Akustische Begriffe: Was ist Schall?

Schallempfindung, -entstehung und -ausbreitung

Was ist Schall? Physikalisch handelt es sich um Schwingungen einer Luftmasse (Luftschall) oder einer Flüssigkeit (Unterwasserschall). Die Schwingungsanregung erfolgt typischerweise durch Vibrationen eines Körpers. Die individuelle Schallerfahrung ist eng an das eigene Hörempfinden geknüpft. Sie umfasst Kommunikation, unterschiedliche Tonhöhen, Musik, Geräusche, Lärm und geht darüber hinaus: Wir können sogar „hören“, ob wir uns in einem Raum oder im Freien befinden. Tiefere Frequenzen werden manchmal „körperlich“ durch Resonanzen im Bauchraum wahrgenommen wie beispielsweise bei einem Orgelkonzert.

Die Beschreibung der menschlichen Wahrnehmung akustischer Umgebungen wird als „Soundscape“ bezeichnet.
Im Freien werden Punktschallquellen, linienförmige Schallquellen (z.B. Straßenverkehrslärm) und Flächenschallquellen unterschieden.
Bau- und raumakustische Eigenschaften sind ein wichtiger Bestandteil der Gestaltung von Räumen.

Es ist möglich, an der Wahrnehmung der akustischen Umgebung zu erkennen, ob gerade Sommer oder Winter ist, zum Beispiel durch Straßenverkehrsgeräusche (im Sommer: Musik durch Autoradios, höherer Motorradanteil) oder durch die Fauna (Vogelgezwitscher im Sommer). Die Beschreibung der menschlichen Wahrnehmung akustischer Umgebungen wird als „Soundscape“ bezeichnet und kann beispielsweise in Einkaufszentren von Bedeutung sein. Daher sind bau- und raumakustische Eigenschaften ein wichtiger Bestandteil der Gestaltung von Räumen.

Schallempfindung
Die Schallempfindung wird durch die Audiologie beschrieben. Hierbei handelt es sich um ein wissenschaftliches Arbeitsfeld, in dem Physik, Medizin, Biologie und Ingenieurwissenschaften interdisziplinär zusammenarbeiten. Da bei der Planung und Errichtung baulicher Anlagen das Wohl des Menschen im Vordergrund steht, wird die auditive Wahrnehmung des menschlichen Ohrs in der Bau- und Raumakustik berücksichtigt.

Lautstärke-Empfinden ist individuell verschieden
Zur Beschreibung der Schallempfindung wird oft der Begriff „Lautstärke“ verwendet. Hierbei handelt es sich nicht um eine physikalisch messbare Größe: Um herauszufinden, ob es „laut“ ist, müssen Personen befragt werden. Die Antworten werden meist sehr unterschiedlich ausfallen. Das Lautstärkeempfinden kann daher nur durch Befragung einer ausreichend signifikanten Probandengruppe in einem geeigneten Hörversuch beschrieben werden. In der Probandengruppe müssen alle Alters- und Berufsgruppen repräsentativ vertreten sein. Da das Hörempfinden auch generationsabhängig ist und Änderungen unterliegt (Kriegsgeneration, lärmreiche 1950er-Jahre, 70er-Jahre-Rockkonzerte, 80er-Jahre-Diskotheken, 90er-Jahre-Kopfhörer usw.) werden Erhebungen zum menschlichen Hörvermögen in regelmäßigen Intervallen wiederholt.

Von großer Bedeutung in der Bauakustik ist die Frequenzabhängigkeit des menschlichen Ohres: Wenn das Gehör bei bestimmten Frequenzen weniger lautstärkeempfindlich ist, können in diesen Frequenzbereichen höhere Schallanteile toleriert werden. Beispielsweise empfinden Versuchspersonen einen Ton mit einem Schalldruckpegel von 60 dB und einer Frequenz von 1.000 Hz und einen Ton mit einem Schalldruckpegel von 75 dB und 125 Hz als gleich laut. Dieser Zusammenhang wird durch Frequenzbewertungen berücksichtigt, die beispielsweise im Schallimmissionsschutz angewendet werden.

Schallentstehung und Schallausbreitung
Zur Schallerzeugung muss die umgebende Luftmasse in Schwingungen versetzt werden. Hierbei kommt es zu periodischen Luftverdichtungen („Schalldruck“), die sich als Schallwellen räumlich ausbreiten. Zu beachten ist, dass durch die Wellenausbreitung nur Energie übertragen wird. Die jeweils durch den Schalldruck angeregte Luftmasse schwingt um ihre Ausgangslage hin und her, sie bewegt sich selbst nicht fort. Auch im Umfeld leistungsstarker Lautsprecher entsteht daher keine Luftströmung, die als Zugluft wahrnehmbar wäre.

Bei technischen Geräten wird die zur Schallerzeugung je Zeiteinheit eingesetzte Energie als Schallleistung angegeben, beispielsweise nach der „Geräte- und Maschinenlärmschutzverordnung“. Die Schallleistung kennzeichnet die Schallentstehung. Sie hängt ausschließlich von den Eigenschaften der Geräuschquelle ab und ist von ihrer Entfernung unabhängig.

Schallquellen: Punkt, Linie oder Fläche
Die Entfernung wird bei der Beurteilung der Schallausbreitung berücksichtigt. Im Freien werden in Abhängigkeit von der Art der Geräuschquelle, ihren Abmessungen und ihrem Abstand Punktschallquellen, linienförmige Schallquellen (z.B. Straßenverkehrslärm) und Flächenschallquellen unterschieden. Für die Schallabstrahlung werden vereinfachend kugel- bzw. halbkugelförmig oder zylindrisch geformte Schalldruckfelder als Modell angenommen. Die Schallausbreitung wird im Freien durch die Abnahme mit der Entfernung, durch Beugung an Hindernissen und Reflexionen beeinflusst.

Luftschall und Körperschall
In Gebäuden kann sich der Schall infolge der Dämmung der vorhandenen Bauteile nicht frei ausbreiten. Er entsteht durch eine Vielzahl von verhaltensbedingten Tätigkeiten, beispielsweise das Abstellen eines Zahnputzbechers, das Schließen einer Schublade oder durch Rufe, Lachen und Gespräche und breitet sich in der Baukonstruktion aus. Bei der Schallentstehung und Schallausbreitung werden in der Bauakustik daher Luftschall und Körperschall unterschieden.

Die genannten Geräuschbeispiele können durch Rücksichtnahme leicht vermieden oder reduziert werden. Grundsätzlich sind Lärmvermeidung und Lärmminderung wirkungsvoller als erhöhte Dämmung. So ist es beispielsweise effizienter, das Zuschlaggeräusch einer Schublade durch geeignete Dämpfer zu reduzieren, als die Masse der Trennwand zu erhöhen.

Luftschall entsteht durch Schwingungen der Luft – beispielsweise bei Sprachkommunikation. Körperschall breitet sich durch Schwingungen in Bauteilen aus, wie beim Einschlagen eines Nagels in eine Wand. Körperschall wird auch als Luftschall abgestrahlt, etwa bei Trittgeräuschen auf einer Wohnungstrenndecke („Trittschall“). Luftschall kann als Körperschall in Decken oder Wänden übertragen und an anderer Stelle als Luftschall abgestrahlt werden, wie beispielsweise elektronische Musik aus einer entfernten Nachbarwohnung. Man spricht hier von Schalllängsleitung über die flankierenden Bauteile. Insbesondere Geräusche mit tiefen Frequenzen breiten sich durch Schalllängsleitung im Tragwerk gut aus und sind schwierig zu dämmen. Bei der Beurteilung der Schalldämmung wird unterschieden zwischen der „Direktschalldämmung“ eines Trennbauteils und der „Flankendämmung“ in den Anschlussbereichen des Trennbauteils.

Autor: Prof. Dr.-Ing. Birger Gigla, Lübeck

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