Schall + Raum

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Nachhall oder Raumkante?

Die Raumkante beeinflusst die Akustik eines Raumes durch Störungen stärker als der Nachhall. Bei Messungen hingegen fallen – aus technischen Gründen und bisher – solche Störungen der Raumkanten mit in den sog. Nachhall hinein. … und haben zu dem Missverständnis geführt, dass eine geringe Nachhallzeit auch für gute Sprachverständlichkeit sorge. So lautet es zumindest in der Norm (DIN 18041) – während in der Akustikbranche kein Geheimnis ist: „Ein kurze Nachhallzeit bedeutet noch lange keine gute Sprachverständlichkeit.“

Und also muss man versuchen, die Akustik eines Raumes über andere Daten zu beleuchten, als über die Nachhallzeit…

Im „Prüfbericht mit Begutachtung“ der SG-Bauakustik (Institut für schalltechnische Produktoptimierung; Mülheim/Ruhr) tauchen Messungen zum Ablenkungsabstand und zum Vertraulichkeitsabstand auf. Was hat es damit auf sich?

Zum einen wird der Vertraulichkeitsabstand innerhalb der Norm, DIN 3382-3, gar nicht mehr verwendet. Das aber ist dem Akustiker nicht anzuhängen: Mit Gültigkeit 2022-04 ist eine neue Fassung der Norm herausgebracht worden – jenem Monat, in dem SG-Bauakustik die Messungen vor Ort bereits vorgenommen hatte.

Zum anderen überprüft man mit solchen Messungen üblicherweise die gegenseitigen Störungen mehrerer Personen in einem Raum: in Großraumbüros. – In Kommunikationsräumen werden solche Kriterien eigentlich nicht erfasst.

Ablenkungsabstand

Der ABLENKUNGSABSTAND beschreibt, ab welchem physischen Abstand zu einer sprechenden Person diese so klar klingt, dass man unwillkürlich aus der eigenen Arbeit und Konzentration herausgerissen, nämlich man „abgelenkt“ wird. In Abständen oberhalb dieses Wertes liegen STI-Werte unterhalb von 0,5 vor. – Dieser Abstand beträgt für das ReFlx®-System im untersuchten Raum 49,6 m.

Vertraulichkeitsabstand

Der VERTRAULICHKEITSABSTAND ist jener Abstand zu anderen Personen, in dem auch Teile eines Sprachtextes noch gerade entschlüsselt werden können, also mehr sind als Geräuschkulisse. In diesem Abstand herrscht ein STI-Wert von nur noch 0,2. – Dieser Abstand wird für das ReFlx®-System und im untersuchten Raum mit 101,2 m beschrieben.

Beide Werte machen deutlich, wie extrem klar die für die Sprachverständigung relevanten Frequenzanteile im Gesamtschallereignis enthalten sind. Berücksichtigt man, dass die STI-Werte in der größten und in der kleinsten Distanz am höchsten sind (ca. 2,5 m und ca. 7,5 m), während die Werte in der mittleren Distanz von ca. 4 bis 6 m zumindest in analytischen Zahlenwerten tendenziell schlechter ausfallen, so wird deutlich, wie ausgewogen die Klarheit von Sprache im gesamten Raum durch das ReFlx®-System wird.

Beide Werte – Ablenkungsabstand und Vertraulichkeitsabstand – lassen bereits erahnen, dass etwas bei der Berechnung solcher Werte und Marken nicht ganz stimmig ist: Über diese großen Distanzen würde die Luftdämpfung nämlich längst ihr Übriges tun, ehe diese Abstände physisch erreicht wären.

Schwächen in der Analyse

Vergleichbar sieht es mit der Nachhallzeit aus. An niemanden aus der Akustikbranche erinnere ich mich, der mir nicht eingeräumt hätte, dass eine kurze Nachhallzeit keineswegs zugleich ein Parameter für gute Sprachverständlichkeit sei. Und das ist eher eine Selbstverständlichkeit, als ein Geheimnis in der Branche.

der Nachhall im Kölner Wasserspeicher beträgt 26 Sekunden
Repro (Ausschnitt) vom Innencover der LP „Vor der Flut“ (Publikation 1985): Der Kölner Wasserspeicher, hier nach Sanierung und bei beginnender Flutung.

Blieben also die STI-Werte (speech transmission index), um Sprachverständlichkeit transparenter zu machen. Misslicherweise fließt in die Berechnung der STI-Werte wiederum der Nachhall ein. Der Nachhall hingegen hat zwar etwas zu tun mit dem subjektiven Komfortempfinden, weniger mit der Klarheit von Klang und Sprache. – Wo hier also auch STI-Werte eine eingeschränkte Aussagekraft besitzen, da sollen nun Ablenkungsabstand und Vertraulichkeitsabstand etwas Klarheit in die Analyse bringen: Die Transparenz der Sprache – insbesondere in den mittleren und höheren Frequenzen.

Was ist denn „Nachhall“?

Der Nachhall an sich ist nicht dasselbe, was von Mikrofonen erfasst wird: Mikrofone finden ein Gesamtschallereignis vor, in das auch diffuse und chaotische Reflexionen aus dem Raum – eben jene aus den Raumkanten – mit einfließen. Der eigentliche „Nachhall“ jedoch sind geregelte Rückwürfe, die mehr oder minder klare Schallsignale abbilden (eindrücklichstes Beispiel: das so genannte Echo, das deutlich als Abbild des ursprünglichen Signals wiedererkannt werden kann).

Nachhall – im Gegensatz zum Echo – wiederum ist ein so frühes „Echo“, dass es nicht explizit als getrenntes Schallereignis wahrgenommen wird.

Diffusion führt zu einer starken Zerstreuung von Schallenergie, sodass diese kein Signal mehr darstellt – aber als unterschwelliges Klangvolumen wahrgenommen wird. Die im Kantenvolumen aufgestaute Energie kann eher der Diffusion zugeordnet werden, weil diese ebenfalls kein Signal mehr abbildet. Wiederum diese Energie aus den Raumkanten jedoch muss ausgeschaltet werden, weil die als sehr energiereiche Störung in den Raum geworfen wird.

Der gemessene Nachhall im Kölner Wasserspeicher: 26 sec.

Der lange Nachhall im 1984 zwecks Sanierungsarbeiten trocken gelegten Wasserspeicher etwa hatte wenig mit Diffusion zu tun, weil regelmäßige Wandprofile und eckige Säulen regelmäßige Rückwürfe zulassen – während etwa runde Stützsäulen in Kirchenhallen zusätzlich für Diffusion sorgen.

Die Raumkanten aber – auch wenn sich die Wissenschaft schwer tut, das anzuerkennen – erzeugt durch das konzentrierte „Einsammeln“ bloßer Energie für einen hohen Schalldruck, der allein als chaotisches Geräusch, als Störung, jedoch nicht mehr als „Signal“ in den Raum zurückgeworfen wird.

das ReFlx-System sorgt für außerordentliche Sprachverständlichkeit trotz längeren Nachhalls
Raum 1002 der Gesamtschule Waltrop – mit dem ReFlx®-System

Das ReFlx®-System behebt die Mängel und Unausgewogenheiten des Schalls in einem Raum: Das Störpotenzial der Raumkanten wird ausgeschaltet – und zugleich und mit ein und demselben Element werden die mittleren und höheren Frequenzen optimal unterstützt.

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vom Spracherwerb im KiTas

Ich hatte die längste Zeit mit aller Zurückhaltung respektiert, dass der Ruf in KiTas schlicht nach Absorption gang und gäbe sei: Die Bevorzugung vollflächig bedämpfender Decken ist nicht naheliegend, erschien mir aber zumindest verständlich.

Tatsächlich jedoch musste nicht nur ich selbst wiederholt vor Ort feststellen, sondern bekam auch in den verschiedensten Einrichtungen von Erzieherinnen immer wieder bestätigt, dass selbst mit sehr stark bedämpfenden Deckensystemen der Lärm in Betreuungsräumen nicht bewältigt ist. – Also muss in der Raumakustik ganz grundlegend etwas schief laufen…

ReFlx-System im OGS-Begtreuungsraum der Lindgren-2-Schule, Waltrop

Auch die stark bedämpfende Decke bewältigt die Verstärkung des Lärms durch die Raumkanten nicht. Das lässt sich auch recht einfach und unmittelbar vor Ort sogar zielsicher lokalisieren.

Sprachverständlichkeit steht oder fällt mit Raumkante

Ein anderer Grund, weshalb ich zu diesem Thema nicht mehr respektvoll schweigen kann, sind Neurobiologen. Ist etwa ein Manfred Spitzer, der nicht nachlässt, über Gehirnentwicklung und Lernprozesse aufzuklären.

Und so wird deutlich, wie wichtig die Sprachverständlichkeit gerade in KiTas ist: Kaum eine Phase ist wichtiger für die Sprachentwicklung und den Spracherwerb der Kinder, als die der 3- bis 6-Jährigen. Gerade in Zeiten, in denen zunehmend Kinder mit Migrationshintergrund ihren Eintritt in die deutschsprachige Gesellschaft finden, ist diese Prägungsphase von enormer Bedeutung!

Gerade für Kinder, bei denen zuhause weniger oder sogar überhaupt kein Deutsch gesprochen wird, hängt mit Eintritt in die Grundschule von dem bis dahin geleisteten Spracherwerb praktisch alles ab: Die sprachlichen Grundlagen entscheiden maßgeblich über die CHANCENGLEICHHEIT – weniger das für alle Kinder vorbehaltlos gleiche Bildungsangebot in der Schulzeit.

Raumkante entscheidet über Chancengleichheit

Deshalb ist eine außerordentliche Klarheit von Sprache in den Räumlichkeiten von Kindertageseinrichtungen von so zentraler Wichtigkeit! – Das ReFlx®-System allein kann solche Klarheit von Raumklang, kann diese hohe Sprachdeutlichkeit, kann eine Sprachverständlichkeit dieser hohen Qualität erbringen. Und, weil es eine grundlegende Neuentwicklung von 2020 ist, kann das zur Zeit ALLEIN das ReFlx®-System.

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gern komplett schallhart

Unter Fachleuten kostet es einige wenige kaum ein Schulterzucken. Andere aber reagieren irgendwo mit Erstaunen, gar mit brüsker Zurückweisung: Der negative Einfluss der Raumkanten auf die Raumakustik lässt sich auch schallhart ausschalten?

Einmal ganz abgesehen davon, dass man vielfach meinen Ansatz zwar höflich respektiert… als einen weiteren von bereits vielen vorhandenen Kantenabsorbern. – Aber man vertritt auch gern die Ansicht, ich bewertete für die Raumakustik den Einfluss der Raumkanten völlig über. Und SCHALLHART sei einem Raum schon gar nicht beizukommen.

Was auf den ersten Blick paradox klingen mag, erscheint nur deshalb widersprüchlich, weil man uns seit Jahrzehnten eingeschworen hat auf die (vermeintlich) positive Kraft der Absorption: vermittels und Kraft DIN 18041. – Das muss man erst einmal hinter sich lassen…

Um die „Hypothese“ zu überprüfen, hatte ich in 2020 diverse Versuche mit schallharten Materialien durchgeführt, u. a. mit Feinsteinzeugen (weil diese günstiger verfügbar sind als Glas, bei fast gleicher spezifischer Dichte).

Versuche mit verzinktem Stahlblech

Raumakustik schallhart optimieren

Für Versuche mit Stahl habe ich 1 mm dünnes, verzinktes Stahlblech auf nur 8 mm dünne, rohe Spanplatten geklebt und geschraubt. Die Klebung vermied, dass das Blech eventuell partiell Schwingung würde aufnehmen können. Und der dünnen Spanplatte nahm ich die Eigenresonanz, indem ich rückwärtig partiell „STEICO base“ in nur 20 mm Stärke aufleimte. – Weder habe ich hierbei einen zweiten, innen liegenden Reflektor, noch weiteres Absorbermaterial am Träger eingesetzt.

zur Versuchsanordnung: schwach gedämpfter Reflektor mit Frontseite aus Stahlblech

Resultat all dieser unterschiedlichen Versuche war, dass auch ein einzelner Reflektor den negativen Einfluss der Raumkanten bereits weitreichend unterdrückt.

Dabei muss man aber berücksichtigen, dass ich in dieser Anordnung nur die sich gegenüberliegenden Raumkanten mit den Reflektoren ausgestattet hatte, nicht hingegen die kürzeren Seiten, so dass insgesamt die Versuchsanordnung noch nicht einmal ideal war.

C-Cases praktisch gleich effektiv wie späteres ReFlx

Erst nach Abschluss zahlreicher Versuche mit verschiedenen Materialien und unterschiedlicher Anordnung von zusätzlichem innenliegendem Reflektor resp. zusätzlicher innenliegender Anordnung von Absorbermaterial (auf der Rückseite des Reflektors oder an der Trägerkomponente) und nach einem Versuchsaufbau mit prototypisch hergestellten C-Cases habe ich den ersten Klassenraum – noch mit den C-Cases als Vorstufe zum ReFlx®-System – ausgestattet: Raum 116 der Städtischen Realschule Waltrop.

R 116 der Städt. Realschule Waltrop, ausgestattet mit C-Cases

Zum Zeitpunkt der Ausstattung dieses Raumes mit den C-Cases und – kostensparend für den Schulträger – mit von mir so bezeichneten ‚C-Case-Brückenstücken‘ (die ohne hinterliegenden Trägerkorpus auskommen) war das Konzept des ReFlx®-Systems bereits entworfen und in Versuchsanordnungen erprobt. So war die Verwendung der Brückenstücke kein unwägbares Experiment: In den horizontalen Raumkanten ist jedes zweite Element nur ein Reflektor, der zu beiden Seiten von den C-Cases mitgetragen wird. (By the way: Den Kostenvorteil habe ich selbstverständlich an die Kommune durchgereicht.)

Trotz Frontflächen von „nur“ 312 mm Höhe ist hier für die Raumakustik bereits der bedeutende Sprung nach vorn gelungen: Resultat ist auch schon hier eine außerordentlich gute Sprachverständlichkeit. – Dennoch habe ich die Erfahrungen aus diesem Raum genutzt, um das ReFlx®-System weiter zu optimieren, ehe ich es in weiteren Räumen eingesetzt habe.

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Raumakustik ohne Messung optimieren

Die Frage nach der akustischen Messung in Kommunikationsräumen ist schon fast obligatorisch. Weshalb das nicht zum gewünschten Ziel führt:

Gemessen wird in der Regel der Nachhall. Nachhall jedoch ist ein Symptom, eine Sekundärerscheinung, dessen bzw. deren unterschiedlichen Ursprünge im Raum bisher durch Messverfahren nicht exakt auseinander gehalten bzw. nicht exakt lokalisiert werden können. Manchmal wird auch die Sprachverständlichkeit gemessen – deren Werte wiederum errechnet werden unter Einbeziehung des Nachhalls. Folglich besitzen auch die so genannten STI-Werte eine nur eingeschränkt objektive Aussagekraft.

Nachhall: weniger aussagekräftig als Fieber

Die tatsächlich problematischen Bereiche für die Raumakustik sind die Raumkanten (und insbesondere die Raumecken). Selbst bei sehr niedrigem Nachhall können Raumkanten mithin ungehindert ihr Störpotenzial entfalten. Erst so aber wird aus einer Schülerschar, die laut ist, eine lärmende Klasse. – Umgekehrt wiederum, sind die Raumkanten entstört, so beeinträchtigt ein stärkerer Nachhall die Hörsamkeit in einem Raum wenig, wird mithin gar nicht als störend empfunden, sondern als angenehme „Weite“ des Raumes.

umfängliche Ausstattung von Raumkanten und -ecken mit dem ReFlx-System

Und nun übernimmt das ReFlx®-System eine Doppelfunktion: Zum einen wird den Raumkanten bereits durch Abschirmung viel des störenden Potenzials entzogen. Zum anderen wird die störende Energie der Raumkante aufgelöst. – Zugleich aber wird die Raumakustik dadurch verbessert, dass das Missverhältnis zwischen tieferen Frequenzen einerseits, den mittleren bis höheren Frequenzen andererseits ausgeglichen wird durch die reflektierende Funktion des Systems.

Dieses Missverhältnis zwischen den Frequenzen hatte Wallace C. Sabine schon vor über 100 Jahren bemerkt und umfangreich beschrieben. – Während Sabine nun das Problem zwar erkannt hatte, fand er jedoch noch keinen Lösungsansatz, weil ihm die Möglichkeiten fehlten, die Ursachen klar zu analysieren.

Die tieferen Frequenzen zeigen sich (weitestgehend) unbeeindruckt von den Reflektoren, während mittlere und insbesondere höhere Frequenzen stark – und klar gerichtet – reflektiert werden. Das ReFlx®-System macht sich in erster Linie nützliche Erstreflexionen zunutze, nur untergeordnet auch die klärende Wirkung der Diffusion. Hierfür reicht bereits das relativ leichte Fichtenholz, das im abgebildeten Beispiel als sog. Fichte-Dreischichtplatte Anwendung in einem Klassenraum findet.

Messungen der STI-Werte (Sprachverständlichkeitsindex) durch einen unabhängigen Gutachter zeigen für einen Klassenraum sehr deutlich, dass die Sprachverständlichkeit nach Installation des ReFlx®-Systems „ausgezeichnet“ ist – obgleich diese Werte durch den noch relativ deutlichen Nachhall wiederum abgeschwächt werden. Darüber hinaus ist die Klarheit von Sprache an tatsächlich jedem Hörort in der Klasse gleich gut.

das ReFlx-System im selben Raum, an der Rückwand die Wärmeisolation von Heizungsrohren als zusätzliche Schalldämmung einbeziehend
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… und es klingt „irgendwie klarer“

… so die spontane Reaktion der beiden Pädagoginnen auf die Ausstattung ihres Klassenraumes mit dem ReFlx-System, als sie aus den Sommerferien zurückkehrten.

Als die Pädagoginnen ihren Klassenraum erstmalig betraten, um sich zum Ende der Ferien hin auf das neue Schuljahr vorzubereiten, war das Erste, was ihnen auffiel, dass der Raum weniger hallig war, als zuvor. „Wir sind erst einmal in drei, vier Nachbarklassen gegangen. Jeder Raum klingt ja etwas anders. Aber…

…eindeutig hat diese Klasse nun weniger Nachhall.“

R 1002 der Gesamtschule Waltrop – ausgestattet mit ReFlx-450|900|35°mx3

Wohl ein bisschen, als könne man den eigenen Ohren nicht mehr trauen, wollten die Pädagoginnen sich durch den Vergleich mit anderen Klassenräumen Gewissheit verschaffen, dass sie sich nicht täuschten. Mit meinem Video habe ich vergleichend festgehalten, was sogleich aufgefallen war, ohne dass bereits Unterrichtsbedingungen im Austausch mit den Schülerinnen und Schülern herrschten.

mit ReFlx-System: jede Hörposition im Raum gleich gut

Schon in diesem Video, also im unbesetzten Raum – und somit vergleichbar mit der Situation, die auch die Pädagoginnen nach den Ferien vorgefunden hatten – zeigt sich der Raum deutlich weniger hallig (immer noch oberhalb der Vorgaben einer DIN 18041, die jedoch wider anderslautende Behauptungen keine verbindliche Richtlinie darstellt). Ganz besonders wird deutlich, dass man in beliebige Richtungen gewandt sprechen kann, ohne dass die Klarheit der Sprache leidet.

ReFlx-System an der Tafelseite; mit Sonderlösung vor der WLAN-Sendeapparatur

Die Weiterentwicklung auf die 90 cm breite Ausführung hat sich im Rahmen der Montage bestens bewährt: In zwei Komponenten aufgeteilt, kann die Montage von einer einzelnen Person auf der Leiter gut bewältigt werden. Der Schritt von 60 cm auf 90 cm bringt einen entsprechend geringeren Gesamtaufwand mit sich: R 1002 der Gesamtschule Waltrop kommt mit nur 23 Elementen auf 9,3 Quadratmeter Reflektorfläche – die rein rechnerisch und sozusagen ’netto‘ 1,53 Kubikmeter Kantenvolumen abschirmen.

im Montageverlauf: rechts noch unverdeckte Trägerkomponenten des ReFlx-Systems

Nun soll der Schulbetrieb erst einmal geregelt starten. In einigen Wochen möchte ich dann erste Erfahrungen und Eindrücke einholen.

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auch für Zuhause: reiner Raumklang

Auch zuhause – ob für die Familie mit Kindern oder für HiFi-Enthusiasten – sorgt das FeFlx-System für sauberen Raumklang und weniger Lautheit oder Lärm.

Ob es nun das Mahlwerk Ihrer Kaffeemaschine ist oder ob es die Kinder sind, die aufgeregt und laut von der Schule erzählen… in Ihrer Küche oder auch im Esszimmer entsteht kein Lärm mehr. Ob es ihre Musik ist, die Sie in Ihrem Wohnzimmer oder im HiFi-Zimmer genießen möchten… wummernde Bässe sind von gestern und der extreme Klangreichtum wird Sie überraschen.

2 Zutaten für klaren Raumklang in 1 Element

Wo bisher laute Musik für den reinen Musikgenuss empfohlen wurde und Usus war, damit trotz all der Absorption über Bassfallen Ihre Bässe noch Kraft haben und die virtuos zelebrierte Gitarre oder Violine sich durchsetzen können: Das ReFlx-System entzieht den Raumkanten das störende Potenzial UND hebt zugleich die mittleren und höheren Frequenzen – ganz im Sinne jener Kritik, die schon Wallace C. Sabine für die Obertöne und für die höher frequenten Instrumente erhoben hatte. Das Missverhältnis zwischen den Frequenzen wird ausgeglichen. Eine bisher nicht gekannte Klangreinheit erwartet Sie bereits bei leiser Musik.

das ReFlx-System, hier in Wohnraum + Flurbereich: Auflösung von Störgeräuschen + klarer Raumklang

Nicht nur Besprechungsräume in Verwaltungen oder Unternehmen, und nicht nur für Klassenräume, sondern auch daheim gilt fortan:

Verdeckte Kante ist die neue klare Kante.