Raumakustik

Schall breitet sich im freien Raum, ähnlich wie Licht, geradlinig aus und es treten weder Beugungen noch Richtungsänderungen auf. Das gilt, solange keine ortsabhängigen Zustandsänderungen, wie Temperatur- oder Dichteschwankungen des schallführenden Mediums, der Luft, auftreten.

In einem geschlossenen Raum erreicht nicht nur der Schall unser Ohr, der von der Schallquelle direkt ausgesandt wird, sondern auch vielfältige Reflexionen und andere Beeinflussungen des Schalls. Diese Reflexionen erzeugen einen Raumeindruck, der von Raum zu Raum stark variiert. Je nach Oberflächenbeschaffenheit der Begrenzungsflächen können die reflektierten Schallanteile unterschiedlich diffus verteilt sein.

Im Allgemeinen treffen die ersten Reflexionen nach dem Direktschall relativ vereinzelt ein und bestimmen durch ihre Verzögerung zum Direktschall und ihren Pegel stark den Klangeindruck des Raumes. Mit zunehmender Zeit liegen die einzelnen Reflexionen immer dichter beieinander und verschwimmen zu einem abklingenden Nachhall.

Direktschall >> Erstreflexionen >> Nachhall

In der Raumakustik wird versucht, die akustischen Eigenschaften, die zu einer subjektiven Beurteilung führen, physikalisch zu beschreiben und zu messen. Aus einer Verbindung dieser subjektiven bzw. objektiven Ergebnisse können dann Kriterien abgeleitet werden, die geeignet sind, Räume ihrem akustischen Verwendungszweck entsprechend zu gestalten.

Neben der Verteilung des Schallpegels im Raum ist v.a. die Nachhallzeit von großer Bedeutung. Die Nachhallzeit ist eines der wichtigsten und bekannten Kriterien zur Beurteilung der Akustik eines Raumes. Sie ist als Zeit definiert, in der die Schallenergie eines Raumes nach Abschalten der Schallquelle auf den millionsten Teil, d.h. um 60 dB, abnimmt. Diese Zeit entspricht nicht unbedingt der vom Zuhörer tatsächlich gehörten Zeit des Ausklangs, der Nachhalldauer, da diese abhängig von der Lautstärke der Schallquelle ist.

Der Akustiker Sabine fand die Sabine’sche Nachhallformel zur näherungsweisen Ermittlung der Nachhallzeit.

T = 0,163 x V/A

Wobei V das Volumen des Raumes ist und A die sg. Äquivalente Absorptionsfläche (die Summe aller Einzelflächen multipliziert mit ihrem jeweiligen Absorptionsgrad).

Die optimale Nachhallzeit ist von der Raumgröße, seiner Formgebung und v.a. von seinem Verwendungszweck abhängig. So muss z.B. ein Theater „trockener“ als ein Konzertsaal sein, um die Verständlichkeit zu erhöhen. Typische Nachhallzeiten liegen in Konzertsälen oft bei 2 Sekunden, in Theatern bei 1,2 Sekunden und in Kirchen zwischen 3 bis 16 Sekunden.

Der Direktschall nimmt den direkten Weg vom Sender zum Hörer, der Diffusschall oder Raumschall ist der Schall, der beim Eintreffen beim Hörer bereits eine oder mehrere Reflexionen erfahren hat. Der Direktschall nimmt mit zunehmender Entfernung von der Schallquelle ab und bildet das sogenannte Direktschallfeld.

Von diffusen Schallfeld spricht man, wenn der Schalleinfall am Messort aus allen Raumrichtungen gleich wahrscheinlich und gleich stark ist. Im rein diffusen Schallfeld ist keine Ortung der Schallquelle mehr möglich, der Pegel des Diffusschallfeldes ist bei längeren Nachhallzeiten im gesamten Raum gleich, hängt also nicht von der Entfernung zur Schallquelle ab.

Hallradius
In einem Raum überlagern sich Direkt- und Diffusschallfeld. Je weiter man sich von der Schallquelle entfernt, desto schwächer wird der Pegel des Direktschalls und verschwindet irgendwann im Diffusschall, der im gesamten Raum den gleichen Pegel hat.

Die Entfernung von der Schallquelle, bei der der Schallpegel des Direktschalls gleich dem des Raumschalles ist, wird Hallradius genannt.

rH = 0,057s1/2 x m-1/2 x Wurzel aus V/T

V ... Volumen des Raumes
T ... Nachhallzeit des Raumes

Bei einer Vergrößerung des Raumvolumens steigt der Hallradius an, bei einer Verringerung der Nachhallzeit verringert er sich.