Impressionen
Wissenschaftliches
DCP

Akustik von Klassenräumen

Landessieg bei Jugend Forscht 2006
Autoren: Paul Schubert, Dimitri Seboldt, Christian Kohlen

3. Akustische Grundlagen

Wird eine Schallinformation von einem SenderZusatzinformationen:
Alle Geräuschquellen z.B. sprechender Lehrer bzw. Schüler oder vom Tisch fallendes Lineal.
ausgesandt, so trifft sie auf direktem Wege, aber auch durch Reflektion bei dem EmpfängerZusatzinformationen:
Ohren der Schüler oder des Lehrers.
ein. Wenn die Schallinformation auf direktem Wege oder über kurze Reflektionswege beim Empfänger eintrifft, so wird sie als eine Information wahrgenommen, da das menschliche Ohr zu träge ist, um diese beiden Informationen zu trennen. Kurze Reflektionswege unterstützen somit den Direktschall, da sie die Schallinformation beim Empfänger verstärken.
Hat eine Schallinformation jedoch einen zu langen Reflektionsweg, dann entsteht beim Empfänger aus der einen Schallinformation noch eine Zweite (Echo), weil das menschliche Ohr die beiden Schallinformationen (Direktschall und Reflektionsschall), welche bedingt durch die unterschiedlichen Wege zu unterschiedlichen Zeiten am Ohr eintreffen, nicht mehr trennen kann.
Störgeräusche, die neben den Nutzgeräuschen, auch im Raum vorhanden sind, werden in gleicher Weise verstärkt und erhöhen das AllgemeingeräuschZusatzinformationen:
Das Allgemeingeräusch setzt sich aus allen Störgeräuschquellen im Raum zusammen.
im Raum. Dadurch wird der so genannte Signal-RauschabstandZusatzinformationen:
Der Signal-Rauschabstand ist die zahlenmäßige Differenz in dB zwischen dem Pegel des Nutzgeräusches und dem Pegel des Störgeräusches.
zwischen Allgemeingeräusch und Nutzgeräusch (z.B. Rede des Lehrers) verringert. Das Gesamtgeräusch (Allgemeingeräusch + Nutzgeräusch) in einem Klassenraum wird bei gleicher Schallenergie umso lauter sein, je geringer die Absorption im Raum ist, da mehr Reflektionen der Geräusche an den Wänden entstehen können. Je geringer die Absorption ist, umso länger braucht die Schallenergie um im Raum abzuklingen. Dadurch entsteht eine lange Nachhallzeit und die Sprachverständlichkeit im Raum ist gering. Ob in einem Klassenraum eine gute Verständlichkeit gegeben ist, kann man an Hand der Nachhallzeiten in den einzelnen Räumen beurteilen.
Die Nachhallzeit ist die Zeit, in der ein Geräuschsignal um 60 dBZusatzinformationen:
dB = Dezibel = Maßstab für den Schalldruckpegel
abfällt. Beim Messen der Nachhallzeit wird in einem Raum ein Geräusch von mindestens 90 dB erzeugt. Nach dem Abschalten der Geräuschquelle wird gemessen, wie lange das Geräusch braucht, um 60 dB leiser zu werden. Die Messungen werden in Abhängigkeit von der Frequenz in Terzschritten durchgeführt. Ein Raum hat häufig bei tiefen Frequenzen längere Nachhallzeiten, als bei höheren Frequenzen. Der Frequenzbereich für die Bestimmung von Nachhallzeiten in Räumen beschränkt sich allgemein auf die Terzfrequenzen zwischen 100 Hz und 3150 Hz.
Besitzt ein Klassenraum lange Nachhallzeiten in diesem Frequenzbereich, dann wird das Geräusch im Raum durch viele Reflektionen an den Wänden und Decken verstärkt.
Trifft Schall aber auf eine absorbierende Fläche, wird er zum großen Teil nicht reflektiert, sondern absorbiert. Eine Fläche absorbiert Schall dann, wenn von dem auftretenden Schall nur ein kleinerer Teil wieder reflektiert wird. Die nicht reflektierte Schallenergie wird in Wärmeenergie umgewandelt.
Durch das Anbringen von absorbierenden Flächen im Raum kann man die Nachhallzeit verringern. Unter Berücksichtigung der verschiedenen Reflektionsbedingungen von Störschall und Nutzschall lässt sich ebenfalls durch absorbierende Flächen der Signal-Rauschabstand zwischen diesen verbessern. Es ist deshalb sinnvoll, Absorptionsmaterial im Klassenraum so anzubringen, dass der Störschall nach einem kurzen Weg auf eine absorbierende Fläche fällt und der Nutzschall an einer Fläche in der Nähe seiner Entstehung reflektiert wird.
Die Beurteilungsgrundlage für die Festlegung akustischer Anforderungen in Klassenräumen ist in der DIN 18041 festgelegt.
Vorgegebene Nachhallzeiten nach der DIN 18041
Die Raumakustiknorm DIN 18041 legt die akustischen Anforderungen und Planungsrichtlinien für die Auslegung von Räumen in Abhängigkeit von ihren Verwendungszweck fest. Die wichtigste akustische Größe für einen Raum ist die Nachhallzeit. Sie hängt für den zu planenden Raum neben dem Raumvolumen weiter von der vorgesehenen Nutzung ab. Für die drei markanten Nutzungen von Räumen „Musik“, „Sprache“, „Unterricht“ gibt es Berechnungsformeln. Diese lassen sich zur einfachen Handhabung in einem Diagramm in Abhängigkeit von Volumen darstellen. Im oben dargestellten Diagramm sind die genannten Zusammenhänge dargestellt. Aus diesem Diagramm kann für Unterrichtsräume verschiedener Größe die notwendige Nachhallzeit Tsoll abgelesen werden. Für Unterrichtsräume in unserer Schule mit einem Volumen von 150 m3 und 220 m3 lässt sich eine notwendige mittlere Nachhallzeit TSoll = 0,55 sec ermitteln.
Dieser Soll-Wert ist jedoch über den gesamten sprachrelevanten Frequenzbereich von 100 Hz bis 5.000 Hz mit einer Toleranz von ca. ± 20% einzuhalten.

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