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Kurzdefinition
Schallabsorption bezeichnet die Umwandlung von Schallenergie in andere Energieformen – überwiegend Wärme – beim Auftreffen von Schallwellen auf Materialien oder Strukturen. Durch Schallabsorption wird die im Raum verbleibende Schallenergie reduziert, was zu einem schnelleren Abklingen des Schalls und damit zu einer Verringerung der Nachhallzeit führt.
Schallabsorption ist ein zentrales Wirkprinzip der Raumakustik und beeinflusst maßgeblich Sprachverständlichkeit, Klangklarheit und den subjektiven Höreindruck eines Raumes.
Einordnung & Kontext
In der Raumakustik tritt Schallabsorption stets im Zusammenspiel mit Reflexion, Streuung und Transmission auf. Trifft Schall auf eine Begrenzungsfläche, wird die auftreffende Schallenergie auf diese Anteile aufgeteilt. Der absorbierte Anteil steht dem weiteren Schallfeld nicht mehr zur Verfügung.
Schallabsorption ist kein ausschließliches Merkmal spezieller Akustikelemente, sondern tritt grundsätzlich an allen realen Materialien auf, wenn auch in sehr unterschiedlichem Ausmaß und stark frequenzabhängig.
Physikalische Grundlagen der Schallabsorption
Schall breitet sich in Luft als Druckschwankung aus. Gelangt eine Schallwelle in Kontakt mit einem absorbierenden Material, versetzen die Druckschwankungen die Luft im Materialinneren oder das Material selbst in Bewegung. Durch Reibung, viskose Verluste oder Materialverformung wird ein Teil der Schallenergie dissipiert.
Die Wirksamkeit der Schallabsorption hängt unter anderem ab von:
der Frequenz des Schalls
der Materialstruktur
der Schichtdicke
der Anordnung im Raum
dem Abstand zu reflektierenden Flächen
Poröse Absorber
Poröse Absorber sind die am häufigsten eingesetzten schallabsorbierenden Elemente in der Raumakustik. Sie bestehen aus offenporigen Materialien, durch die Luft strömen kann, etwa Mineralwolle, Schaumstoffe oder textile Materialien.
Beim Eindringen des Schalls in das Material wird die Luft in den Poren zu Bewegung gezwungen. Durch Reibung und thermische Verluste wird Schallenergie in Wärme umgewandelt.
Charakteristisch für poröse Absorber ist:
hohe Wirksamkeit im mittleren und hohen Frequenzbereich
zunehmende Absorption mit steigender Materialdicke
verbesserte Tieftonwirkung bei Abstand zur Wand
Poröse Absorber wirken breitbandig, sind konstruktiv einfach und spielen eine zentrale Rolle in Studios, Unterrichtsräumen und Regieräumen.
Resonanzabsorber
Resonanzabsorber nutzen schwingfähige Systeme, um gezielt Schallenergie in einem begrenzten Frequenzbereich zu absorbieren. Die Absorption beruht auf der Anregung einer Resonanz, bei der mechanische Schwingungsenergie dissipiert wird.
Typische Bauformen sind:
Plattenabsorber
Membranabsorber
Helmholtz-Resonatoren
Resonanzabsorber zeichnen sich aus durch:
schmalbandige Wirkung
gezielte Tieftonabsorption
starke Abhängigkeit von Geometrie und Materialparametern
Sie werden häufig eingesetzt, um tieffrequente Probleme wie Raummoden gezielt zu reduzieren.
Aktive Absorber
Aktive Absorber verwenden elektroakustische Systeme, um Schall aktiv zu reduzieren. Dabei werden Schallsignale erfasst, verarbeitet und über Lautsprecher Gegenschall erzeugt oder akustische Impedanzen aktiv beeinflusst.
Im Unterschied zu passiven Absorbern benötigen aktive Systeme:
elektrische Energie
Sensorik und Signalverarbeitung
Regelungsmechanismen
Aktive Absorber kommen vor allem in spezialisierten Anwendungen zum Einsatz, etwa bei sehr tiefen Frequenzen oder dort, wo passive Lösungen konstruktiv nicht realisierbar sind.
Schallabsorptionsgrad
Der Schallabsorptionsgrad beschreibt den Anteil der auftreffenden Schallenergie, der von einer Oberfläche absorbiert wird. Er ist dimensionslos und nimmt Werte zwischen 0 und 1 an.
Ein Wert von:
0 bedeutet vollständige Reflexion
1 bedeutet vollständige Absorption
Der Schallabsorptionsgrad ist:
frequenzabhängig
material- und konstruktionsabhängig
eine zentrale Kenngröße zur quantitativen Beschreibung der Schallabsorption
In der Praxis wird er in Terz- oder Oktavbändern angegeben.
Gesamtformel der Schallabsorption im Raum
Die gesamt wirksame Schallabsorption eines Raumes setzt sich aus drei Anteilen zusammen:
αᵢ = Schallabsorptionsgrad der i-ten Fläche (dimensionslos)
Sᵢ = Fläche des Bauteils [m2]
Dies ist die klassische Definition der äquivalenten Schallabsorptionsfläche für flächenhafte Absorber.
Nicht flächenhafte Schallabsorption
Nicht flächenhafte Absorption entsteht durch Objekte im Raum, z. B.:
Personen
Möbel
Vorhänge
technische Einrichtungen
Diese Absorption wird nicht über eine Fläche, sondern über äquivalente Absorptionsflächen einzelner Objekte beschrieben:
A_{\text{nichtflächenhaft}} = \sum_{j=1}^{m} A_j
Dabei ist:
Aⱼ = äquivalente Schallabsorptionsfläche eines einzelnen Objekts [m2]
Diese Werte werden meist tabelliert angegeben (z. B. pro Person oder Möbeltyp).
Luftabsorption
Die Luftabsorption beschreibt den Energieverlust des Schalls durch viskose und thermische Prozesse in der Luft. Sie ist insbesondere bei:
großen Räumen
hohen Frequenzen
langen Nachhallzeiten
relevant.
Die äquivalente Schallabsorptionsfläche der Luft wird beschrieben durch:
A_{\text{Luft}} = 4 \cdot m \cdot V
Dabei gilt:
m = Luftabsorptionskoeffizient [m−1]
V = Raumvolumen [m3]
Der Koeffizient m ist frequenz-, temperatur- und feuchteabhängig.
Einordnung
Flächenhafte Absorption dominiert in kleinen und mittelgroßen Räumen
Nicht flächenhafte Absorption ist wichtig in belegten Räumen
Luftabsorption spielt vor allem in großen Räumen und bei hohen Frequenzen eine Rolle
Alle drei Anteile gehen gemeinsam in die Nachhallzeitberechnung (z. B. nach Sabine) ein.
Äquivalente Schallabsorptionsfläche
Die äquivalente Schallabsorptionsfläche beschreibt die schallabsorbierende Wirkung einer Oberfläche oder eines Raumes in Form einer Fläche mit idealer Absorption.
Sie ergibt sich aus dem Produkt von:
Fläche eines Bauteils
zugehörigem Schallabsorptionsgrad
Die äquivalente Schallabsorptionsfläche ist eine zentrale Größe in der Nachhalltheorie und geht direkt in die Berechnung der Nachhallzeit ein. Sie erlaubt es, unterschiedliche Materialien und Flächen hinsichtlich ihrer absorbierenden Wirkung vergleichbar zu machen.
Die Formel für die äquivalente Schallabsorptionsfläche (ÄAF) lautet:
A=α⋅S
Dabei gilt:
A = äquivalente Schallabsorptionsfläche [m2]
α = Schallabsorptionsgrad der Fläche (dimensionslos, 0≤α≤1)
S = geometrische Fläche des Bauteils [m2]
Für einen gesamten Raum (Summe aller Flächen)
Agesamt=i=1∑nαi⋅Si
αᵢ = frequenzabhängiger Schallabsorptionsgrad der i-ten Fläche
Sᵢ = Fläche der i-ten Begrenzung oder Einbauten
Diese Größe geht direkt in die Berechnung der Nachhallzeit (z. B. nach Sabine) ein und ist frequenzabhängig; daher wird sie üblicherweise für Terz- oder Oktavbänder angegeben.
Bedeutung für die Raumakustik
Schallabsorption ist eines der wichtigsten Mittel zur gezielten Beeinflussung der Raumakustik. Durch geeignete Auswahl, Platzierung und Kombination unterschiedlicher Absorbertypen lassen sich Nachhallzeiten, Klarheit und Raumwirkung an die jeweilige Nutzung anpassen.
Dabei ist stets zu berücksichtigen, dass Schallabsorption frequenzabhängig wirkt und allein nicht alle raumakustischen Probleme lösen kann. In der Praxis wird sie häufig mit Streuung, geometrischer Gestaltung und gezielter Positionierung kombiniert.
Zusammenfassung
Schallabsorption beschreibt die Umwandlung von Schallenergie in Wärme und ist ein zentrales Wirkprinzip der Raumakustik. Sie tritt an allen realen Materialien auf, wird jedoch gezielt durch unterschiedliche Absorbertypen genutzt. Poröse Absorber wirken breitbandig, Resonanzabsorber gezielt frequenzselektiv, aktive Absorber mithilfe elektroakustischer Systeme. Kenngrößen wie Schallabsorptionsgrad und äquivalente Schallabsorptionsfläche ermöglichen eine quantitative Beschreibung und bilden die Grundlage für die raumakustische Planung und Bewertung.
Quellen
Leo L. Beranek, Acoustics, Acoustical Society of America, 1996
Heinrich Kuttruff, Raumakustik, S. Hirzel Verlag, 2018
F. Alton Everest, Ken C. Pohlmann, Master Handbook of Acoustics, McGraw-Hill, 2015
Thomas D. Rossing (Hrsg.), Springer Handbook of Acoustics, Springer, 2014
DIN EN ISO 354, Messung der Schallabsorption in Hallräumen
DIN EN ISO 11654, Bewertung der Schallabsorption von Baustoffen
