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Was Nachhall wirklich ist

Wallace C. Sabine umschrieb die Schallrückwürfe in einem Raum als „eine Vielzahl von Klangereignissen, die den gesamten Raum erfüllen und ummöglich auf ihre verschiedenen Reflexionen hin analysiert werden können“. (Sabine, Wallace C.: Reverberation; The American Architect, 1900 – Seite 9).

Ich mache bewusst einen Bogen darum, ‚reverberation‘ mit „Nachhall“ zu übersetzen. Denn gemeint ist im Kontext der Darstellungen das gesamte Widerhallen, das in einem Raum zustande kommt. Gemeint sind alle Formen von Schallrückwürfen, die sich in einem Raum ereignen.

Tatsächlicher Nachhall – also nicht das, was die Physik als Nachhall auffasst – umfasst klare und in einer solchen Weise „gerichtete“ Reflexionen an Flächen, dass sie ein mehr oder minder unverändertes Zweit- oder Vielfachsignal darstellen. Je nach deren zeitlicher Verzögerung wird das Ursprungssignal günstig verstärkt oder etwaig nachteilig überlagert. – Nachhall ist sozusagen „der kleine Bruder“ des Echos.

„Nachhall“ ist NICHT = Nachhall

Grob kann man sich drei Kategorien der Schallereignisse in einem Raum vor Augen führen. Eben jenen tastächlichen „Nachhall“, dann die Diffusion – und schließlich jenen Störschall, der in den Raumkanten entsteht.

Was man heutzutage als „Nachhallzeit“ misst, ist die Abklingdauer des GESAMTSCHALLEREIGNISSES in einem Raum. Als wiederum EIN Teil dieses Gesamtschallereignisses kann aber schon die Diffusion – das heißt die ungerichtete Reflexion von Schallenergie – nicht mehr dem Nachhall zugerechnet werden. Denn die Diffusion kodiert, trotz ihres Gehaltes an SchallENERGIE, keine klare SchallINFORMATION.

Besonders aber muss man nun die Raumkanten hervorheben. Denn nur auf den ersten Blick stellen die Rückwürfe von Schallenergie aus den Raumkanten und Raumecken heraus ebenfalls Diffusion dar.

Im Wesentlichen durch zwei Aspekte jedoch unterscheidet sich der Raumkanteneffekt von der Diffusion:

ERSTENS. Die Schallenergie wird von den Raumkanten nicht einfach gestreut reflektiert, sondern vielmehr wie in einem Trichter eingesammelt – und sogar nicht allein addiert, sondern potenziert, das heißt: exponentiell verstärkt.

Raumkante entstören…

ZWEITENS. In der Raumkante treten Effekte der Frequenzmodulation und der untypischen Rythmisierung auf, so dass eigenständige Klangmuster auftreten, die vom ursprünglichen Informationsgehalt des Schalls erheblich abweichen.

… und Raumkante zugleich nutzbar machen

ReFlx®-System: das Konzept, der Doppelreflektor in der Raumkante
das Konzept: der Doppelreflektor in der Raumkante

Nun tritt für die so genannt „kleinen“ Räume (das sind solche Räume mit einen Volumen bis 250 Kubikmetern) noch das zusätzliche Problem auf, dass der Einfluss der Raumkanten und -ecken umso dominanter auf den Gesamtschall einwirkt, je KLEINER der Raum ist. … so dass die so genannte „Nachhallzeit“ einen umso geringeren Aussagewert besitzt, je kleiner ein Raum ist.

Um sich diesen Zusammenhang einmal geometrisch vor Augen zu führen, bedarf es keinerlei komplexer mathematischer Berechnungen: Die Fähigkeit, Flächen und Volumina im rechtwinkligen Kubus zu berechnen reicht aus, um in Zahlenwerten zu veranschaulichen, wie das Verhältnis der Raumkantenstrecken zu den Flächen innerhalb eines Raumes immer ungünstiger wird, je kleiner der Raum ist.

Bereits im Jahre 1900, als Wallace C. Sabine jene heute so genannte „Sabine’sche Formel“ im The American Architect mittels seiner schlicht betitelten Publikation „Widerhall“ öffentlich gemacht hatte, hatte er zugleich auch seine Zweifel daran zum Ausdruck gebracht und gut begründet, ob diese Berechnungsmethode der Praxis hinreichend standhalten würde.

Es besteht kein Zweifel, dass Sabine auch Unheilvolles niedergeschrieben hat, das bis heute verheerend nachwirkt. So etwa, dass „die Wirksamkeit eines Absorbers unabhängig von seiner Position“ sei, wenn das Problem der Widerhall sei. Das stimmt nicht so ganz – und man weiß das heute auch. So ist seit Langem und umfassend bekannt, dass eine gleiche „Menge“ Absorber, in den Raumkanten positioniert, den Nachhall stärker senkt als an irgendeiner anderen Stelle im Raum. Oder man weiß längst, dass eine schwache Bedämpfung in den Raumkanten aber den Raum bereits spürbar entstört – was mit Absorption an beliebigen anderen Stellen im Raum nicht gelingt.

Aber bei der Bedämpfung gerade kleiner Räume findet das keine Berücksichtigung.

Absorption verschlingt die Obertöne

Andererseits hatte Wallace C. Sabine bereits in dieser Schrift – und dann in späteren Publikationen mit anderen Fakten untermauert wiederholt – darauf hingewiesen, dass und in wie starker Relation die Obertöne durch die Absorption in Mitleidenschaft gezogen wurden.

(Beitragsbild reproduktiv entnommen: Sabine, Wallace C.: Collected Papers on Acoustics; Forgotten Books 2012)

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Was ist Sprache?

Vor allem ist Sprache ein Missverständnis – wann immer Sprache gleichgesetzt wird mit Stimme. Sprache ist eine Form der Kodierung, die mit den Stimmlippen – und also mit Stimme und Tonhaftigkeit – nichts zu tun hat. Also… tatsächlich: gar nichts.

Mit dieser Ansicht oute ich mich möglicherweise als wenig weltgewandter Europäer: „Als Tonsprache wird eine Sprache definiert, in der jede Silbe eine distinktive Tonhöhe oder einen distinktiven Tonhöhenverlauf besitzt […].Sehr viele Sprachen der Erde, vielleicht sogar die Mehrzahl der Sprachen, sind Tonsprachen in diesem Sinne. Unter den europäischen Sprachen findet sich jedoch keine Tonsprache […].“ (Pétursson/Neppert: Elementarbuch der Phonetik; Helmut Buske Verlag 2002 – Seite 158)

Und so bleibe ich erst einmal in unserer Sprache.

Wenn bei Nocke zu lesen ist: „Die stärksten Frequenzanteile gesprochener Sprache liegen zwischen 300 Hz und 500 Hz“ , dann ist das, bezogen auf die Lautstärke, erst einmal korrekt (Chr. Nocke: Raumakustik im Alltag; Beuth Verlag 2019 – Seite 25):

die gemessenen spektralen Verteilungen der Lautheiten betreffen die Stimmsprache

‚Renz Solutions‘ hatte einmal in einer aus den Nuller-Jahren stammenden Publikation die Lautheiten der sprachlichen Äußerungen nach Frequenzen und nach Geschlechtern aufgeschlüsselt (siehe oben: Grafik). Man kann demnach eine besondere Lautheit der Sprache zwischen 200 und 630 Hz feststellen.

Das Problem jedoch ist, dass der Kodierungswert der Sprache in diesen Frequenzen kaum, nämlich sehr gering stattfindet. Indem ich mehrere Darstellungen zur frequenziellen Einordnung von Lauten zusammenführt habe (um möglichst viele Laute abbilden zu können), zeigt sich bereits ein etwas anderes Bild:

die Verteilung der Laute nach Frequenzen und durchschnittlichen Lautheiten

Wenn es nun bei Nocke auch heißt: „[…] der für die menschliche Sprach-Kommunikation wichtige Bereich von 200 Hz bis 2.000 Hz“ (Chr. Nocke: Raumakustik im Alltag; Beuth Verlag 2019 – Seite 25), dann fällt damit nicht nur gut die Hälfte der sprachlichen Kodierungen unter den Tisch, weil sie oberhalb von 2.000 Hz stattfinden – sondern insgesamt ist die bisherige Einordnung der Laute unvollständig bis fehlerhaft.

3 Beispiele mögen das verdeutlichen:

m und n: Beide Laute sind so genannt „stimmhafte“ Konsonanten – ebenso wie alle Vokale stimmhaft sind. Aber obwohl der Mund beim „m“ geschlossen, beim „n“ leicht geöffnet ist, unterscheiden sich beide Laute nicht voneinander, sondern gewinnen ihren Ausdruck erst im Zusammenhang mit einem Vokal. Egal, ob stimmhaft gesprochen oder geflüstert: Beide diese Konsonanten sind genau genommen bei 200 Hz fehlerhaft eingeordnet, da sie allein in den Obertönen kodieren.

beide ‚th: Das scharfe ‚th‘ (z. B. englisch ‚thumb‘ oder ‚theatre‘) ist korrekt bei den sehr hohen Frequenzen eingeordnet, weil es als Lispel-Laut ein Mittelding zwischen Zisch- und Rauschlaut ist. Das weiche ‚th‘ (z. B. englisch ‚the‘ oder ‚those‘) beinhaltet – vergleichbar „m“ oder „n“ – überhaupt keine Kodierung: Erst im Zusammenhang mit Vokalen wird eine Lautbarkeit daraus – die aber nicht über Stimme getragen wird, sondern ebenfalls in den Obertönen. Das weiche ‚th‘ gehört also ebenfalls nicht bei ca. 200 Hz eingeordnet.

alle Vokale – a, e, i, o, u: Nicht nur die Tatsache, dass man Vokale auch flüstern kann, deutet darauf hin, dass sie in der Stimme nicht kodieren. Sondern auch die Tatsache, dass bei gesperrtem Mund – bei fixiertem Unterkiefer kann die Mundhöhle nicht geformt und Modulation mit der Zunge nur eingeschränkt umgesetzt werden – die Vokale sämtlich nicht unterscheidbar sind. – Es wird deutlich, dass der Kodierungswert auch der sog. Vokale allein über den Mundraum, und somit in den Obertönen abgebildet wird.

So wird nicht nur klar, dass die gesamte sprachliche Kodierung von den Obertönen getragen wird – d. h. in den oberen Mittenfrequenzen und in den hohen Frequenzen stattfindet und stets energiearm ist…

Beispiel einer nachgerüsteten, vollflächig bedämpfenden Decke (Detail)

… sondern auch, dass die Phonetik in einigen Details einen verzerrten Blick auf Sprachbildung und Sprachlaute bietet.

WEIL nun aber die sprachliche Kodierung so essenziell abhängig ist von den oberen Mitten- und den hohen Frequenzen, deshalb sind vollflächig bedämpfende Decken auch stets nachteilig für die Kommunikation. Auch schon in durchschnittlich großen Kommunikationsräumen wie etwa Klassenräumen – und stets auch dann, wenn nicht für die Inklusion besonders stark bedämpft wird.

Vollflächig bedämpfende Decken jedoch werden in DIN 18041:2016-03 ausdrücklich empfohlen: „Da bei Räumen mit einem Volumen bis ca. 250 m3 keine Gefahr zur akustischen Überdämpfung besteht, kann hier eine vollflächig schallabsorbierende Decke in Kombination mit einer ebenfalls schallabsorbierenden Rückwand eingesetzt werden.“ (DIN 18041:2016-03; 5.4 – Positionierung akustisch wirksamer Flächen)

Folge dieser raumakustischen Alltäglichkeit ist… ?

… dass die Räume dumpf klingen und sowohl Sprache und auch Musik in den Höhen beschneiden und detailarm wiedergeben. Dem gesprochenen Wort fehlt die Plastizität. Aber aufgrund der Energiearmut auch die nötige Reichweite – schon in einem normalgroßen Klassen- oder Besprechungsraum.

Zugleich ist also die Klarheit von Sprache sehr gering – und das Verstehen davon abhängig, dass Hörende sich aus den Lautfragmenten Wörter und Sätze vervollständigen können. Zum einen leidet darunter die Konzentration, je weniger die Dekodierung unterbewusst und ohne Anstrengung abgearbeitet wird. Zum anderen erfordert das eine bereits hohe sprachliche Kompetenz in der gehörten Sprache – oder gelingt ohnehin nur noch bruchstückhaft, wenn gar der Hörsinn in der einen oder anderen Weise beeinträchtigt ist.

Schon etwa ab der Mitte solcher Räume (z. B. durchschnittlich großer Klassenräume, mit bis zu 250 m3 Raumvolumen) reicht der Direktschall bei Weitem nicht mehr aus, um für einen klaren sprachlichen Austausch überall im Raum mit der nötigen Reinheit und Transparenz vernommen werden zu können.

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Impulsmessungen decken Wirkung auf

Die Phasentreue von Räumen, die mit dem ReFlx®-System ausgestattet sind, sucht ihresgleichen. Darüber hinaus aber und insbesondere im Frequenzbereich von 1.250 Hz bis ca. 12.500 Hz liegt die Schallintensität auf einem einmalig hohen und ungewohnt gleichmäßigen Niveau. Das haben jüngste Impulsmessungen klar sichtbar gemacht – und bestätigen analytisch, was bisher als „subjektive Eindrücke“ im Raum gestanden hatte.

So genügt nun ein Blick auf die grafische Auswertung der Messdaten, um zu verstehen, weshalb die Klarheit von Sprache so einzigartig ist – nachdem ein Raum allein mit dem ReFlx®-System ausgestattet ist. Denn gerade die oberen Mittenfrequenzen und die hohen Frequenzen sind nun auf hohem Niveau gleichmäßig im Raum präsent. Gerade in diesem Frequenzbereich erzeugt das ReFlx®-System eine gleichmäßige zeitliche Ausbreitung bei höchster energetischer Präsenz – genau in dem Bereich, der für Sprache so wesentlich ist.

Und damit…

… bedient das ReFlx®-System DIN 18041…

an einem anderen Punkt, der viel wichtiger ist als der Nachhall. – Letzterer jedoch, den Nachhall, wird mit DIN 18041 in den Vordergrund gehoben:

Durch die Heranziehung des Nachhalls als unverzichtbarem Kriterium richtet die Norm den Fokus in der Raumakustik für Kommunikationsräume auf ein Kriterium, das tatsächlich höchstens zweitrangig ist.

Die Relevanz der hohen Frequenzen wird in der Norm zwar erwähnt – jedoch erst im rein „informativen“ Anhang F. Im regulativen Teil wird ein Bereich von 100 Hz – 4.000 Hz behandelt – und im Kapitel 3, „Begriffe“, gar der Eindruck erweckt, Sprache finde relevant nur in den Mittenquenzen statt:

„3.11 Soll-Nachhallzeit […] Anmerkung 3 zum Begriff: Die Soll-Nachhallzeit bezieht sich auf mittlere Frequenzen (500 Hz bzw. 1000 Hz)“ (DIN 18041:2016-03)

ReFlx® als Instrument der Gleichbehandlung

Von dem raumakustischen Charakter, den das ReFlx®-System realisiert, profitieren alle Personen in einem Kommunikationsraum in gleicher Weise.

In KiTas, Schulen, Weiterbildungseinrichtungen, Hochschulen oder Universitäten, in Unternehmen und Verwaltungen: Erziehende, Lehrkräfte oder Dozierende ebenso wie Kinder, Jugendliche oder Seminarteilnehmende lernen, diskutieren, erörtern ohne Stress.

– In allen Fällen aber sind auch Personen, die auf Hörgeräte angewiesen sind, ganzheitlich mit einbezogen. Ohne dass es elektroakustischer Zusatzausstattungen bedarf.

DAS ist INKLUSION.

Das ReFlx®-System realisiert eine extreme Klangreinheit in Innenräumen und greift CHANCENGLEICHHEIT nicht nur als Slogan auf. Sondern mit dem ReFlx®-System wird CHANCENGLEICHHEIT endlich vollumfänglich ernst genommen.

Für die Impulsmessungen ist der Raum mit Glide-Sweeps beschallt worden.

extreme Sprachklarheit: Verstärkung bei 1.250 Hz – oberhalb 17.500 Hz

Denn Sprache findet ausschließlich im energiearmen höheren Frequenzbereich statt. Selbst die so genannten „Stimmhaften“ – alle Vokale und einige der Konsonanten – erlangen ihren sprachlichen Kodierungswert allein im Mundraum. So gilt für die Vokale, dass Formung des Mundraumes den Buchstaben-Code abbildet, nicht die Stimmbildung in der Kehle!

Genau betrachtet ‚übervorteilt‘ die Reflexion an der Frontplatte des ReFlx®-Systems mittlere und höhere Schallanteile des Sprachsignals gegenüber tieferen Frequenzen – und hebt somit das Sprachsignal noch einmal deutlicher über die Grundgeräuschkulisse, als das umgekehrt durch rein absorbierende Maßnahmen je erlangt werden könnte.“ (Gerhard Ochsenfeld: Durch die Raumakustik muss ein Ruck gehen, BoD – 2022; Seite 492)

Die Impulsmessungen, die Dominik Sitter (Dipl.-Tonmeister, 83673 Bichl) in Raum 1002 der Gesamtschule Waltrop durchgeführt hat, decken deutlich auf und haben objektiv sichtbar gemacht, wie das funktioniert.

das ReFlx®-System harmonisiert die Frequenzen und verstärkt die höheren Frequenzen deutlich zugunsten der Sprachverständlichkeit
R 1002 der Gesamtschule Waltrop, mit ReFlx®-System

Harmonisierung der Frequenzanteile durch ReFlx®-System

Das ReFlx®-System erzeugt tatsächlich mit einer sehr hohen Unabhängigkeit von anderen räumlichen Faktoren einen hochauflösenden Klangraum genau in dem für Sprachkommunikation relevanten Frequenzbereich. So entsteht eine außerordentlich gute Sprachverständlichkeit – die mitten oder ganz hinten im Raum genauso gut ist wie ganz vorn.

Ich selbst nenne es lieber Sprachdeutlichkeit oder Sprachklarheit.

Der Vergleich der Wasserfall-Diagramme (zeitliche Verläufe) zeigt noch deutlicher, wie das ReFlx®-System wirkt – hier im Ausschnitt von ca. 900 Hz aufwärts ein bischen tiefer ins Detail, als obiges Schaubild zu Phasen und Schallintensitäten:

Das ReFlx®-System hebt die Schallintensität der Frequenzen zwischen ca. 1.250 Hz und 12.800 Hz massiv und außerordentlich gleichmäßig an.
Hebung der Frequenzen von ca. 1.250 – 12.500 Hz auf fast gleichmäßiges Niveau

Auf diese Weise werden sogar elektroakustische Unterstützungen für schwer Hörende überflüssig: Inklusion auch ganz ohne Elektroakustik – vorbehaltlos, vollumfänglich und selbstverständlich.

Allein mithilfe der individuellen Hörgeräte können Personen, die auf Hörgeräte angewiesen sind, sich vollumfänglich in einem mit dem ReFlx®-System ausgestatteten Raum kommunikativ beteiligen und somit im Wortsinn barrierefrei einbringen.

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Nachhall oder Raumkante?

Die Raumkante beeinflusst die Akustik eines Raumes umso stärker, je kleiner ein Raum ist. Nicht allein, aber insbesondere in den so genannt „kleinen“ Räumen (bis 250 m3) ist daher die Raumkante stets der Dominator unter den Störeinflüssen – und muss entsprechend berücksichtigt werden.

Bei akustischen Messungen hingegen werden – unter dem Oberbegriff des „Nachhalls“ und aus technischen Gründen – solche Störungen der Raumkanten und der wirkliche Nachhall als eine Einheit abgehandelt. Die so genannten „Nachhallzeiten“ bemessen tatsächlich das Abklingen des GESAMTSCHALLEREIGNISSES in einem Raum – und entwerfen somit ein Zerrbild von dem, was akustisch in einem Raum stattfindet.

Kurze „Nachhallzeiten“ gelten als DAS zentrale Kriterium, um für eine „gute Hörsamkeit“ in Räumen zu sorgen. Diese schlichte Regel wird bemerkenswert selten in Frage gestellt, während zugleich in der Akustikbranche seit Langem bekannt ist: „Eine kurze Nachhallzeit bedeutet noch lange nicht, dass in einem Raum auch eine gute Sprachverständlichkeit herrscht.“

Die Aufgabenstellung an die Forschung ist es also, die Akustik eines Raumes über andere Daten klarer zu beleuchten, als über die Nachhallzeit – und Analysemethoden zu entwickeln, die alltagstauglich sind, folglich einfach sind, mobil und nicht zu teuer, um sich ein klares Bild von den verschiedenen akustischen Antworten eines Raumes machen zu können.

Im „Prüfbericht mit Begutachtung“ der SG-Bauakustik (Institut für schalltechnische Produktoptimierung; Mülheim/Ruhr und Schornsheim) ist nicht nur die Rede von „ausgezeichneten STI-Beurteilungsergebnissen“ (Sprachverständlichkeitsindex). Sondern dort tauchen auch Messungen zum Ablenkungsabstand auf – einem Kriterium, mit dem man in Großraumbüros, nicht aber in Kommunikationsräumen arbeitet.

Da jedoch der Nachhall im geprüften Raum etwa doppelt so lang ist, wie DIN 18041 einfordert, die Klarheit von Sprache hingegen als EXTREM gut auffällt, kann der Nachhall keinen Hinweis anbieten, dass und weshalb man sich mithilfe des ReFlx®-Systems sprachlich so gut austauschen kann.

das ReFlx®-System in Raum 1002 der Gesamtschule Waltrop

Eine größere Klarheit bieten Impulsmessungen – auf die ich später noch kurz eingehen möchte. Die Berechnungen der Werte im Sprachverständlichkeitsindex (STI) nämlich beziehen die Nachhallzeiten mit ein und verschleiern somit die tatsächliche Klarheit der Sprache: Die STI-Werte stellen sich als schlechter dar, als sie sein müssten. 

Zunächst aber möchte ich auf den Ablenkungsabstand eingehen, der im Rahmen des Gutachtens mit erfasst worden ist.

Impulsmessungen offenbaren die Hebung der hohen Frequenzen durch ReFlx-System

Ablenkungsabstand fällt absurd aus dem Rahmen

Der ABLENKUNGSABSTAND soll beschreiben, ab welcher Distanz zwischen Sprachquelle und Hörort Sprache so klar erscheint, dass man unwillkürlich „abgelenkt“ wird. Tatsächlich beschreibt der Ablenkungsabstand jene räumlichen Distanz, ab der der STI-Wert unterhalb von 0,5 fällt. – Dieser Abstand beträgt für das ReFlx®-System im untersuchten Raum 49,6 m.

Diese Distanz macht stutzig und wirkt eher wie ein Falschergebnis. Denn die Luftdämpfung hätte der Klarheit des gesprochenen Wortes über diese Distanz längst den Garaus gemacht. – Die Impulsmessungen werden zeigen, weshalb dieser Wert plausibel ist: Frequenzen ab ca. 1.250 Hz aufwärts werden mithilfe des ReFlx®-Systems mit bis zu 18 dB verstärkt.

Berücksichtigt man auch noch, dass die STI-Werte gemäß Gutachten 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 geringer ausfallen, so wird deutlich, wie ausgewogen die Klarheit von Sprache im gesamten Raum durch den Einsatz des ReFlx®-Systems ist.

erst Impulsmessungen bringen Klarheit

Die Impulsmessungen zeigen sehr deutlich, wie ab ca. 1.250 Hz – und bis hinauf zu 12.500 Hz – die Schalldruckpegel verstärkt und auf ein recht gleichmäßiges Niveau gehoben werden (siehe Abbildung oben). Im Zusammenhang mit dem Gutachten zeigen die Impulsmessungen auf, weshalb es zu einer so hohen Klarheit von Sprache kommt – obgleich nach Maß und Auffassung von DIN 18041 die Sprachverständlichkeit höchstens mäßig, eher schlecht sein müsste aufgrund der langen Nachhallzeiten.

Schwächen in der Analyse

Da jedoch in Wahrheit gar nicht der eigentliche Nachhall gemessen wird, sondern undifferenziert das ABKLINGEN des GESAMTSCHALLEREIGNISSES im Raum, deshalb sind auch die Nachhallzeiten kein aussagekräftiges Kriterium – sondern lediglich eine ergänzende Information, die wiederum nur sehr unspezifische Hinweise bietet.

Dennoch erhebt die Norm das Kriterium des Nachhalls zum Kern der Betrachtungen: „Im Sinne dieser Norm ist die frequenzabhängige Betrachtung der Nachhallzeit zwingend erforderlich„, so DIN 18041:2016-03 auf Seite 12 (Unterordnung 4.2.3 – „Anforderungen an die Nachhallzeit“).

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.

Die Nachhallzeit wird durch die Entstörung der Raumkanten nur geringfügig gesenkt, während zugleich die Entstörung der Raumkanten den größten Einfluss nimmt auf die Klarheit von Raumklang. – Folglich bleibt auch die Aussagekraft der STI-Werte schwach und bietet sich, ähnlich den Nachhallzeiten, nur als ergänzende Information an.

Aber was istNachhall“?

Der Nachhall ist EIN Detail des Gesamtschallereignisses – das jedoch physikalisch bisher nicht explizit erfasst werden kann.

Nachhall im Kölner Wasserspeicher hebt die Obertöne

Ein sehr eindrucksvoller Nachhall hatte sich im unterirdisch angelegten Kölner Wasserspeicher „Severin“ gezeigt, als dieser 1984 zwecks Sanierungsarbeiten trockengelegt worden war. Die niedrige Deckenhöhe, die regelmäßigen Wandprofile und die eckigen Säulen (siehe obige Abbildung) lassen regelmäßige Rückwürfe zu – während im Gegensatz dazu etwa die runden Stützsäulen in Kirchenhallen zusätzlich für Diffusion sorgen.

R 1002 der Gesamtschule Waltrop mit dem ReFlx®-System

Die gegenwärtige Physik versucht nun bisweilen gern, den Effekt in den Raumkanten den so genannten „Raummoden“ zuzuordnen. Diese Phänomene sind zwar sehr wohl vorhanden – sind jedoch nicht identisch mit jenem störenden Einfluss der Raumkanten, sondern ein andersartiges und eigenständiges Phänomen, das auch anderen Gesetzmäßigkeiten unterworfen ist.

Das ReFlx®-System gleicht die Mängel und Unausgewogenheiten des Schalls im geschlossenen Raum aus: Das Störpotenzial der Raumkanten wird ausgeschaltet – und zugleich in ein und demselben System werden die oberen Mitten- und die hohen Frequenzen optimal verstärkt.

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vom Spracherwerb in KiTas

Ich hatte für lange Zeit mit aller Zurückhaltung respektiert, dass der Ruf in KiTas schlicht nach Absorption gang und gäbe sei: Die Bevorzugung vollflächig bedämpfender Decken erschien mir wegen des bloßen Lärm-Problems als zumindest naheliegend.

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!

Das ist an sich auch vollkommen logisch: Schallharte Flächen reflektieren Schall, verstärken ihn aber nicht. Raumkanten hingegen sind, vereinfachend dargestellt, wie „Trichter“… und reflektieren Schall nicht einfach, sondern potenzieren die Schallenergie.

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

Mit großem und teurem Aufwand wird über so genannt „vollflächig bedämpfende Decken“ viel Schallabsorption in einen Raum eingebracht – was die Nachhallzeiten senkt und bei durchschnittlichen Lautstärken mit einer real empfundenen Ruhe belohnt.

Aber Lärmspitzen werden dadurch weiterhin und wie zuvor auch verstärkt und der sprachliche Austausch wird pauschal und permanent gestört – weil das Störpotenzial der Raumkanten durch großflächige Flächenabsorber nicht bewältigt wird. – Die Raumkanten als Lärmquelle lassen sich auf einfache Weise, ohne jeden technischen Aufwand und unmittelbar vor Ort zielsicher lokalisieren.

Sprachverständlichkeit steht oder fällt mit Raumkante

Ein anderer Grund, weshalb ich zu dem Thema der Sprachverständlichkeit – über die Lärmentwicklung hinaus – in KiTas nicht mehr respektvoll schweigen kann, sind Neurobiologen und deren Erkenntnissprünge insbesondere seit den Nuller-Jahren unseres Jahrhunderts.

Die Titelabbildung geht auf James J. Heckman zurück, einen amerikanischen Ökonomen, der sich mit der Frage befasst hat, wann Investitionen in die Bildung die höchste Rendite abwerfen. Oder ich fasse Manfred Spitzer aus einem seiner Vorträge kurz: „Wenn Sie einen Euro in Bildung investieren wollen – wo tun Sie das? Im Kindergarten.“

Spitzer pocht immer wieder mit Nachdruck darauf, wie wichtig gerade der Spracherwerb gerade in KiTas ist: Kaum eine Phase ist wichtiger für die Sprachentwicklung der Kinder, als die der 3- bis 6-Jährigen. Und gerade in der Gegenwart, in der zunehmend Kinder mit Migrationshintergrund ihren Eintritt in die deutschsprachige Gesellschaft finden, ist diese Prägungsphase von enormer Bedeutung! … aber ist auch wichtig, um ganz allgemein sozialen Ungleichheiten am wirksamsten und früh entgegentreten zu können.

Maßgeblich und in erster Linie der Spracherwerb im Kindesalter entscheidet über die CHANCENGLEICHHEIT – weniger das Bildungsangebot in der Schulzeit, das vorbehaltlos allen Kindern in der gleichen Weise zur Verfügung stehen sollte.

Raumkante entscheidet über Chancengleichheit

Im gesellschaftlichen Durchschnitt – das ist ja längst kein Geheimnis mehr – zeigt sich, dass bereits früh Wege vorgezeichnet werden, Weichen gestellt und Türen durch missliche Umstände verschlossen bleiben – sich Chancengleichheit somit später nicht mehr bietet, wenn nicht bereits früh die Grundlagen für jedes Kind in der gleichen Weise zugänglich gemacht und aufgebaut worden sind.

Deshalb ist eine außerordentliche Klarheit von Sprache in den Räumlichkeiten von Kindertageseinrichtungen von so zentraler Wichtigkeit! – Das ReFlx®-System erschafft solche Klarheit von Raumklang, erschafft eine extreme Sprachdeutlichkeit, erbringt eine Sprachverständlichkeit der höchsten Qualität. 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 jedoch reagieren 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: Nicht zuletzt – wenn nicht gar maßgeblich – 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 sollte lediglich noch zusätzlich dazu beitragen, dass das Stahlblech auch wirklich keine Eigenscchwingung aufbaut. Der dünnen Spanplatte wiederum 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.

in der 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. – Voraussetzung, dass ein einziger Reflektor reicht, ist aber, dass hinter dem Reflektor die Schallabsorption poröser Materialien einbezogen wird. Andernfalls bedarf es eines zweiten, ebenfalls schallharten, innenliegenden Reflektors.

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

C-Cases bereits hoch effektiv

Erst nach Abschluss zahlreicher Versuche mit verschiedenen Materialien und in 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 mit den C-Cases ausgestattet – und habe die Entwicklung des ReFlx®-Systems bereits einfließen lassen:

Raum 116 der Städtischen Realschule Waltrop ist mit 27 C-Cases und 17 von mir so benannten „Brückenstücken“ ausgestattet. Diese „Brückenstücke“ haben keinen Resonanzkörper mehr, sondern hängen als reine Reflektoren (mit rückwärtiger Resonanzdämpfung und Absorption) jeweils zwischen zwei C-Cases. – Womit diese „Brückenstücke“ dem ReFlx®-System bereits voll entsprechen.

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

Diese Vorgehensweise konnte ich auch Kosten reduzierend an den Schulträger weiterreichen – und insgesamt das Konzept des ReFlx®-Systems in der praktischen Anwendung als korrekten Ansatz belegen.

Trotz Frontflächen von „nur“ 312 mm Höhe ist hier für die Raumakustik bereits der bedeutende Sprung nach vorn gelungen: Resultat ist auch 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

Selbstverständlich ist die objektive und analytische Betrachtung von Räumen wichtig – gerade, um technische Planungen zu optimieren. Aber ist das in der Raumakustik auch zielführend?

Denn gemessen wird zwar der so genannte Nachhall. Aber tatsächlich ist der gemessene Nachhall gar nicht der wirkliche Nachhall.

Sondern was man misst, ist das ABKLINGEN des GESAMTSCHALLEREIGNISSES in einem Raum.

Darüber hinaus ist der Nachhall auch nicht ausschlaggebend im Hinblick auf die Klarheit des Raumklanges, also auch die Klarheit von Sprachkommunikation oder die Transparenz und Ehrlichkeit musikalischer Ausdrücke.

Gern wird für Kommunikationsräume 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 (nicht nur in sog. „kleinen“ Räumen) sind die Raumkanten (zu denen geometrisch auch die Raumecken zu zählen sind). Selbst bei sehr niedrigem Nachhall können Raumkanten mithin gänzlich ungehindert ihr Störpotenzial entfalten – und somit einen unerträglichen Lärm verursachen, obwohl ein Raum stark bedämpft ist.

– Gerade Erziehende in KiTas können davon „ein Liedchen singen“, wenn es in den Ohren schrill prasselt oder klirrt, obwohl vollflächig bedämpfdende Decken doch auf den ersten Blick, auf das erste Hören Erleichterung erbracht hatten. –

Erst durch die Raumkanten wird aus einer lauten Kinderschar oder einer laut jubelnden Schulklasse eine bis zur Unerträglichkeit lärmende Gruppe.

ReFlx®: 2-in-1 Entstören + Sprache fördern

Sind hingegen die Raumkanten entstört, so beeinträchtigt ein stärkerer Nachhall die Hörsamkeit in einem Raum wenig – wird zumindest überwiegend sogar als angenehm empfunden, weil eine gewisse „Halligkeit“ auch eine angenehme „Weite“ des Raumes repräsentiert. – Zugleich aber, wenn Kinder oder Jugendliche laut werden, entsteht der überbordende Lärm erst gar nicht, weil das Kantenvolumen ausgeklammert bleibt und somit die hohe Schallenergie nicht mehr potenziert wird.

Dabei muss man berücksichtigen: Was als Raumantwort zurückbleibt, wenn die Raumkanten als Störzonen ausgeschaltet wurden, DAS ist dann auch „ECHTER“ Nachhall. Und der ist keine Störung, sondern eine Qualität, die man steuern kann.

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

Nun übernimmt das ReFlx®-System sogar mehr als nur eine Doppel-, sondern eine 3-fach-Funktion:

Zum einen wird den Raumkanten bereits durch Abschirmung viel des störenden Potenzials entzogen.

Zum anderen wird die störende Energie der Raumkante innerhalb der Raumkante selbst aufgelöst.

Und schließlich wird die Raumakustik dadurch verbessert, dass das Missverhältnis zwischen tieferen Frequenzen einerseits, den mittleren bis hohen Frequenzen andererseits ausgeglichen wird – durch die reflektierende Funktion des Systems, und zwar optimal genau aus den Raumkanten heraus und optimal genau im für Sprache und Musik (Stichwort: Obertöne) relevanten Frequenzbereich.

Das Missverhältnis zwischen den Frequenzen, das durch Absorption in Innenräumen entsteht, hatte bereits Wallace C. Sabine und schon vor über 100 Jahren bemerkt und umfangreich beschrieben. – Während Sabine nun das Problem grundsätzlich zwar erkannt hatte, so war es ihm aber noch nicht möglich, auch zu einer Lösung, ja nur zu einer eindeutigen Analyse zu gelangen…

Raum von den Kanten aus verstehen

Die tieferen Frequenzen zeigen sich weniger beeindruckt von den Reflektoren, während die oberen Mittenfrequenzen und die hohen 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 (siehe Abbildungen) als sog. Fichte-Dreischichtplatte Anwendung in Klassenräumen 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 sind. – Wie das möglich ist, das zeigen erst Impulsmessungen sehr anschaulich.

Darüber hinaus ist die Klarheit von Sprache an tatsächlich jedem Hörort in der Klasse gleich gut. Das belegen nicht nur die STI-Werte, sondern bestätigen auch die praktischen Erfahrungen im Unterricht, einschließlich der Inklusion Hörgeräte tragender Schüler…

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 ReFlx®-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.