Akustische Gestaltung in Schulen

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1 Materials Science & Technology Akustische Gestaltung in Schulen Akustisches Kolloquium ETH Zürich 21. Mai 2008 Kurt Eggenschwiler Abteilung Akustik, Empa Dübendorf Inhalt Einleitung; Pädagogik und Akustik Akustische Anforderungen Räume der Schule Klassenzimmer Sporthalle Mensa Foyer/Gang Aula/Saal Ausblick

2 Folgen von Lärm und schlechter Akustik 1/3 Schlechtere Verständlichkeit der Sprache Spracherwerb behindert Verringerte Aufmerksamkeit / Konzentration Kurzzeit- /Arbeitsgedächtnis überlastet (Bsp. Irrelevant Sound Effect) Schlechtere kognitive Leistungsfähigkeit Lärm macht unsensibel und fördert Aggressione Soziales Klima schlechter Lernen behindert Folgen von Lärm und schlechter Akustik 2/3 Beeinträchtigung der Kindern stärker als bei Erwachsenen beim Sprachverstehen beim Erlernen der Muttersprache beim Erlernen von Fremdsprachen besonders bei Kindern mit Lernbehinderungen Gute Akustik erforderlich für Personen mit infektbedingten Hörschäden Hörbehinderte

3 Folgen von Lärm und schlechter Akustik 3/3 Wesentlicher Belastungsfaktor für Lehrpersonen (80% der Lehrkräfte klagen) Reden mit ständig erhobener Stimme Unlust, Ärger, Unzufriedenheit Häufigere Krankmeldungen, Probleme mit Hals, Kopfschmerzen Behinderung des Unterrichts (Ermahnen zu ruhigem Verhalten, ) Gute Akustik in Schulen: - Kein Luxus, sondern Notwendigkeit

4 Inhalt Einleitung; Pädagogik und Akustik Akustische Anforderungen Räume der Schule Klassenzimmer Sporthalle Mensa Foyer/Gang Aula/Saal Ausblick Grundsätzliche Anforderungen Keine Lärm von ausserhalb des Gebäudes vom Gebäudeinnern im Raum selber Sehr gute Sprachverständlichkeit kein Lärm wenig Hall natürlich Übertragung der Sprachlaute Gute Musikhörsamkeit

5 Grundsätzliche Anforderungen Keine Lärm von ausserhalb des Gebäudes vom Gebäudeinnern im Raum selber Sehr gute Sprachverständlichkeit kein Lärm wenig Hall natürlich Übertragung der Sprachlaute Gute Musikhörsamkeit Gute Sprachverständlichkeit Kein Lärm Kurzer Nachhall Keine Echos Keine Verzerrungen ( Beschallung) Unterstützung durch Raumgeometrie

6 Gute Sprachverständlichkeit Kein Lärm Kurzer Nachhall Keine Echos Unterstützung durch Raumgeometrie Gute Akustik in Schulen: - Kein Luxus, sondern Notwendigkeit

7 Bild: Carsten Ruhe Für 90% Silbenverständlichkeit benötigen: Störgeräusch: Normalhörende +5 db +15 db Personen mit Deutsch als Fremdsprache Schwerhörige -5 db

8 Gute Sprachverständlichkeit Kein Lärm Kurzer Nachhall Keine Echos Unterstützung durch Raumgeometrie Reflektogramm Pegel SPL (db) Odeon time (seconds rel. direct sound) 0 0.1s 0.2s s Zeit nach Direktschall

9 Gute Sprachverständlichkeit Kein Lärm Kurzer Nachhall Keine Echos Unterstützung durch Raumgeometrie Gute Raumform Freie Sichtlinie Frühe Schallreflexionen fördern Späte Schallreflexionen dämpfen Echos und Flatterechos vermeiden Richtige Anordnung von Absorbern.

10 Inhalt Einleitung; Pädagogik und Akustik Akustische Anforderungen Räume der Schule Klassenzimmer Sporthalle Mensa Foyer/Gang Aula/Saal Ausblick

11 Klassenzimmer Störschall Nachhall Raumform Neue Lernformen Störschall im Schulzimmer Lärmquellen: Lärm von innerhalb und ausserhalb Gebäude SIA 181 Technische Quellen im Raum (Lüftung, Beamer) SIA 181, DIN Schülerinnen und Schüler Lernformen: Gruppenarbeit, Architektur: Offene Schulzimmer

12 Störschall Anforderungen mindest 40 db(a) DIN18041 mittlere 35 db(a) hohe 30 db(a) SIA 181: 3.1 Externe Quellen Anhang G: Empfehlungen zum Schallschutz innerhalb von Nutzungseinheiten R-1079 Elektronische Lärmampel im Schulzimmer? Unter 65 db db über 80 db

13 Klassenzimmer Störschall Nachhall Raumform Neue Lernformen Forderung Kurze Nachhallzeit Ergebnis wissenschaftlicher Arbeiten Stand des Wissens in Richtlinien umgesetzt: DIN SGA Richtlinien SIA 181 Behindertengleichstellungsgesetz Kein Luxus, sondern Notwendigkeit

14 Sollwert der Nachhallzeit - Räume für Unterricht DIN / SIA Nachhallzeit Tsoll [s] s Raumvolumen V [m 3 ] 250 m3 Toleranzbereich Nachhallzeit % 0.6 s 1.0 T / Tsoll % 50% k 2k 4k 8k Frequenz [Hz]

15 Nachhallzeit im Tieftonbereich T / Tsoll Tieftonbereich nicht so 0.0 problematisch k 2k 4k 8k (Mommertz DAGA 06) Frequenz [Hz] Hinweise Personen mit eingeschränktem Hörvermögen, Kommunikation nicht in Muttersprache Nachhallzeit 20% geringer als Normalanforderungen Werte gelten für besetzten Raum Unbesetzt nicht mehr als 0.2s länger

16 Erreichen der Anforderungen In der Regel: Absorbierende Decke Zusätzlich Absorber vorteilhaft an Rückwand Tieftonabsorber + Mittel-/Hochtonabsorber Produkte mit ausgewiesenem Schallabsorptionsgrad Nachhallzeitberechnung Beispiele

17 Schulzimmer A Schulhaus aus 1.0 den 70er Jahren Betondecke 0.8 Zwei Wände mit 0.6 Fenstern 0.4 Eine Wand mit Holzschränken 0.2 Spannteppich 0.0 Nachhallzeit [s] unbesetzt besetzt k 2k 4k Frequenz [Hz] Schulzimmer B Ausgezeichnete Architektur Betondecke Holzverkleidungen Steinboden Nachhallzeit [s] unbesetzt besetzt k 2k 4k Frequenz [Hz]

18 Schulzimmer C Unregelmässiger Grundriss Decke: 3 5 m Decke als Absorber ausgebildet Nachhallzeit [s] unbesetzt besetzt k 2k 4k Frequenz [Hz]

19 STI Schulzimmer B ausgezeichnet STI gut befriedigend 0.45 Messposition STI Schulzimmer C ausgezeichnet STI gut befriedigend 0.45 Messposition

20 Schulzimmer C mit schallabsorbierender Decke Rudolf Steiner Schule, Wetzikon

21 Einfacher Absorber 50 mm 14 mm 94 mm 23 mm 1.2 stat. Schallabsorptionsgrad k 2k 4k 8k Frequenz [Hz] Bild: Thomas Imhof

22 Bild: Thomas Imhof Bild: Thomas Imhof

23 Bild: Thomas Imhof Tieftonabsorber Mittel- Hochtonabsorber Tieftonabsorber Mittel- Hochtonabsorber Bild: Thomas Imhof

24 Möbel, Vorhänge, Teppiche,? Erwünschte Zusatzabsorption Ersetzt Deckenverkleidung nicht Bild: Dreier, Grundschulen planen, bauen, neu gestalten, Arbeitskreis Grundschule e.v., Frankfurt 1999 Kurze Nachhallzeit Raum überdämpft? Vorteil für Hörbehinderte und Fremdsprachen Diplomwahlfacharbeit ETH + kleine Studie Empa: RSSZO, Wetzikon Messungen sehr gut Werte STI (Sprachverständlichkeit) kurze Nachhallzeiten z.t. unterhalb Toleranzbereich

25 8. Klasse Nachhallzeit 8. Klasse V = 200 m reverberation Nachhallzeit time [s] [s] without ohne Schüler children with mit Schüler children frequency Frequenz [Hz]

26 Sprachübertragungsindex STI 8. Klasse STI sehr gut gut befriedigend schlecht sehr schlecht STI Messposition Omni-direktionaler Lautsprecher! 2. Klasse

27 Nachhallzeit 2. Klasse V = 210 m reverberation Nachhallzeit time [s] [s] without ohne Schüler children with mit Schüler children frequency Frequenz [Hz] Sprachübertragungsindex STI 2. Klasse V = 210 m 3 STI STI sehr gut gut befriedigend schlecht sehr schlecht Messposition Omni-direktionaler Lautsprecher!

28 5. Klasse Nachhallzeit 5. Klasse V = 265 m reverberation Nachhallzeit time [s] [s] ohne without Schüler children mit with Schüler childern frequency Frequenz [Hz]

29 Sprachübertragungsindex STI 5. Klasse V = 265 m STI sehr gut gut befriedigend schlecht sehr schlecht STI Messposition Omni-direktionaler Lautsprecher! Kurze Nachhallzeit Raum überdämpft? Vorteil für Hörbehinderte und Fremdsprachen Diplomwahlfacharbeit ETH + kleine Studie Empa: RSSZO, Wetzikon: Messungen sehr gut Werte STI (Sprachverständlichkeit) kurze Nachhallzeiten z.t. unterhalb Toleranzbereich Befragung Lehrerschaft empfinden Akustik als nicht anstrengend, mühelos und angenehm i.o. für Musik Einfluss nicht gemessener akustischer Parameter? Einfluss der guten architektonische Gestaltung?

30 Klassenzimmer Störschall Nachhall Raumform Neue Lernformen DIN 18041

31 DIN DIN 18041

32 DIN DIN 18041

33 reflektierend absorbierend

34 Schulzimmer D 1.4 Decke nur am Rand absorbierend verkleidet ( Deckenspiegel ) Absorber: Holzriemenabsorber Keine Absorption an Wänden Nachhallzeit [s] unbesetzt besetzt k 2k 4k Frequenz [Hz]

35 Schulzimmer E Schulzimmer D in gleichem Schulhaus wie E Ganze Decke verkleidet mit Holzriemabsorber Nachhallzeit [s] unbesetzt besetzt k 2k 4k Frequenz [Hz]

36 STI Schulzimmer D ausgezeichnet STI gut befriedigend 0.45 Messposition STI Schulzimmer E ausgezeichnet STI gut befriedigend 0.45 Messposition

37 Gegenbeispiel Sanierung Klassenzimmer mit richtigem Material Einfache und günstige Lösung Hilfe zur Selbsthilfe Diplomarbeit: Schulraumakustik bewusst wahrnehmen und verbessern Simon Baumann, Thomas Fischer Pädagogische Hochschule, FHNW, Aarau Betreuer: Markus Cslovjecsek Bild: Fischer/Baumann

38 Vor Sanierung Nach Sanierung unbesetzt mit Kindern unbesetzt mit Kindern Nachhallzeit [s] Nachhallzeit [s] k 2k 4k k 2k 4k Frequenz [Hz] Frequenz [Hz] Messungen: Empa STI vor und nach der Sanierung ausgezeichnet STI gut befriedigend 0.45 Messposition

39 Raumform Klassenzimmer (Studie Mommertz, DAGA 02) 1. Priorität: Nachhallzeit o.k. 2. Priorität: Anordnung Absorber / Raumgeometrie Mittlere Auditorien Nachhallzeit und Raumgeometrie Grosse Auditorien Nachhallzeit und Raumgeometrie Elektroakustische Beschallung Vorschläge Broschüre Lärm von Bildungsstätten.

40 Vorschläge Broschüre Lärm von Bildungsstätten. Höchstabsorbierende Ausstattung der Deckenfläche Wenig Frontalunterricht Gruppen, Projekte Vorschläge Broschüre Lärm von Bildungsstätten. Höchstabsorbierende Ausstattung der Deckenfläche Verzicht auf den klassischen Deckenreflektor Kein Reflektor bei L < 9m und V < 250m 3 In kleinen Räumen: hintere Plätze ausreichend versorgt Gruppen, Projekte

41 Vorschläge Broschüre Lärm von Bildungsstätten. Höchstabsorbierende Ausstattung der Deckenfläche Verzicht auf den klassischen Deckenreflektor Kein Reflektor bei L < 9m und V < 250m 3 Reflektor bei L 9m und V 250m 3 Konkrete Planung: unbedingt Akustik- Ing.-Büro Vorschläge Broschüre Lärm von Bildungsstätten. Höchstabsorbierende Ausstattung der Deckenfläche Verzicht auf den klassischen Deckenreflektor Kein Reflektor bei L < 9m und V < 250m 3 Reflektor bei L 9m und V 250m 3 Massnahmen gegen Flatterecho

42 Vorschläge Broschüre Lärm von Bildungsstätten. Höchstabsorbierende Ausstattung der Deckenfläche Verzicht auf den klassischen Deckenreflektor Kein Reflektor bei L < 9m und V < 250m 3 Reflektor bei L 9m und V 250m 3 Massnahmen gegen Flatterecho Ev. Reflektor über Sprecherposition Akustische Rückmeldung für Lehrpersonen bei Frontalunterricht

43 Klassenzimmer Störschall Nachhall Raumform Neue Lernformen Lern- und Lehrformen Projektunterricht Werkstattunterricht Frontalunterricht Gruppen- und Partnerarbeit Wochenplanarbeit

44 Lern- und Lehrformen Offener Unterricht Arbeit von Gruppen im gleichen Klassenzimmer Offene Klassenzimmer Vorschläge Arbeitsgruppe EAA TC-RBA WG3 Diplomarbeit: Schulraumakustik im offenen Unterricht Myrtha Grieder, Pädagogische Hochschule, FHNW, Aarau Betreuer: Markus Cslovjecsek Schule Birmenstorf AG

45 Bild: Myrta Grieder Bild: Myrta Grieder

46 Bild: Myrta Grieder Bild: Myrta Grieder

47 Bild: Myrta Grieder Bild: Myrta Grieder

48 Bild: Myrta Grieder Offener Unterricht Pädagogischer Nutzen versus akustische Beeinträchtigungen? weitere Forschungsarbeit notwendig Zusammenarbeit Pädagogik und Akustik K. Eggenschwiler, M. Cslovjecsek, Acoustical Requirements of Classrooms and new Concepts of Teaching Acoustics 08, Paris, June 29 July 4

49 Sporthallen Sollwert der Nachhallzeit Sporthallen DIN Nachhallzeit Tsoll [s] Sport 1 Sport Raumvolumen V [m 3 ]

50 Sollwert der Nachhallzeit Sporthallen SIA Nachhallzeit Tsoll [s] T soll Maximum: T soll + 20% im Bereich 250 Hz 2 khz Raumvolumen V [m 3 ] R-3069

51 Beispiel: Sporthalle 24 x 12 x 6.3 m Einfachhalle 28 x 16 x 7m. Anforderungen Soll Maximum Volumen = 1800 m 3 (T soll = 1.6 s) (T max = 2 s) SIA: ab 2000 m 3 Nachhallzeit [s] k 2k 4k Frequenz [Hz]

52 Decke schallabsorbierend, Mitteltonbereich; s Nachhallzeit [s] k 2k 4k Frequenz [Hz] Berechnung mit Formel von Sabine 2.5 Decke schallabsorbierend, Mitteltonbereich; s Nachhallzeit [s] k 2k 4k Frequenz [Hz] Berechnung mit Simulation ( Messung) Berechnung mit Formel von Sabine

53 Decke + eine Stirnwand schallabsorbierend Nachhallzeit [s] Berechnung mit Simulation k 2k 4k Frequenz [Hz] Berechnung mit Formel von Sabine 2.5 Decke + eine Seitenwand schallabsorbierend 2.0 Nachhallzeit [s] Berechnung mit Simulation k 2k 4k Frequenz [Hz] Berechnung mit Formel von Sabine

54 Decke + eine Stirnwand + eine Seitenwand schallabsorbierend Nachhallzeit [s] Berechnung mit Simulation k 2k 4k Frequenz [Hz] Berechnung mit Formel von Sabine 2.5 Decke + eine Seitenwand schallabsorbierend Nachhallzeit [s] SPL (db) Achtung Flatterechos Berechnung mit Simulation Time (seconds rel. direct sound) k 2k 4k Frequenz [Hz] Berechnung mit Formel von Sabine

55 Mensa Mensa Kantonsschule Zürcher Oberland, Wetzikon

56 Mensa Kantonsschule Zürcher Oberland, Wetzikon Leuppi & Schafroth Architekten AG, Zürich Akustik: Ramser Bauphysik, Wetzikon Bildquelle: Kantonsschule Zürcher Oberland, Wetzikon. Erweiterung der Mensa. Bauwerksdokumentation. Hochbauamt Kt. Zürich

57 Bild: RSSZO Kindergarten, Kinderhort

58 Foyer, Gang

59

60 mit Akustikdecke ohne Akustikdecke Nachhallzeit [s] k 2k 4k Frequenz [Hz]

61 Bildquelle: Mensch + Architektur 55/56 Lehrerzimmer, Schulsektretariat

62 Aula, Mehrzwecksaal

63 Anforderungen diverse Räume: Mensa, Foyer, Büro etc. Einfache Tabelle aus DIN Mehrzwecksaal, Aula, Musikräume DIN 18041, Fachbücher Beratung dipl. Akustiker (-in) SGA Inhalt Einleitung; Pädagogik und Akustik Räume der Schule Beispiele Klassenzimmer Sporthalle Mensa Foyer/Gang Aula/Saal Ausblick

64 Bild: RSSZO Aussenraum Bild: Zürcher Landzeitung Ton:

65 Bild: RSSZO Ton: Bild: Dreier, Grundschulen planen, bauen, neu gestalten, Arbeitskreis Grundschule e.v., Frankfurt 1999 Ton:

66 Bild: Dreier, Grundschulen planen, bauen, neu gestalten, Arbeitskreis Grundschule e.v., Frankfurt 1999 Dank Diplomarbeiten, Pädagogische Hochschule FHNW, Aarau; Prof. Markus Cslovjecsek Simon Baumann Thomas Fischer Myrta Grieder Diplomwahlfacharbeit ETH Zürich, Departement Architektur Oliver Offerman Praktikant an der Empa, Abteilung Akustik Klaudius Hengst Arbeitsgruppe Raumakustik in Schulzimmern der Schweizerischen Gesellschaft für Akustik SGA Karl Baschnagel

67 Materials Science & Technology Diverse Publikationen K. Eggenschwiler

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