musik verkosten wie Wein

Die Akustik eines Konzertsaals zu planen ist keine leichte Aufgabe, noch immer nicht. Dies ist unter anderem auch darauf zurückzuführen, dass eine gute Akustik aber auch sehr schwer festzustellen ist. Spätestens die teils polemischen Diskussionen über die Elbphilharmonie haben dies verdeutlicht.

Es fängt bereits damit an, dass es nicht leicht ist ein gemeinsames Vokabular zu finden, um unsere Wahrnehmungen zu beschreiben. Weiter ist unser Erinnerungsvermögen für diese Art an Wahrnehmungen nicht gut. Bereits Lothar Cremer hat darauf hingewiesen, Beurteilungen auf Basis von Erinnerungen nicht zu vertrauen.

Es wurden aus diesem Grund zahlreiche Studie in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts durchgeführt. Die aktuellsten Studien dazu wurden an der Aalto Universität von der Forschergruppe um Tapio Lokki durchgeführt und haben dazu einen Artikel namens „ Tasting Wine Like Music “ veröffentlicht. In diesem Artikel wird das "verkosten" von Musik bzw. Konzertsaalakustik mit dem verkosten von Wein verglichen.

Im folgenden Video stellt Jonathan Wimer den Artikel im Detail vor. Die Präsentation entstand im Zuge der Masterklasse Audio Design auf der Fachhochschule FH St. Pölten. Weitere Projekte der Masterklasse auf http://audiodesign.fhstp.ac.at/ .

#akustik #raumakustik #konzertsaal #architektur

Über Jonathan Wimer:

Noch während der Schulzeit machte Jonathan ein mehrmonatiges Praktikum beim Bayrischen Rundfunk als Teil des Jugendradiotags 2014, von dem aus sich Interesse für Tontechnik entwickelte. Nach dem Abitur begab er sich dann erneut nach München, um dort an den Kammerspielen ein FSJ Kultur in der Tonabteilung zu absolvieren.

Anschließend begann er 2016 sein Studium der Audiovisuellen Medien an der Hochschule der Medien in Stuttgart, welches er im Jahr 2020 mit dem Titel Bachelor of Engineer abschloss. Im Laufe des Studiums arbeitete Jonathan neben der klassischen, wie elektronischen Musikproduktion vermehrt an Filmprojekten als Musiker.

Um sein Repertoire zu erweitern studiert er nun aktuell an der Fachhochschule in St. Pölten im Studiengang Digital Media Production (Masterklasse Audio), wodurch er neue Erfahrungen im technischen und interaktiven Bereich ersucht.

Kontakt: jonathanwimer@protonmail.com , https://www.linkedin.com/in/jonathan-wimer

Konzertsaalakustik 1 - Warum ist es so schwer einen Konzertsaal mit exzellenter Akustik zu planen?

Sun, 13 Dec 2020 19:06:31 GMT

Warum ist es so schwer einen Konzertsaal mit exzellenter Akustik zu planen?

Die Akustik eines Konzertsaals zu planen ist keine leichte Aufgabe. Dies ist unter anderem auch darauf zurückzuführen, dass eine gute Akustik aber auch sehr schwer festzustellen ist. Spätestens die teils polemischen Diskussionen über die Elbphilharmonie haben dies verdeutlicht.

Adolf Loos hat sich bereits in seinem Artikel „ Das Mysterium der Akustik “ (1912), darin versucht eine Erklärung dafür zu geben. Wer sich jedoch nicht weiter mit der „…Imprägnierung der Materialien durch gute Musik“ beschäftigen will, dem seien die Arbeiten von Leo Beranek and Herz gelegt.

Beranek hat Interviews mit vielen Dirigenten, Musikern und Kritikern geführt, um die besten Konzertsäle der Welt herauszufinden. Wenn diese Studie auch nicht gängigen wissenschaftlichen Standards entspricht so ist seine Arbeit mit das brauchbarste das wir zur Verfügung haben. Er hat dies in seinem Buch „Concert Halls and Opera Houses“ zusammengefasst.

Die aktuellsten Forschungsarbeiten stammen von der Forschergruppe um Tapio Lokki an der Aalto Universität in Helsinki. Sie haben sich tiefer mit der Problematik auseinander gesetzt und einen Artikel namens „ Why is it so hard to design a concert hall with excellent acoustics “ veröffentlicht.

Im folgenden Video stellt Johannes Schmidt den Artikel im Detail vor. Die Präsentation entstand im Zuge der Masterklasse Audio Design auf der Fachhochschule FH St. Pölten. Weitere Projekte der Masterklasse auf http://audiodesign.fhstp.ac.at/ .

#akustik #raumakustik #konzertsaal #architektur

Über Johannes Schmidt:

Nach erfolgreich abgeschlossenem Abitur machte Johannes aus der Leidenschaft für außergewöhnliche Bilder und Technologie eine Passion und studierte von 2014 bis 2018 Medientechnologie an der Hochschule für Angewandte Wissenschaften in Hamburg. Er konnte hier seine bisherige praktische Erfahrung mit technischem und künstlerischen Hintergrundwissen verknüpfen und diese gleichzeitig in zahlreichen Projekten erweitern.

Inzwischen studiert Johannes im Dual-Degree Masterprogramm der HAW Hamburg und der FH St. Pölten (Österreich) in den Studiengängen „Master Sound/Vision“ und „Digital Media Production – Masterklasse Audio“. Er wird vorraussichtlich im Jahr 2021 seine Abschlüsse als Master of Arts und Dipl.-Ing. absolvieren.

Gemeinsam mit anderen Begeisterten gründete Johannes im Jahr 2015 das Kollektiv für Medienproduktion »STUDIO 17«. Im Rahmen dieser Gemeinschaft werden größere Projekte im Bereich Film, Dokumentation und Video realisiert.

Kontakt: kontakt@johannes-c-schmidt.de , https://www.linkedin.com/in/johannescschmidt/

Warum Schallabsorber manchmal nicht das tun was sie sollen - Winkelabhängige Schallabsorption

Sat, 12 Dec 2020 11:48:55 GMT

Warum Schallabsorber manchmal nicht das tun was sie sollen - Winkelabhängige Schallabsorption

Flächenbildende Schallabsorber werden mit dem Schallabsorptionsgrad α in Oktav-Frequenzbändern beschrieben. Dieser wird nach der Hallraummethode (ISO 354 - Akustik - Messung der Schallabsorption in Hallräumen, 2003) ermittelt. Alternativ ist es auch möglich Messungen im Impedanzrohr (Kundt’sche Rohr) durchzuführen, in welchen ein Schalleinfall aus Normalrichtung besteht. Diese Methode wird häufig zur Entwicklung von Produkten eingesetzt.

Da im Hallraum ein Schallfeld sehr hoher Diffusität entsteht sind alle Ausbreitungsrichtungen über einen langen Zeitraum (Nachhallzeiten bis 7,0 Sekunden) gleich wahrscheinlich. In der Praxis setzt man jedoch Absorber in Räumen ein, welche diese Voraussetzung nicht erfüllen. Viele Räume weisen bevorzugte Ausbreitungsrichtungen auf. Dies kann z.B. in langen Gängen der Fall sein. Oder in sehr flachen Räumen. Auch wenn z.B. bereits eine Akustikdecke besteht und weitere Wandpaneele eingesetzt werden sollen. Ein diffuses Schallfeld wird nur in geringen Maßen und für kürzere Zeiträume ausgebildet werden.

Im Paper Angle-Dependent Absorption of Sound on Porous Materials haben sich Jose Cucharero, Tuomas Hänninen und Tapio Lokki von 2020 (Open Access: https://www.mdpi.com/2624-599X/2/4/41 ) tiefer mit dem Thema beschäftigt und verschiedene Experimente mit unterschiedlichen Materialien durchgeführt.

Die wesentlichen Ergebnisse sind:

Es wurde eine Methode vorgestellt winkelabhängige Schallabsorptionsgrade zu messen
Winkelabhängige Schallabsorptionsgrade unterscheiden sich teilweise deutlich von jenen gemessen im Hallraum (Diffus) oder Impedanzrohr (Normaleinfall)
Wenn der Winkel des einfallenden Schalls den Normalwinkel annähert, nähert sich die Schallabsorptionsgradkurve den Ergebnissen der Impedanzrohr Methode an
Streifender Schalleinfall konvergiert zu den Ergebnissen der Hallraummessungen

Im folgenden Video stellt Philipp Gierlinger das Paper im Detail vor. Die Präsentation entstand im Zuge der Masterklasse Audio Design auf der Fachhochschule FH St. Pölten. Weitere Projekte der Masterklasse auf http://audiodesign.fhstp.ac.at/ .

#akustik #raumakustik #schallabsorbtion #schallabsorber #hallraum #impedanzrohr

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Mikrofone für Videokonferenzen

Sun, 15 Nov 2020 19:09:17 GMT

Mikrofone für Videokonferenzen

Ich habe kürzlich ein Interview mit Silvester Stallone gehört. Ein geiler Typ, Rocky ein geiler Film. Unbedingt anschauen. Die Geschichte zur Entstehung ist sehr inspirierend.

Leider konnte man Silvester nicht gut verstehen. Nicht wegen seiner Aussprache, sondern weil das Mikrofon zu weit weg von ihm war.

Da dachte ich so bei mir: Rocky, das kannst du besser!

Prinzipiell kann man das integrierte Mikrofon des Laptops oder der Webcam verwenden, Ohrstöpsel mit angehängtem Mikrofon oder ein Headset mit dem Mikrofon an einem Bügel.

Das integrierte Mikrofon ist meist zu weit weg vom Mund. Dadurch klingt die Stimme meist etwas räumlich. Die Klangqualität ist also stark abhängig vom Raum oder der Umgebung in der man sich befindet.
Ohrstöpsel bekommt man ja mit fast jedem Telefon geschenkt. Die Qualität variiert jedoch sehr stark. Billige Produkte sind meist anfällig auf Berührungsgeräusche.
Ein Headset hat den Vorteil, dass das Mikrofon direkt am Mund sich befindet. Dadurch wird die Stimme sehr direkt und die Klangqualität unabhängig von der Umgebung.

Es gibt also sehr starke Unterschiede. Wichtig ist es bei Video-Konferenzen ein paar Grundsätze zu beachten:

Bewusst entscheiden: Man könnte die Gesprächspartner einfach mal fragen, wie gut man eigentlich gehört wird!
Qualität kaufen: Es empfiehlt sich eher auf Markenprodukte zu setzten, als hier unnötig ein paar Euros zu sparen.
Die Umgebung gut auswählen: Ein ruhiger und wenig halliger Raum ist am Besten geeignet für eine erfolgreiche Videokonferenz.

Meine persönliche Wahl ist das Headset von Sennheiser PC 5.2:

https://amzn.to/35w5Z8F

Hier auch noch der Link zur verwendeten Webcam:

https://amzn.to/2Upn4Ll

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#akustik #videocall #videokonferenz #mikrofone #headset #kopfhörer

5 Schritte zu einer Aktiven Akustik - Kurtheater Bad Elster Edition

Thu, 13 Aug 2020 09:24:52 GMT

5 Schritte zu einer Aktiven Akustik - Kurtheater Bad Elster Edition

Auf der Suche nach dem guten Ton – Kurtheater Bad Elster Edition

oder: wie man in 5 Schritten eine Aktive Akustik erfolgreich installiert

(Wer den Fehler im Video entdeckt, erhält ein kostenfreie Kurzberatung von uns ��)

Bad Elster liegt im sächsischen Vogtland nahe der Grenze zwischen Tschechien und Deutschland. Bad Elster ist ein Kurort, wo sich Königinnen und Könige schon vor Jahrhunderten die Hand gereicht und ihr heil gesucht haben. Bis heute kommen Leute her, um Moor- oder Solebecken zu genießen oder einfach ins Bademuseum zu gehen.

An so einem Ort darf natürlich ein Theater nicht fehlen. Das Theater hier ist ein typisches Mehrspartenhaus. Das heißt hier werden Opern, Ballette, Musicals, Kammerkonzerte, Orchesterkonzerte, Jazzkonzerte, Rock- Popkonzerte, Lesungen, Kabarettabende, Theaterabende,… alles was die darstellende Kunst so zu bieten hat, aufgeführt.

Wie man sich vorstellen kann birgt das organisatorische wie auch technische Herausforderungen. Die Frage der Akustik kann zum Beispiel mit dem Werkzeug einer aktiven Akustik gelöst werden. D.h. wir können die Akustik variabel gestalten, um den verschiedenen Anforderungen entgegenzukommen.

Im König-Albert Theater in Bad Elster wurde eine solche Aktive Akustik installiert und diese 5 Schritte sind zu einer erfolgreichen Installation notwendig:

1) Planung: Zuallererst muss eine sorgfältige Planung durchgeführt werden. D. h. wie viele Lautsprecher und Mikrofone sollen wo installiert werden und wie sollen diese architektonisch integriert werden. Hier in Bad Elster ist es zum Beispiel sehr hübsch gelöst in dem Lautsprecher in goldenen Boxen integriert sind oder im Luster an der Decke.

2) Installation: Teil der Installation ist die Montage der Lautsprecher und Mikrofone, deren Verkabelung und der Aufbau der Technikzentrale. In der Technikzentrale werden die relevanten Gerätschaften verbaut, die Leitungen von den Mikrofonen im Saal führen hierher bzw. die Lautsprecherleitungen von den Verstärken führen zu den Lautsprechern. Ein moderne Installation von Digitalem Audio kommt heutzutage ohne Netzwerktechnik nicht mehr aus. Zumeist wird hier das Format Dante benutzt. Als Herzstück des ganzen Systems gibt es einen Signalprozessor, welcher die Mikrofonsignale aufnimmt, diese speziell verarbeitet und über die Lautsprecher wieder gibt.

3) Systemkalibrierung: Ein wichtiger Schritt ist die Systemkalibrierung, d. h. wir wollen die Klangeigenschaften der Mikrofone und Lautsprecher, welche durch die Qualität, die Einbausituation bzw. durch den Raum an sich entstehen, möglichst neutralisieren. Das ist wichtig damit man ein rückkopplungs-stabiles System erhält mit dem man gut arbeiten. Zur Einmessung verwendet man speziellen Messsignale, zumeist sogenannte Sinus-Sweep, mit denen man die Übertragungsfunktionen schnell und robust messen kann.

4) Klangeinstellungen: In diesem Schritt werden die Presets erstellt, welche vom Haus bzw. den Technikern je nach Veranstaltungstyp ausgewählt werden. Hier geht es um die Feinjustierung der Akustik. Darum arbeiten wir sehr gerne mit Musikern zusammen, da dies eine realistische Hörsituation erlaubt, das Hören von klanglichen Details ermöglicht und weiter ist das Feedback der Musiker sehr wertvoll.

5) Übergabe und Einschulung: Zum Abschluss geschieht eine Übergabe bzw. Einschulung der verantwortlichen Techniker. Es ist wichtig, dass ein Verständnis für die einzelnen Klangpresets besteht und eine Entscheidungskompetenz erreicht wird. Es sei hier darauf hingewiesen, dass nach einem „Einspielen“, also nach einigen absolvierten Veranstaltungen, das Haus bzw. die Techniker die Stärken einer Aktiven Akustik und die eigenen Bedürfnisse besser kennenlernen. Dies kann dazu führen, dass Anpassungen der Klangpresets sinnvoll werden.

Zum Abschluss sei noch ein Geheimtipp preisgegeben: Die Installation einer Aktiven Akustik ist ein Prozess mit vielen Beteiligten: GMD, Musiker, Geschäftsführung, Techniker, Tonmeister, Planer, Architektur, etc.: Wir empfehlen also dringlichst am Abschluss des Prozesses den Erfolg mit dem gesamten Team zu feiern.

#akustik #raumakustik #aktiveakustik #beschallung #architektur #acousticenhancement #nachhallverlängerung #elektroplanung #medientechnik #bauphysik #theater

Begriffe der Bauakustik - Luftschalldämmung

Sun, 26 Jul 2020 18:23:37 GMT

Begriffe der Bauakustik – Luftschalldämmung

Die in der Bauakustik vorkommenden Begriffe können schon etwas verwirrend sein. Die verschiedenen Größen unterscheiden sich teilweise nur leicht und man verliert schnell den Durchblick. Prinzipiell sind die Begriffe der Bauakustik in Normen wie die ÖNORM B 8115-2 oder die OIB Richtlinie Nr. 5 in Österreich und die Normenreihe DIN 4109 (seit 2016 bzw. 2018 neu) in Deutschland festgelegt. Diese Normen werden auch zum vertiefenden Studium nahegelegt (im speziellen ÖNORM B 8115-1). Aus diesen Regelwerken können empfohlene Anforderungen für die Luft- und Trittschalldämmung entnommen werden und die zugehörigen Berechnungsverfahren angewandt werden (s. a. EN 12354 Teil 1 und Teil 2).Dieser Artikel ist an Architekten und am Bau beteiligte Personen gerichtet, um einen kurzen und verständlichen Einblick bzw. Überblick über die Unterschiede der Begriffe bzw. Größen in der Bauakustik zu bekommen.

Ganz prinzipiell muss gesagt werden, dass das Ziel immer sein muss eine Anforderung an den Schallschutz zu stellen, welche am fertiggestellten Objekt überprüft werden kann. Es ist zu unterscheiden zwischen Bauteileigenschaften und Gebäudeeigenschaften bzw. Anforderungen. Bauteileigenschaften werden mit dem Schalldämm-Maß Rw beschrieben (z.B. Wandkonstruktionen, Türen) und Anforderungen (Gebäudeeigenschaften) werden mit dem Bau-Schalldämm-Maß R’w (DE) oder der Standard-Schallpegeldifferenz DnT,w (AT) gestellt.

In der Planungsphase werden Kenndaten für schalldämmende Konstruktionen aus Prüfstandmessungen oder Bauteilkatalogen als Rw herangezogen, um mittels eines Berechnungsverfahrens einen R’w oder DnT,w zu berechnen und mit der Anforderung zu vergleichen. Nach Fertigstellung können festgelegten Werte messtechnisch überprüft werden. Dazu wird die Normenreihe ISO 16238 (seit 2014) herangezogen.

Die DIN 4109 sieht seit 2016 ein neues Sicherheitskonzept vor mit welchem das Vorhaltemaß durch einen pauschalen Sicherheitsbeiwert ersetzt wird. Vom berechneten R’w müssen 2 dB pauschal abgezogen werden und dann mit dem erforderlichen R’w verglichen werden. Eine Ausnahme wird bei Türen gemacht: Der Sicherheitsbeiwert ist gleich 5 dB. Einem Schalldämm-Maß Rw der Tür müssen also 5 dB abgezogen werden. Die Größen Rw,P für Prüfstand und Rw,R für Rechenwert gibt es also nicht mehr.

In Österreich ist in der Normenreihe ÖNORM B 8115 kein äquivalentes Sicherheitskonzept vorgesehen. Es wird jedoch empfohlen jenes der DIN 4109 auch in Österreich anzuwenden.

Folgende Tabelle gibt einen Überblick über die Begriffe und beschreibt die Unterschiede:

Es ist wichtig zu verstehen, dass das Schalldämm-Maß immer auf eine Fläche bezogen wird, die Schallpegeldifferenz jedoch nicht. Die Werte hängen aber über die Beziehung zusammen: R'=D + 10 log⁡(S/A) in dB

R‘ Bau-Schalldämm-Maß, in dB

D Schallpegeldifferenz, in dB

S Fläche des Trennbauteils, in m²

A äquivalente Absorptionsfläche im Empfangsraum, in m²

Die Akustik des Musikverein Wien

Tue, 07 Jul 2020 17:33:21 GMT

Die Akustik des Musikverein Wien

Der große Saal im Wiener Musikverein als einer der Konzertsäle mit der besten Akustik weltweit speziell für Orchestermusik der Klassik und Romantik.

Es gibt prinzipiell vier Hauptfaktoren welche die Akustik in einen Konzertsaal beeinflussen:

• Raumvolumen

• Raumproportionen

• Publikumsfläche

• Oberflächenstruktur- und Materialien der Wand und Decke

Der Musikverein ist 48,8 m lang, 17,1 m breit und 19,8 m hoch. Das bedeutet ein Volumen von 16.544 m³. Dies steht im Verhältnis zu einer Zuschaueranzahl von 2000 Personen (1700 Sitzplätze und 300 Stehplätze). Das Verhältnis ist sehr wichtig, weil es uns einen Hinweis dafür gibt wie laut es im Saal überhaupt werden kann. Ein zu großes Verhältnis - also zu großes Volumen - bedeutet das die Musik Gefahr läuft zu leise vor allem in den hinteren Reihen zu werden. Ein zu kleines Volumen bedeutet, dass es auch zu laut werden kann. Den Musikvereinssaal würde ich eher auf der lauteren, einen mächtigen klangerzeugenden, Seite einordnen. Ich habe es auch selbst schon erlebt das es mir zu laut war, aber prinzipiell liegt das Verhältnis in einen sehr guten Bereich.

Weiter spielt die Nachhallzeit eine essenzielle Rolle. Die Nachhallzeit im Musikverein liegt zwischen 2,4 und 2,8 Sekunden (je nach Besetzungsgrad) in den mittleren Frequenzen und ansteigend zu den tiefen Frequenzen. Dieser Bereich hat sich für klassische und romantische Orchestermusiker als sehr gut geeignet herausgestellt. Ein längere Nachhallzeit würde bedeuten das der Klang verschwimmt, eine kürzere Nachhallzeit würde bedeuten, dass es zu trocken wirkt.

Die Raumbreite im Musikverein mit ca. 17 m führt dazu, dass es sehr starke seitliche frühe Reflexionen gibt. Wenn Reflexionen innerhalb eines Zeitfensters von ca. 80 ms nach dem Direktschall eintreffen, reichert das den Klang an, die Musik wirkt „breiter“ und dies erhöht auch die Klarheit.

Die Wandoberflächen sind im Goldenen Saal sehr stark strukturiert was zu einer starken Schallstreuung führt. Man sieht im Parkett die erhöhten Logen, die Statuen und Säulen, der Balkon und weitere Ornamente und Figuren im oberen Bereich sowie Kassettierten Deckenflächen. Überall gibt es Elemente die den Schall streuen und das führt zu einem sehr diffusen Nachhall der sich in Form eines einhüllenden Klangerlebnis auswirkt.

Summa summa-rum kann man sagen, dass der Architekt Theophil Hansen (um 1870) sehr viel richtig gemacht hat. Eher aus Intuition heraus, da im 19. Jahrhundert noch keine wissenschaftliche Beschäftigung mit der Raumakustik stattfand.

Ein weiteres Element, welches nicht zu vergessen ist in der Beurteilung der Akustik, ist der Mythos Musikverein. Wer hier schon aus und ein gegangen ist: Brahms, Bruckner, die Sträusse, Bernstein, alle nicht mehr und noch lebenden berühmten Dirigentinnen und Dirigenten, die Wiener Philharmoniker proben im Saal und spielen sehr viele Konzerte und das berühmte Neujahrskonzert findet hier jährlich statt. Fakt ist aber, dass hervorragende Musik mit exzellenten Musikerinnen und Musikern und einer grandiosen Akustik zusammenkommen. Allein deswegen ist ein Besuch im Musikverein wärmstens zu empfehlen.

P.S.: Geheimtipp: Die Tonkünstler Niederösterreich sind ein hervorragendes Orchester und spielen regelmäßig zu erschwinglichen Preisen im Musikverein.

#akustik #raumakustik #konzertsaalakustik #musikverein #goldenersaal #architektur #nachhall

Aktive Akustik als Werkzeug

Thu, 11 Jun 2020 14:01:07 GMT

Aktive Akustik als Werkzeug

Wer weiß was Aktive Akustik ist?

Aktive Akustik meint die Anpassung der Raumakustik in einem Saal mit elektroakustischen Mittel, sprich Lautsprechern und Mikrofonen.

Es kann die Akustik variabel gestaltet werden und das Ganze per Knopfdruck. Es ist auch mögliche eine Variable Akustik mit mechanischen Mitteln herzustellen, z.B. fahrbare Vorhänge; mit einem Aktive Akustik System kann die Akustik jedoch sehr genau und fein kontrolliert werden.

Genau um das geht es bei meinem Vortrag für die virtuelle Konferenz der Audio Engineering Society.

Wie geil ist es, dass ich als Akustiker im Saal sitzen kann und die Akustik in Echtzeit verändern oder anpassen. LIVING THE DREAM würde ich sagen!

#activeacoustics #acousticenhancement #roomacoustics #concerthallacoustics #variableacoustics #amadeusactiveacoustics

Warum Simulation in der Akustik?

Thu, 11 Jun 2020 14:01:04 GMT

Warum Simulation in der Akustik?

In diesem Video erkläre ich knapp warum Akustische Simulationen wichtig sind und welche Vorteile es gibt, aber auch welche Nachteile wir noch immer haben.

Folgende Vorteile haben wir:

Wir wollen in die Zukunft schauen! Das bedeutet Planungssicherheit.
Die Genauigkeit der Berechnung wird massiv erhöht
Wir können Raumimpulsantworten simulieren und somit viele Aspekte der Akustik untersuchen
Die statischen Streuungen von Messungen können vermieden werden
Flexibilität und Reduktion der Kosten im Vergleich zu Teststellungen vor Ort
Es sind Auralisationen möglich, d.h. eine Raumakustik kann hörbar gemacht werden

Nachteile:

Wellenphänomene wie Schallstreuung und Schallbeugung sind noch nicht effizient zu simulieren
Die Komplexität ist nach wie vor sehr hoch

#raumakustik #beschallung #architektur #akustischesimulation

Flüstergallerie und Stonehenge

Thu, 11 Jun 2020 13:45:33 GMT

Flüstergallerie und Stonehenge

Wer hat den Flüstergallerieeffekt schon einmal erlebt?

Der Flüstergallerieeffekt ist einer der faszinierendsten akustischen Erlebnisse. Obwohl man bis zu 40 m auseinandersteht kann man flüsternd miteinander sprechen.

Möglich ist das nur wenn man direkt am Rand eines langen Kreisbogens spricht, da dieser den Schall immer wieder reflektiert und quasi „sammelt“. Dadurch verliert der Schall nur wenig Energie.

Die Forschergruppe der University of Salford in Manchester um Prof. Trevor Cox herum hat eine Simulation dieses Effekt zur Visualisierung veröffentlich.

Ziel war es dem Mythos, auch in Stonehenge war dieser Effekt erlebbar, nachzugehen. Es konnte gezeigt werden, dass dies wahrscheinlich nicht der Fall war, da der Kreisbogen in Stonehenge ja immer wieder unterbrochen ist.

https://acousticengineering.wordpress.com/2020/04/28/stonehenge-whispering-gallery/

#raumakustik #akustischesimulation #stonehenge #flüstergallerie #architektur

Hornlautsprecher am Innsbrucker Bahnhof

Tue, 02 Jun 2020 14:26:51 GMT

Hornlautsprecher am Innsbrucker Bahnhof

Der Innsbrucker Bahnhof liegt in einem pittoresken Setting und gerne warte ich ein bisschen auf den Zug und genieße die Aussicht.

Und ganz nebenbei versteht man die Ansagen auch sehr gut. Zwei Faktoren sind aus akustischer Sicht hauptsächlich für gute Sprachverständlichkeit Verantwortlich:

Der Signal-Störabstand: d.h. wie laut sind Störgeräusche (z.B. eines vorbeifahrenden Zugs) im Verhältnis zur Lautstärke der Ansagen
Die Raumakustik: Ist es in einer Umgebung sehr hallig oder gibt es störende Reflexionen oder Echos

Die Lautsprecheranlage muss also einen ausreichend hohen Schallpegel an die Hörflächen liefern und soll stark gerichtet sein, um Schallreflexionen der Umgebung minimal anzuregen.

Die Lautsprecher am Innsbrucker Bahnhof sind sog. Hornlautsprecher, welche diese Aufgaben hervorragend lösen. Dieser Lautsprechertyp ist zwar schon sehr alt funktioniert aber nach wie vor sehr gut für Sprachalarmierung ,

ELA-Systeme oder Elektroakustische Notfallsysteme (ENS) nach TRVB S 158 oder VDE 0833.

#ELA #sprachalarmierung #tonanlage #beschallung

Beethovens Konzerträume

Tue, 02 Jun 2020 13:56:36 GMT

Buchvorstellung: Beethovens Konzerträume

Beethoven hat die längste Zeit seines Lebens in Wien gelebt und seine Musik in dem Palais und Theatern des beginnenden 19 Jhd. geprobt und uraufgeführt.

Im Buch „Beethovens Konzerträume“ geht Stefan Weinzierl einer der großen Fragen der Akustik nach: Wie haben die akustischen Eigenschaften der Konzertsäle, welcher ein Komponist kannte, die Kompositionen beeinflusst.

Gerade im Beethoven Jahr eine gute Lektüre.

Stefan Weizierl – Beethovens Konzerträume

#raumakustik #konzertsaal #beethoven #architektur

rohde

Sound Strength in Active Acoustic Systems

Preserving the sound of alpine glaciers

Un suono in estinzione - preserving the sound of alpine glaciers ﻿

Gibt es die optimale Nachhallzeit?

Buchtipp: Raumakustik - Wie man Räume hörgerecht besser gestaltet

Raumakustik Lehrbuch

Die Schallabsorptionsgrade

Die einzigartige Akustik der Amphitheater

Die einzigartige Akustik der Amphitheater: Mythos oder Wissenschaft?

Akustisch „berühmte“ Amphitheater

Wissenschaftliche Studien

Zusammenfassung

Quellen

Die Akustik im Musikverein Wien

Der große Saal mit seinen zahlreichen, akustisch essenziellen Elementen

Konzertsaalakustik 3 - Ein Hörversuch von Antti Kuusinen und Tapio Lokki

Ein Hörexperiment von Antti Kuusinen und Tapio Lokki

Die Methoden

Der Hörversuch – Same vs. Different Condition

Die Ergebnisse

Akustik im Konferenzraum

Nachhallzeitmessung im Konferenzraum unseres neuen Büros in Wien

Die Akustik der Philharmonie de Paris

Philharmonie de Paris

La Grande salle Pierre Boulez

en rodage (in der Einlaufphase)

Literaturnachweis

Konzertzimmer

Konzertzimmer für Brittens "War Requiem" in der Oper Graz

Hallraum

Das Pendant zu reflexionsarmen Räumen

Der reflexionsarme Raum

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Raummoden

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Flatterecho

Flatterecho ... cho ... cho ... cho

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