Raumakustik Premium

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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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ReFlx®-System: one step beyond

Auf den ersten Blick nur „einen“ Schritt voraus, ist es in Schulungen oder im Unterricht DER entscheidende Schritt voraus – überall, wo Akustik nicht aufdringlich, aber klar präsent sein soll: das ReFlx®-System.

Insbesondere angesprochen sind mit dem ReFlx®-System also Kommunikationsräume – im weitesten Sinne. Denn von der originären Sprachkommunikation auf der einen Seite, musikalischen Ansprüchen in Instrument oder Gesang auf der anderen Seite, wird in der Folge auch die Mischnutzung bei Video- oder HiFi-Vorführungen optimal unterstützt.

Oder Foyers und Flure mögen laut und unangenehm klingen – aber die empfundene Weite nimmt (fast) ausnahmslos alle positiv ein. Wiederum in Vereinsräumen oder im Wohnzimmer: Hier möchte man miteinander sprechen, oder hier möchte man Musik genießen können.

Am Nachhall hängt in allen Fällen das gute Gefühl, sich nicht in einem beengten Raum zu befinden. Zugleich wäre ein sauberer, reiner und differenzierter Klang schon schön… wenn im Foyer ein kleiner Empfang stattfindet, wenn im eigenen Wohnzimmer die teure HiFi-Anlage „eigentlich“ keine Wünsche offen lässt – oder wenn in demselben Wohnzimmer der Freundeskreis im Gesprächsaustausch oder in Party-Laune nicht gerade leise ist.

Wie wird aus Raumakustik Premium?

Ob in Seminarräumen oder ob in der schulischen Bildung: Noch immer hängt alles an der sprachlichen Kommunikation. Der sprachliche Austausch von Mensch zu Mensch ist das Ein und Alles.

Damit aber hängt zugleich auch alles daran, dass Worte klar und rein vom Raum übertragen werden. Worte brauchen: die Klarheit von Raumklang. Und: Worte überzeugen, wenn sie selbstverständlich und ungezwungen ausgetauscht werden.

Dasselbe gilt für Musik: Gehen die Obertöne verloren, dann gehen auch die Instrumente oder Stimmen in ihrem komplexen Charakter verloren. Und das gilt bis hinunter zu den Bässen.

Das gelingt aber nur, wenn der Raum Klänge nicht in Chaos verwandelt und Sprache nicht beeinträchtigt – sondern im Gegenteil Klang gut und klar trägt. Das genau schafft das ReFlx®-System in ein und demselben Element:

Störung ausschalten UND Nutzsignale sinnvoll verstärken.

das ReFlx®-System als Klang-Booster

Nutzbar werden kann das aktuell einzige System – das ECHTE Kommunikationsräume ohne technischen Schnick-Schnack und dauerhaft + wartungsfrei erbringen kann – nur, wenn an den im Wortsinn entscheidenden Stellen bisherige Mängel auch anerkannt werden. Damit ziele ich auf die Raumkanten ab.

Bisherige Normen und Richtlinien folgen nämlich dem falschen Kriterium: dem Nachhall. Sowohl für die Norm (DIN 18041) als auch für die Arbeitschutzrichtlinie (ASR A3.7) gilt noch immer der Nachhall als DAS ausschlaggebende Kriterium.

ReFlx®-System: Dreischicht-Fichtenplatte, Frontfläche mit OSMO Dekorwachs deckend weiß lasiert
ReFlx® in Dreischicht-Fichte, Oberfläche des Frontreflektors deckend weiß lasiert

Über die Senkung der Nachhallzeit jedoch wird auch genau Sprache erdrückt und wird Musik überwiegend und auf kraftlose Bässe und dumpfe Mitten reduziert. Durch Absorption gehen die hohen, die für Sprache oder für transparente Musik allein ausschlaggebenden Frequenzen verloren.

Mit Absorption kehrt zwar Ruhe ein – und erscheint wie eine Erleichterung, wenn man zuvor unter Lärm gelitten hat. Aber ausgerechnet der sprachliche Austausch oder ausgerechnet der wirkliche Musikgenuss werden auf diese Weise massiv beeinträchtigt.

Klingt widersprüchlich?

Nur, weil man uns bisher darauf geeicht hat, zu glauben, kurze Nachhallzeiten seien förderlich für so etwas wie „gute Hörsamkeit“.

Das ReFlx®-System hingegen packt an jener Stelle zu, an der man wirklich etwas Relevantes bewirken kann.

Das ReFlx®-System schaltet sowohl die verheerendste Stör– und Lärmquelle in Räumen aus – die Raumkante – als auch verstärkt Obertöne und sprachliche Signale genau aus jenem Raumvolumen heraus, das man bisher schlicht verschwendet hat: das Kantenvolumen.

Das ReFlx®-System packt genau dort zu, wo es wirklich relevant ist: Wo Sprache tatsächlich stattfindet, oder wo musikalische Vielfalt und Transparenz wirklich stattfindet:

in den höheren Frequenzen.

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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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Nerven schonen…

Der nervenaufreibende „Lärm“ in Räumen entsteht in den Raumkanten – nicht zwischen den Begrenzungsflächen eines Raumes. Wegen des besonderen Störpotenzials der Raumkanten sind es also diese, auf die man zu allererst schauen muss.

… statt Absorption auf Teufel-komm‘-raus

Was in der Raumakustik als „Stand der Technik“ und was als „Stand der Wissenschaften“ gilt, wäre böswillig, wenn es nicht schlicht ein Irrtum wäre:

Es ist sachlich nicht richtig, dass ein kurzer Nachhall für die Klarheit von Raumklang und eine so genannt „gute Hörsamkeit“ sorge. Sondern der Nachhall ist ein subjektiv sehr unterschiedlich empfundenes Kriterium für so etwas wie akustischen Komfort.

Und über diesen Komfort hinaus: In der Musik prägt so etwas wie Nachhall maßgeblich Klangbild, Charakter und Ausdruck – ist also ein zentrales Gestaltungsmittel. Aber auch für die Musik gilt: Nicht der Nachhall wirkt sich störend oder zerstörend aus – sondern wiederum das besondere Störpotenzial der Raumkante.

Und allen Musikschaffenden muss es ein Graus sein, dass man pauschal für Musikräume mehr Nachhall als ideal proklamiert. Denn weil man den Raumkanten keine Beachtung schenkt, bedeutet „mehr Nachhall“ schlicht und ergreifend mehr Störschall.

das ReFlx-System  während der Montage
eine Variante des ReFlx®-Systems: Montage-Zwischenschritt zeigt das Trägerelement

Auch ist nicht richtig, dass die Senkung des Nachhalls für Klangqualität und Komfortgefühl sorgt. Sondern ein geringer Nachhall verschlingt die mittleren und höheren Frequenzen. Deshalb klingen Räume umso muffiger, dumpfer, beengter, je stärker sie bedämpft werden.

Das liegt wiederum maßgeblich daran, dass bisher Absorption IMMER auch für ein Missverhältnis zwischen den Schallenergien in den unterschiedlichen Frequenzen gesorgt hat. – Und ich sage „bisher“, weil es seit erst kurzer Zeit einen (ebenfalls schallharten) Absorber gibt, der all diese negativen Eigenschafen NICHT besitzt, obwohl er eindeutig ein „Absorber“ ist!

All das – bis auf diesen neuartigen Absorber – ist aber gar nicht neu. Sondern bereits seit Jahrzehnten ist bekannt, was die meisten in der Akustikbranche Tätigen auch gern, mit Amüsement und offen einräumen:

„Ist die Nachhallzeit kurz, dann ist die Sprachverständlichkeit noch lange nicht gut. … ist der Raumklang nicht zwangsläufig klar und rein.“

Auch die kritischen Betrachtungen, die Wallace C. Sabine schon vor über 100 Jahren gegenüber der Absorption beigetragen hatte, könnten für die Wissenschaft Ansporn genug sein, der Absorption eine deutlich verstärkte Aufmerksamkeit zu schenken.

Maßgeblich für die Klarheit oder Reinheit von Klang ist das Ausmaß der Bewältigung von Störeinflüssen der Raumkanten UND zugleich das Ausmaß des Ausgleichs von tatsächlicher Schallenergie in den unterschiedlichen Frequenzen. Es geht dabei um nicht weniger als die bloße Energie.

Schall erliegt in Abhängigkeit von den Frequenzen in unterschiedlichem Maße sowohl allein schon der Luftdämpfung, als auch der Absorption durch unterschiedliche Materialien und Körper (im weitesten Sinne: von anwesenden Personen bis zu Gegenständen aller Art oder auch baulichen Gegebenheiten). Dabei allerdings ist, von „Wellenlängen“ auszugehen, ein Irrweg und eine fehlerhafte Modellvorstellung.

entspanntes Sprechen und Hören schont die Nerven

Die Installation des ReFlx®-Systems bewirkt, dass ruhig gesprochen werden kann.

Die oberen Mittenfrequenzen und die hohen Frequenzen – die allein durch die Luftdämpfung ab ca. 4 Metern Entfernung zu originär Sprechenden bzw. zu einer Lautsprecherquelle bereits zu stark abgeschwächt sind – werden durch die Reflexion so deutlich verstärkt, dass in durchschnittlich großen und größeren Klassenräumen oder Besprechungsräumen das Verstehen von Sprache an JEDEM Hörort im Raum gleich gut gelingt.

Und umgekehrt kann von jedem beliebigen Ort in einem solchen Klassenraum oder Besprechungsraum ein Einwurf oder ein Beitrag geleistet und wiederum an jedem anderen Hörort im Raum einwandfrei verstanden werden.

gute Hörsamkeit = entspannte Atmosphäre

Das – nun auf eine Schulklasse bezogen – führt dazu, dass Lehrkräfte eine deutliche Entlastung verspüren… und entspannt unterrichten. Die Nerven von Lehrkräften zu schonen UND zugleich Schülerinnen und Schülern das Verstehen und die Teilnahme am sprachlichen Austausch zu erleichtern, führt „wie von selbst“ zu einer effektiveren Unterrichtung. – Und zu ECHTER Chancengleichheit für Kinder und Jugendliche.

Oder auf Unternehmen oder Verwaltungen bezogen, führt eine gute Raumakustik zu einer entspannten Atmosphäre bei Besprechungen, Verhandlungen, Seminaren…

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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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Raumakustik perfektionieren – mittels ReFlx®-System

Das eigentliche, das Kernproblem für die Raumakustik in kleinen bis mittelgroßen Räumen liegt zwar in den Raumkanten verborgen – lässt sich jedoch nicht allein mit Kantenabsorbern umfänglich bewältigen.

Das ReFlx®-System schlägt sozusagen „zwei Fliegen mit einer Klappe“. Heute nennt man das auch ‚two in one‘. Es erzielt in kleinen bis mittelgroßen Räumen (etwa Klassenräume oder durchschnittlich große Besprechungs- oder Seminarräume) eine außerordentliche Klarheit des Klanges und eine herausragende Sprachverständlichkeit.

Problemzone ‚Raumkante‘

Es ist ein Irrtum, dass – wie in der gängigen Norm (DIN 18041) festgestellt wird – ein geringer Nachhall erforderlich sei, um eine gute Sprachverständlichkeit zu erzielen.

Sondern erstens muss das störende Potenzial der Raumkanten ausgeschaltet werden. Dazu bedarf es nicht – wie bisher stets angenommen – der Absorption, sondern das Energiepotenzial in den Raumkanten kann mit schallharten Reflektoren bezwungen werden.

Zweitens macht man sich idealerweise wiederum das Kantenvolumen zunutze, um das Missverhältnis zwischen unterschiedlichen Frequenzen – das in Innenräumen mit zunehmender Absorption zwangsläufig entsteht – angemessen auszugleichen.

Wallace Clement Sabine – * 13.06.1868, † 10.01.1919

Man muss sich einmal vor Augen führen, dass Wallace C. Sabine – als echter Pionier in der Raumakustik – letztlich seine Arbeiten nicht hatte zu Ende bringen können: Ob Sabine an einer Nierenentzündung oder an den Folgen der Behandlung derselben verstorben ist, sei dahingestellt. Jedenfalls verstarb er im Alter von nur 50 Jahren nicht nur im Sinne der Forschung erheblich verfrüht.

Frequenzen unausgewogen

Auf dieses Missverhältnis – das Wallace C. Sabine umso mehr auffiel, je mehr Absorption er in einen Raum eintrug bzw. auch, je mehr Publikum in einem Saal zugegen war – hatte der amerikanische Physiker bereits vor über 100 Jahren hingewiesen und verständlich beschrieben!

Dazu im völligen Widerspruch beschränkt man sich darauf, die lückenhafte und extrem vereinfachende Grundformel, die Sabine schon in frühen Jahren formuliert hatte, noch heute in der Raumakustik anzuwenden, um damit die Notwendigkeit starker Absorption zu begründen.

Nur ein kurzes Beispiel aus Sabine’s Fachbeiträgen: „In den tiefen Tönen kommt der Einfluss des Publikums deutlicher zum Ausdruck. Zum Beispiel, wieder ein C1 64 gewählt, verringert der Einfluss des Publikums den ersten Oberton um rund 60 % in Relation zum Grundton, den zweiten Oberton um mehr als 75 %.“ (W. C. Sabine, Collected Papers on Acoustics; Forgotten Books – Seite 82)

•• erläuternder Einschub: „C1 64“ ist nach heutiger Einteilung C2, allerdings außerdem bei 65,4 Hz. W. C. Sabine legte den Grundton A jedoch auf der natürlichen Tonleiter bei 432 Hz zugrunde, während heute international der Grundton A auf 440 Hz festgelegt wird. So aber hat bei Sabine der heutig auch als „tiefes C“ bezeichnete Ton 64 Hz. ••

Solche Darstellungen kann man leicht auf den Zusammenhang zwischen Absorption und Sprachverständlichkeit übertragen – und die Konsequenzen in plausibler Übereinstimmung mit der Praxis in Kommunikationsräumen wiederfinden.

Zwar hatte W. C. Sabine in seiner ersten Publikation im Jahre 1900 im ‚American Architect‘ seine mathematischen Betrachtungen verhängnisvoll in die Welt gesetzt. Doch bereits 1906 hatte er begonnen, in weiteren Publikationen sehr klar darauf hinzuweisen, dass mit zunehmender Absorption die Obertöne immer stärker in Mitleidenschaft gezogen und somit ein wachsendes Missverhältnis der Frequenzen untereinander hervorgerufen wird. – Vereinfacht könnte man von ‚Dumpfheit‘ und Ausdruckslosigkeit sprechen, wenn umso mehr Details verloren gehen, je höher eine Frequenz ist und eine je stärkere Absorption den Raum beherrscht.

Dabei muss man sich aber auch bewusst machen, dass allein schon eine zunehmende Anzahl an Personen (Kinder oder Jugendliche in Klassenräumen; Teilnehmende an Besprechungen oder Seminaren; Publikum in Sälen oder Hallen) den Nachhall zwar bedeutsam bis stark senken, aber dabei das störende Potenzial der Raumkanten höchstens minimal, nämlich in der praktischen Relevanz überhaupt nicht berühren! – Und zwar deshalb, weil Personen in einem Raum allein in einem begrenzten Raumvolumen, nämlich eher nahe der Bodenebene den Schall absorbieren, d. h. den Nachhall vor allem in mittleren und höheren Frequenzen durch die allgemeine Absorption reduzieren.

Insbesondere in die oberen Raumkanten hinein jedoch gelangt der Schall ungemindert – und baut dort hohen Schalldruck auf, während zugleich aus den Raumkanten heraus kein geordneter Rückwurf stattfindet, wie das an offenen Wänden oder unter der Decke der Fall ist. Je nach Besetzungsdichte eines Raumes kann Publikum das Störpotenzial der unteren, den Boden berührenden Raumkanten schwächen oder ausschalten – niemals aber Einfluss nehmen auf die oberen Raumkanten.

Sabine – zu früh verstorben – hatte 1915 in einer Publikation darauf hingewiesen, dass die Analyse der einzelnen Reflexionen in einem Raum nicht gelinge: „Dieses Phänomen nennt man Nachhall, einschließlich des Echos als Spezialfall. Man muss jedoch beachten, dass ganz allgemein der Nachhall resultiert aus einer Vielzahl von Schallereignissen, die den ganzen Raum erfüllen – die sich der genauen Analyse der verschiedenen Reflexionen entziehen. Es ist schwer, sie im Einzelnen wiederzuerkennen und unmöglich, sie genau zu lokalisieren.“ (Sabine, W. C.: Collected Papers on Acoustics; Forgotten Books – Seite 220)

Und so war es Sabine nicht mehr gelungen, explizit die Raumkante als eigenständiges, akustische Störungen erzeugendes Raumvolumen zu entlarven und entsprechend gesondert zu berücksichtigen. Auch hatte Sabine den Begriff des Nachhalls somit pauschalierend etabliert für das Gesamtschallereignis in einem Raum.

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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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niedriger Nachhall vs. klaren Raumklang

Kurze Nachhallzeiten sind kein Garant für gute Sprachverständlichkeit. Das ist in der Akustikbranche auch (zumindest überwiegend und seit Langem) so bekannt – und bewusst.

Dennoch spricht DIN 18041 eine andere Sprache – und pocht auf umso kürzere Nachhallzeiten, je höher der Bedarf an „guter Hörsamkeit“ eingeschätzt wird.

Zudem setzt DIN 18041 den Nachhall als Kriterium fest: „Im Sinne dieser Norm ist die frequenzabhängige Betrachtung der Nachhallzeit zwingend erforderlich.“ (DIN 18041:2016-03; 4.2.3 – Anforderungen an die Nachhallzeit)

„normale“ Sprache trägt nur 4 Meter weit

Glaubt man dem Wortlaut der Norm, dann reicht der Direktschall der Sprache aus, um in Räumen bis ca. 10 m Tiefe für eine gute Sprachverständlichkeit zu sorgen. Und laut DIN 18041 können folglich Räume bis 250 Kubikmetern Raumvolumen nie zu stark bedämpft werden.

Deshalb wird ausdrücklich empfohlen, Absorption in durchschnittlich großen Klassenräumen möglichst vollflächig über absorbierende Decken, bei Inklusion auf jeden Fall zusätzlich über eine Schall absorbierende Rückwand einzubringen. (DIN 18041:2016-03; „4.2.3 – Anforderungen an die Nachhallzeit“ und „5.2 – Volumenkennzahl“)

Nun habe ich einen solchen Raum (mit vollflächig bedämpfender Decke gemäß DIN 18041, noch in der Fassung 05/2004) mit meinem ReFlx®-System zusätzlich ausgestattet bzw. nachgerüstet. Das Resultat ist ein ruhiger Raum – in dem jetzt (trotz einer gewissen „Dumpfheit“ des Klangs) eine extrem klare Sprachverständlichkeit herrscht. – So musste man die (zu) starke Deckenbedämpfung nicht demontieren und entsorgen, um für Chancengleichheit (schülerseitig) und den optimalen Arbeitsschutz (für Lehrkräfte) zu sorgen.

Raum 222 der Städt. Realschule Waltrop – mit ReFlx®-System nachgerüstet

Solche Ratschläge der Norm werden in der Publikation „Hörsamkeit in Räumen“ von 2018 (Chr. Nocke [Hrsg.]: Hörsamkeit in Räumen – Kommentar zu DIN 18041; Beuth, 2018) bereits einleitend sogar als gesetzlich verbindlich beschrieben. Eine Anmaßung sondergleichen – insbesondere, wenn man bedenkt, dass mindestens für die 2. Novelle der Norm (Ausgabe 2016) versucht worden war, den Einfluss der Raumkanten in die Norm aufzunehmen. Tatsächlich ist dieses Engagement erfolgreich abgewehrt worden: Einzig 1 x finden Raumkanten in der Norm eine eher verwirrende Erwähnung.

„Schallabsorber mit bevorzugter Wirksamkeit im tieffrequenten Bereich sind in Schallquellennähe, in Raumecken oder -kanten besonders wirksam“, so ist in DIN 18041:2016-03 zu lesen (Ordnungspunkt 5.4 – Positionierung akustisch wirksamer Flächen; Seite 19 der Norm). Das wird dem Sachverhalt nicht im geringsten gerecht, allein schon, weil die Anspielung auf tiefe Frequenzen die Sicht auf die Raumkante verzerrt darstellt.

Auch zwei andere Räume der Städt. Realschule Waltrop weisen eine extrem gute Sprachverständlichkeit dank ReFlx-System auf. Beide Räume sind komplett schallhart belassen worden und weisen einen Nachhall deutlich über der Norm auf – bieten aber dennoch eine Klarheit von Sprache, von der auch Personen in außerordentlichem Maße provitieren, deren Hörfähigkeit bereits deutlich beeinträchtigt ist, die also so genannt „schwerhörig“ sind. – Für Raum 122 ist ein Gutachten erstellt worden, das den deutlichen Nachhall ebenso objektiviert, wie die außerordentliche Sprachdeutlichkeit (STI-Werte). Die Sprachverständlichkeit ist „ausgezeichnet“ gut – und vor allem gleichmäßig im gesamten Raum präsent.

Raum 122 der Städt. Realschule Waltrop – mit dem ReFlx®-System ausgestattet

Was macht gute Sprachverständlichkeit aus?

Sprache trägt nur über eine Distanz von 3 bis 4 Metern wirklich gut und klar, nämlich mit hinreichender Energie – weil die höheren Frequenzen überproportional der Luftdämpfung erliegen. Bei größeren Distanzen leiden die höheren Frequenzen am stärksten – und damit genau jene Frequenzen, die Sprachkodierung tragen. Die Stimmhaftigkeit von Sprache ist ein Hilfsmittel, aber kein Charakteristikum für Sprache.

Fände nicht im Mundraum eine dezidierte Lautbildung statt, so könnten auch die Vokale – die so genannt „Stimmhaften“ – gar nicht voneinander unterschieden werden. Die Stimmlippen bringen allein das Fundament hervor, den Grundton der Stimme. Sie modulieren hingegen den sprachlichen Kodierungsinhalt in keiner Weise.

Nun geht aber ein geringer Nachhall zwangsläufig einher mit starker Absorption – insbesondere der mittleren und höheren Frequenzen, und damit genau der Sprachkodierung. Je schwächer der Nachhall, je kürzer die Nachhallzeiten, desto mehr leidet die Sprachverständlichkeit. Das ist genau das Gegenteil von dem, was die Norm – DIN 18041 – mit so genannter „Bedämpfung“ verspricht.

Bereits Wallace C. Sabine hatte – nicht nur einmal, aber bereits erstmalig in einer Publikation im Jahre 1906 – darauf hingewiesen, dass mit zunehmender Tonhöhe die Obertöne umso mehr in Mitleidenschaft gezogen wurden, je mehr Schall absorbierende Objekte oder Körper in einen Raum gebracht wurden. Seien das nun Stuhlpolsterungen oder Vorhänge gewesen, oder schließlich ein zahlreiches Publikum.