Transcript Schallabsorption

Bauphysik
8. Gebäude im Schallfeld
E.K. Tschegg,
Labor für Materialwissenschaften E206-4, TU Wien
SS
8. DAS GEBÄUDE IM SCHALLFELD
Wirkungsvoller Schallschutz bedeutet  im Freien erzeugte Geräusche

Hausinnern abzuschirmen (Schallausbreitung im Freien)

große Halle ein geeignetes"akustisches" Klima aufzubauen (Raumakustik)
Räumen entstehende Geräusche mit stark verminderter Lautstärke in

Nebenräumen eindringen zu lassen (Bauakustik).
Zu laut empfundene Lärmbelastung einzudämmen  zwei physikalische
Effekte der Wellenausbreitung ausgenützt werden:
- Lärmdämmung durch Reflexion (Schalldämmung)
- Lärmdämpfung durch Absorption (Schallabsorption)
Schalldämmung und Schallabsorption sind klar voneinander zu trennen.
A) Durch Reflexion  Schallenergie nicht in eine andere Energieform überführt.
B) Dämpfung  Schallenergie im wesentlichen in Wärme umgewandelt.
Eine Wand kann demnach z.B. gut schalldämmend sein, gleichzeitig aber eine geringe
Schallabsorption (Dämpfung) besitzen.
SCHALLDÄMMUNG
Lärmdämmung (durch Reflexion)
Bauakustik
 Lärmdämpfung (Schallabsorption)
Vier Grundprinzipien für Schallschutz-Maßnahmen im Bauwesen:
a) Luftschalldämmung: Der Schall wird durch schwere und dichte
Baustoffe daran gehindert, sich von einem Raum in den anderen
auszubreiten (  Reflexion der Luft-Schallwellen)
b) Luftschalldämpfung (Schallabsorption): In besonderen
"Schallschluckstoffen“ oder "Mitschwingern" wird versucht, Schallenergie
in Wärme zu überführen.
c) Körperschalldämmung: Unterbrechung der Schallausbreitung in festen
Körpern, z.B. durch Zwischenschalten von Luftschichten oder elastischen
Baustoffen.
d) Körperschalldämpfung: Minderung der Schallausbreitung und der
Wiederabstrahlung, z.B. durch Sandfüllung (-» Umwandlung der
Schallenergie in Wärme).
Schallausbreitung
Im Freien: Ausbreitung der Schallwellen  durch schalldämpfende Effekte
(Absorption durch Luft, Feuchtigkeit, Nebel oder Bodenbewachsung)
Durch schalldämmende Hindernisse (ein Teil der Schallwellen
wird zurückreflektiert)
Die zusätzlichen Dämpfungseffekte
ergeben eine frequenzabhängige
Schallpegelabnahme
Frequenzeinfluss
Natürliche oder künstliche Hindernisse
Verbindungslinie Schallquelle-Beobachter  wirksamen Höhe h,
 Abstand Quelle-Hindernis abhängig.
Schallpegelabnahme 
sog. charakteristische Frequenz fl rechnerisch ermitteln
c Schallgeschwindigkeit [ms-1  (Diese Formel
gilt für a > h und b >> h und ein unendlich
langes Hindernis)
Hindernis hervorgerufene Pegelminderung wird von der horizontalen
Ausbreitung des Hindernisses beeinflusst.
Öffnungswinkel  des Hindernisses  steigt maximale Pegelminderung.
Punktquellen E  Länge der Schallschutzwand vermindert werden
 nahe an die Schallquelle
 Linienquellen wächst die Wirkung der Abschirmung nur mit
zunehmender Nähe zum Schallempfänger.
8.2 Raumakustik
Akustisches Klima eines Raumes  das Reflexions- bzw. Absorptionsverhalten
seiner Begrenzungsflächen
Reflexion der Schallwellen (vgl. geometrische Optik):
Linienquelle
paralleler Einfall
Punktquellen
Ebene Fläche
Konvexe Fläche
Konkave Fläche
Die gesamte äquivalente Schallabsorptionsfläche AS eines Raumes
ist als Summe der Produkte (Flächen Ai x Absorptionsgrad i ) definiert:

A
1 1
A2  2
= AS/Ai

mittl
= AS / Atot
Fläche der Wand = Ai
Schallabsorptionsgrad
mittlerer Schallabsorptionsgrad
Schallabsorptionsgrade
von Wandoberflächen
und ungefähre
äquivalente
Schallabsorptionsflächen
für Bestuhlung und
Personen bei den
Oktavfrequenzen
des bauakustischen
Frequenzbereiches
Anhall
Nachhall
Einschalten einer Schallquelle  steigt die
Schallenergiedichte in einem Raum nicht
proportional zur Erregung in der
Quelle an,  es pegelt sich
allmählich ein stationärer Zustand zwischen Schallausstrahlung
und Schallabsorption ein ( Anhall).
Schallquelle ausgeschaltet,  verschwindet
der Schallpegel nicht plötzlich  Schall
klingt vielmehr infolge der Laufzeit
vielfacher Reflexionen allmählich ab (
Nachhall) .
Zusammenhang  Nachhallzeit T, gesamte
äquivalente Schallabsorptionsfläche AS und
dem Raumvolumen  erstmals von Sabine
experimentell erfasst:
Nachhallzeit
s
Schallpegel nach Abschalten der Schallemission
um 60 dB abgeklungen ist = Nachhallzeit
Die Nachhallzeit T ( , V,
As) ist diejenige Zeit
[sec], in welcher der
Schallpegel nach
Abschalten der
Schallemission um 60 dB
abgeklungen ist
(Reduktion der
Schallenergiedichte auf
den 10 ten Teil).
Mit der Nachhallzeitverkürzung T0  T1
ist ebenfalls eine Reduktion des
Schallpegels verbunden:
Die Raumakustik lässt sich durch folgende Elemente regulieren;
- Reflektoren (Verstärkung des "Direktschalles")
- Diffusoren (streuende Reflexion  diffuses Schallfeld)
- Absorber (Absorption des Schalls in porösen Baustoffen)
- Resonanzabsorber (Absorption durch schwingungsfähiges Resonanzsystem)
Absorber: Die Wirkung eines porösen Absorbers  bestimmte Wellenlänge
das zugehörige Schnellemaximum in die Schicht hineinzuliegen
kommt.
Die Schichtstärke d  ein Viertel der Wellenlänge  betragen.
Schallabsorption von Holzwolleplatten
Holzwolleplatten (50mm),
verschiedenen Hängehöhen
(0,50,100 und 200 mm)
Holzplatte (25 mm),
mit und ohne Mineralwolle - Hinterlüftung (70N/m3, 50 mm)
"Masse-Feder-Schwingungssystem"  Resonanz-Absorber in der Nähe ihrer
Resonanzfrequenz eine ausgeprägte Schallabsorption.
Schallschluckung tritt bei Platten nur  schmalbandig, tiefen Frequenzen auf.
Beide Absorptionseffekte kombinieren  tieffrequenten Resonanzmaximum, das
breite, höherfrequente Absorptionsband porösen Schallabsorbers mit Wandabstand überlagert wird.
Übersicht: Hoch- und
tieffrequente Absorber
8.3. Luftschallübertragung
Prinzipiell  direkte Übertragung durch die Trennwand/Decke (R(f))
 indirekte Übertragung über Nebenwege vorliegen (im Gebäude).(R1(f))
Sind P1 resp. P2 die Schallleistung zu beiden Seiten eines Bauelementes, so wird
das Verhältnis
als Schalldämmass R bezeichnet. Mit Hilfe der mittleren Schallpegel L1, und L2
des Sende- rsp. Empfangsraumes lässt sich das Schalldämmass wie folgt ausdrücken:
L1
Achtung
R = R(f)
L2
Schallpegeldifferenz
gemeinsame Fläche des Bauelementes zwischen Sende- und Empfangsraum
äquivalente Schallabsorptionsfläche Empfangsraum
Trennelement vollständig zu beschreiben,  experimentell der frequenzabhängige Verlauf der Schalldämmkurve R(f) bestimmen.
Praxis unhandlich  durch Bewertung der gemessenen Schalldämmkurve R(f)
mit einer standardisierten Normkurve N1 auf eine charakteristische Zahl,
den Luftschall-Isolationsindex Ia, reduziert.
Die Luftschalldämmung ist nun
umso besser, je grösser der Index Ia
Andere Luftschallkenngrössen:
mittleres Schalldämmaß
Luftschallschutzmaß
bewertetes Schalldämmass
mittleres Schalldämmass
R(f)
Schalldämmass (im Labor, ohne Nebenwegübertragung)
R1(f) Schalldämmass (mit bauüblicher Nebenwegübertragung)
Einige Beispiele von Luftschallisolationsindizes Ia
Homogene Backsteinwand 15 cm, verputze
43 - 46 dB
Homogene Backsteinwand 18 cm, verputzt
47- 49 dB
Betonwand
15 cm
53 - 55 dB
Mobile Trennwände
7 3 kg/m2
41 dB
Mobile Trennwände
18 kg/m2
28dB
Zweischalige Wände 2 x Gipsplatten
40 - 50 dB
Zweischalige Wände Backstein + Gipskarton 52 dB
Fenster: DV-Fenster
25 - 35 dB
Türen : Zimmertüre
15 - 25 dB
Doppeltüre
30 - 50 dB
8.3.1 Einschalige Bauteile
I) Plattenschwingung: sehr tiefe Frequenzen (meistens f < 100 Hz),
Biegeeigenschwingungen der Wand (freischwingende, freiliegende Platte)
II) Massegesetz: Eigenschwingungen der Wand
System einzelner Massen; wichtig ist hier die Masse pro Flächeneinheit
eine Verdoppelung des Gewichtes liefert eine Schalldämmung von 6 dB
III) Koinzidenzeffekt: (Spuranpassungseffekt) Biegesteifigkeit  wichtige Rolle, 
räumliche Resonanz
Einbruch wenig oberhalb der Grenzfrequenz (Koinzidenzfrequenz)  Spuranpassung
zwischen Biegewellen des Bauteils und auftreffender Schallwelle.
Schalldämmung einschalige Wände  umso besser, je
größer deren Flächengewicht .
Tiefe des Koinzidenzeinbruches  kleiner, je höher die innere Dämpfung des Wandmaterials
ist,  mit flacher werdendem Einfallswinkel der Schallwelle zu.
Grenzfrequenz f bei leichten Wänden  zwischen 300 Hz und einigen tausend Hz; schwere
Wände  tiefe Grenzfrequenzen von 50 Hz bis 300 Hz
Frequenzbereich I: Plattenschwingung
Frequenzbereich II: Massengesetz
Frequenzbereich III: Bereich der
Wellenkoinzidenzen
(Spuranpassung)
Zweischalige Wände
Einschaligen Wänden  gute Schalldämmung mit hohen Flächengewichten
Hohen Gewichte vermeiden  Doppelwände
Der Verlauf der Schalldämmkurve R(f) zweischaliger Wände zeigt vier
charakteristische Bereiche:
I) Massegesetz; tiefe Frequenzen, Massegesetz wie für eine gleich schwere
Einfachwand; Wandschalen schwingen im Takt  keine Verbesserung in
diesem Bereich gegenüber Einfachwand
II) Doppelwandresonanz: Masse-Feder-Masse-Schwingungssystem mit
Resonanzfrequenz, Dämmung im Vergleich zu Einfachwand sogar schlechter,
beide Wandschalen schwingen im "Gegentakt"
III) Mittlere Frequenzen: bedeutende Verbesserung gegenüber Einfachwand mit
gleichem Flächengewicht, theoretischer Anstieg ca. 18 dB/Oktave
IV) Dickenresonanzen: Einbrüche durch Ausbildung stehender Wellen im
Zwischenraum (Schalenabstand = Vielfaches von  /2).
Zweischalige Wände
Einschalige Wand
Stehende Wellen
Doppelwandresonanz
Resonanzfrequenz der beiden Schalen
Höhere Resonanzen bei
Isolationsgewinn bei zweischaligen
Konstruktionen
8.3.3 Zusammengesetzte Wandflächen
Ist eine Wand aus 2 Teilflächen A1, [m2 und A2 m2 mit den entsprechenden
Schalldämmwerten R [dB] rsp. R2 [dB] zusammengesetzt, so berechnet sich das
totale Schalldämmass der gesamten Wandfläche zu:
A
gesamte Wandfläche (A1 + A2)
A1, A2 Teilflächen der Wand
R1, R2 Luftschalldämmasse der Teilflächen
R
Resultierendes Schalldämmass
8. 4 Trittschallübertragung
Weg 1: Direkter –Übertragung
durch die Trenndecke
Weg 2: Nebenweg VertikalÜbertragung durch flankierende
Bauteile
Weg 3 + 4: Nebenwege HorizontalÜbergänge durch flankierende
Bauteile
Weg 5 + 6: Nebenwege DiagonalÜbertragung durch flankierende
Bauteile
Trittschalldämmenden Eigenschaften von Decken  genau definierte
Trittschallquelle einigen.
Anregung der Decke  normalisiertes Hammerwerk.
Empfangsraum  Schallpegel gemessen.
Messungen in Empfangsräumen mit unterschiedlichen
Absorptionseigenschaften  Normverhältnisse umgerechnet. Der
Normtrittschallpegel ist wie folgt definiert:
LN Normtrittschallpegel
LT gemessener Trittschallpegel
A0 Bezugs-Schallabsorptionsfläche (immer 10 m2)
AS2 äquivalente Schallabsorptionsfläche Empfangsraum
LN = L N(f)
Güte der Trittschallisolation einer Decke  einzige Zahl ausdrücken.
Im Gegensatz zum Luftschallisolationsindex: Ii, ist die Trittschallisolation umso
besser, je kleiner der Ii-Wert ist.
Siehe Schaubild:
TRITTSCHALLISOLATIONSINDEX Ii
Andere Trittschallkenngrösse:
Rohdecken
Stahlbetondecken
Rippendecken
Hohlkörperdecken usw.
Ausgenommen
Holzbalkendecken
Weiche Gehbeläge und
schwimmende Unterlagsböden 
gute Trittschallisolationen
Verschlechterung der
Schwimmende Unterlagsböden
Trittschalldämmung 
diverse Konstruktionen
Vorhandensein von
Körperschallbrücken zwischen
Massivdecke und Zementüberzug
Gehweiche Bodenbeläge
PVC mit
Schaumstoffunterlage
Teppich mit weichfedernder
Unterlage
Schallbrücken  Wandanschlüssen,
Deckendurchführungen von
Saniärleitungen  können einen
schwimmenden Unterlagsboden
kaputt machen.
Vorlesung für Materialwissenschaften I
SS 2008
Ort: Im Seminarraum 138 A (gelber Bereich, 7. Stock) Mi. und Do. 16:00 – 18:00 Uhr
Termine:
Erst Vorlesung
Letzte Vorlesung
Ersatztermine
Mittwoch
Mittwoch
Donnerstag
Mittwoch
Donnerstag
Mittwoch
Donnerstag
Mittwoch
Donnerstag
Mittwoch
Donnerstag
Donnerstag
30.4.2008
07.05.2008
08.05.2008 Keine Vorlesung
14.05.2008
15.05.2008
21.05.2008
22.05.2008 Feiertag
28.05.2008 (Dr. B. Holper)
29.05.2008 (Dr. B. Holper)
04.06.2008
05.06.2008
12.6.2008 Exkursion zum Flugzeugwerk