Definition
Poröse Schallabsorber sind schallabsorbierende Materialien, bei denen die Dämpfung des Schalls überwiegend durch Umwandlung von Schallenergie in Wärme erfolgt.
Dieser Effekt entsteht durch viskose Reibung und thermische Verluste, wenn sich die Luftteilchen infolge der Schallschwingung innerhalb eines porösen Materials bewegen.
Voraussetzung für eine wirksame Absorption ist, dass
- die Poren offen miteinander verbunden sind,
- der Schall in das Material eindringen kann,
- und eine ausreichende Materialdicke vorhanden ist, damit Reibungs- und Wärmeverluste wirksam werden.
Poröse Absorber zählen zu den am häufigsten eingesetzten Absorbertypen in der Raumakustik, da sie vergleichsweise einfach herzustellen sind und eine breite praktische Anwendbarkeit besitzen.
Wirkprinzip
Trifft eine Schallwelle auf einen porösen Absorber, so dringt ein Teil der Schallenergie in die Porenstruktur ein. Dort werden die Luftteilchen gezwungen, sich durch enge Kanäle und Zwischenräume zu bewegen.
Dabei treten zwei zentrale Verlustmechanismen auf:
- Viskose Verluste durch Reibung der Luft an den Porenwänden
- Thermische Verluste durch Temperaturausgleich zwischen Luft und Material
Beide Effekte führen dazu, dass ein Teil der Schallenergie irreversibel in Wärme umgewandelt wird.
Frequenzabhängigkeit der Absorption
Der Schallabsorptionsgrad poröser Absorber ist stark frequenzabhängig:
- Hohe Frequenzen (≈ ab 1–2 kHz):
sehr gute Absorptionswirkung, da die kurzen Wellenlängen gut in die Porenstruktur eindringen können
- Tiefe Frequenzen:
geringere Absorption, da die Wellenlängen deutlich größer sind als- die Porengröße
- und oft auch die Materialdicke
Beschreibung mit akustischen Modellen (nach Komatsu)
Zur theoretischen Beschreibung poröser Absorber werden vereinfachte akustische Modelle verwendet.
Ein häufig genutzter Ansatz ist das Komatsu-Modell (s. Quellenangabe), das poröse Materialien als äquivalentes akustisches Medium beschreibt.
Im Modell werden dem Material unter anderem folgende effektive Größen zugeordnet:
- effektive Dichte der Luft im Material
- effektiver Strömungswiderstand
- frequenzabhängige Impedanz
Damit lässt sich der Schallabsorptionsgrad eines porösen Absorbers rechnerisch abschätzen, insbesondere in Abhängigkeit von:
- Frequenz
- Materialdicke
- Strömungswiderstand
- Abstand zur reflektierenden Fläche
Das Komatsu-Modell stellt eine Näherung dar und ist vor allem für typische poröse Materialien mit offener Porenstruktur geeignet.
Häufig verwendete Materialien
Steinwolle / Glaswolle
Mineralfaserprodukte wie Steinwolle oder Glaswolle besitzen:
- eine offene, faserige Struktur
- einen hohen Strömungswiderstand
- gute Absorption im mittleren und hohen Frequenzbereich
Sie werden häufig in:
- Wand- und Deckenabsorbern
- abgehängten Akustikdecken
- Verkleidungen mit perforierten Platten
eingesetzt.
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Melaminharzschaum (z. B. Basotect)
Melaminharzschaum ist ein offenzelliger Kunststoffschaum mit:
- sehr geringem Gewicht
- gleichmäßiger Porenstruktur
- hoher Schallabsorption bei vergleichsweise geringer Dicke
Er wird häufig verwendet, wenn:
- geringe Flächenlasten erforderlich sind
- sichtbare Absorber ohne zusätzliche Verkleidung gewünscht sind
Weitere Beispiele
Weitere poröse Absorber-Materialien sind unter anderem:
- Polyurethanschaumstoffe
- Polyesterfaservliese
- Holzfaserplatten mit offener Struktur
- recycelte Faserwerkstoffe
- Zellulosefaser
Die akustischen Eigenschaften hängen dabei stark von Porosität, Faserdurchmesser, Dichte und Strömungswiderstand ab.
Anwendung in der Raumakustik
Poröse Absorber werden vor allem eingesetzt zur:
- Reduktion der Nachhallzeit
- Verringerung von Sprachhalligkeit
- Verbesserung der Sprachverständlichkeit
- Dämpfung hochfrequenter Reflexionen
Typische Einsatzorte sind:
- Unterrichts- und Seminarräume
- Tonstudios
- Büros
- Proberäume und Regieräume
Verweise auf verwandte Artikel
- Schallabsorption
- Nachhallzeit
- Akustische Modelle
- Reflexion
- Raumakustik
Quellen
Heinrich Kuttruff, Raumakustik, S. Hirzel Verlag, 2018
Leo L. Beranek, Acoustics, Acoustical Society of America, 1996
F. Alton Everest, Ken C. Pohlmann, Master Handbook of Acoustics, McGraw-Hill, 2015
Thomas D. Rossing (Hrsg.), Springer Handbook of Acoustics, Springer, 2014
T. Komatsu, Improved Delany–Bazley and Miki models for sound propagation in fibrous materials, Journal of the Acoustical Society of Japan, 2008
