Bachelor-Studiengang Bauingenieurwesen Grundstudium / 2. Semester / Modul GS 6. Bauphysik, Teilgebiet Schall Lehrmaterial Vorlesung

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1 Bachelor-Studiengang Bauingenieurwesen Grundstudium / 2. Semester / Modul GS 6 Bauphysik, Teilgebiet Schall Lehrmaterial Vorlesung Prof. Dr.-Ing. Martin Homann Labor Bauphysik - Laboratory of Building Physics mhomann@fh-muenster.de # 1

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3 Bauphysik, Teilgebiet Schall Lehrmaterial Vorlesung - Inhalt 1 Ziele des Schallschutzes 2 Grundlagen 2.1 Physikalische Begriffe 2.2 Hören 2.3 Schallausbreitung im Freien 2.4 Schallausbreitung in Räumen 3 Raumakustik 3.1 Nachhallzeit 3.2 Schallabsorption 3.3 Schallreflexion 3.4 Raumakustische Planung 4 Bauakustik 4.1 Verhalten von Bauteilen 4.2 Luftschallübertragung zwischen Räumen 4.3 Luftschallübertragung von Außenlärm 4.4 Schalldämmung von Türen 4.5 Trittschallübertragung 5 Nachweis des baulichen Schallschutzes # 3

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5 Bauphysik, Teilgebiet Schall Lehrmaterial Vorlesung - Inhalt 1 Ziele des Schallschutzes 2 Grundlagen 2.1 Physikalische Begriffe 2.2 Hören 2.3 Schallausbreitung im Freien 2.4 Schallausbreitung in Räumen 3 Raumakustik 3.1 Nachhallzeit 3.2 Schallabsorption 3.3 Schallreflexion 3.4 Raumakustische Planung 4 Bauakustik 4.1 Verhalten von Bauteilen 4.2 Luftschallübertragung zwischen Räumen 4.3 Luftschallübertragung von Außenlärm 4.4 Schalldämmung von Türen 4.5 Trittschallübertragung 5 Nachweis des baulichen Schallschutzes # 5

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7 Ziele des Schallschutzes Schallquellen S /1 D [Kalksandstein. Planung, Konstruktion, Ausführung. Düsseldorf 2003] # 7

8 Ziele des Schallschutzes Formulierung in Regelwerken (Textauszüge) Verordnung des europäischen Parlaments und Rates zur Festlegung harmonisierter Bedingungen für die Vermarktung von Bauprodukten: Das Bauwerk muss derart entworfen und ausgeführt sein, dass der von den Bewohnern oder von in der Nähe befindlichen Personen wahrgenommene Schall auf einem Pegel gehalten wird, der nicht gesundheitsgefährdend ist und bei dem zufriedenstellende Nachtruhe-, Freizeit- und Arbeitsbedingungen sichergestellt sind. DIN : In dieser Norm sind Anforderungen an den Schallschutz mit dem Ziel festgelegt, Menschen in Aufenthaltsräumen vor unzumutbaren Belästigungen durch Schallübertragung zu schützen Es kann nicht erwartet werden, dass Geräusche von außen oder aus benachbarten Räumen nicht mehr bzw. als nicht belästigend wahrgenommen werden, auch wenn die in dieser Norm festgelegten Anforderungen erfüllt werden VDI 4100: Bei größerem Schutzbedürfnis und/oder bei besonders geringem Hintergrundgeräuschpegel (Grundgeräuschpegel) kann ein über die Anforderungen der DIN hinausgehender, höherer Schallschutz erforderlich sein. Hierdurch kann eine Beeinträchtigung durch Schallübertragung weiter gemindert werden In Ergänzung zu den Mindestanforderungen an den Schallschutz nach dem derzeitigen Entwurf der DIN werden nach dieser Richtlinie zusätzliche Schallschutzstufen (SSt) für die Planung und Bewertung des Schallschutzes von Gebäuden definiert. Mithilfe dieser Gütestufen kann der gewünschte Schallschutz zwischen den am Bau Beteiligten und den Bauherren vereinbart werden S /1 D # 8

9 Bauphysik, Teilgebiet Schall Lehrmaterial Vorlesung - Inhalt 1 Ziele des Schallschutzes 2 Grundlagen 2.1 Physikalische Begriffe 2.2 Hören 2.3 Schallausbreitung im Freien 2.4 Schallausbreitung in Räumen 3 Raumakustik 3.1 Nachhallzeit 3.2 Schallabsorption 3.3 Schallreflexion 3.4 Raumakustische Planung 4 Bauakustik 4.1 Verhalten von Bauteilen 4.2 Luftschallübertragung zwischen Räumen 4.3 Luftschallübertragung von Außenlärm 4.4 Schalldämmung von Türen 4.5 Trittschallübertragung 5 Nachweis des baulichen Schallschutzes # 9

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11 Physikalische Begriffe Schalldruck p, Frequenz f, Schallgeschwindigkeit c, Wellenlänge Schalldruck [Pa] [N/m²] = 10 5 Pa Frequenz [s -1 ] [Hz] Schallgeschwindigkeit [m/s] Wellenlänge / [m] S /1 D 2016 Prof. Dr.-Ing. Martin Homann # 11

12 Physikalische Begriffe Schallgeschwindigkeit verschiedener Medien Medium [m/s] PVC-P (weich) 80 Schwefelhexafluorid 130 Gummi 150 Luft 340 Öl Wasser PVC-U (hart) Holz (Buche) Beton C20/ Beton C30/ Glas Aluminium Eisen Marmor Diamant S /1 D # 12

13 Physikalische Begriffe Beispiele für Wellenlängen von Luft und Beton Medium [m/s] [s -1 ] [m] 100 3, ,70 Luft , , , , , ,3 Beton C20/ , , , ,14 S /1 D 2016 Prof. Dr.-Ing. Martin Homann # 13

14 Physikalische Begriffe Frequenzbereiche von Musikinstrumenten und Singstimmen S /2 D [Fasold, W. u.a.: Bauphysikalische Entwurfslehre, Bau- und Raumakustik. Köln 1987] # 14

15 Physikalische Begriffe Frequenzbereiche von Musikinstrumenten und Singstimmen S /2 D [Fasold, W. u.a.: Bauphysikalische Entwurfslehre, Bau- und Raumakustik. Köln 1987] # 15

16 Physikalische Begriffe Frequenzbereiche der Akustik S /1 D Prof. Dr.-Ing. Martin Homann # 16

17 Physikalische Begriffe Frequenzbereich der Bauakustik in Oktaven und Terzen Frequenzbereich der Bauakustik = Hz Oktave 2 = Hz Terz 2 S /1 D 2016 Prof. Dr.-Ing. Martin Homann Bandmittenfrequenz # 17

18 Physikalische Begriffe Charakteristische Schallspektren S /1 D [Hering, E. u.a.: Physik für Ingenieure. Düsseldorf 1989] # 18

19 Physikalische Begriffe Schallpegel als Funktion des Schalldrucks S /1 D 2016 Prof. Dr.-Ing. Martin Homann # 19

20 Physikalische Begriffe Schallpegel und Schalldruck verschiedener Schallquellen Schallquelle Schallpegel [db] Schalldruck [Pa] Düsentriebwerk Feuerwerksknallkörper Schmerzgrenze Folgen bei Dauereinwirkung Lähmung, Schock Diskothek Vertäubung Laute Straße 80 0,2 Vegetative Schäden Unterhaltungssprache 60 0,02 Schlafstörungen Zerreißen einer Zeitung 40 0,002 Grenze zur Schadlosigkeit Praktisch ruhig 20 0,0002 Unruhe Empfindungsgrenze 0 0,00002 S /1 D 2016 Prof. Dr.-Ing. Martin Homann # 20

21 Physikalische Begriffe Gesamtschallpegel Nomogramm zur Addition zweier Schallpegel S /1 D 2016 Prof. Dr.-Ing. Martin Homann # 21

22 Hören Schematischer Schnitt durch das Ohr S /1 D [Terhardt, E.: Physiologische Aspekte des Hörens in Räumen. In: Arcus, Band 6] # 22

23 Hören Kurven gleicher Lautstärkepegel (Isophonen) S /1 D nach [DIN ISO 226] # 23

24 Hören Frequenzbewertungskurven S /1 D nach [DIN EN ISO 9612] # 24

25 Schallausbreitung im Freien Schallpegelabnahme in Abhängigkeit vom Radius und der Oberflächenbeschaffenheit S /1 D 2016 Prof. Dr.-Ing. Martin Homann # 25

26 Schallausbreitung im Freien Kombinierte Betrachtung der Schallpegelabnahme durch Flächen-, Linien- und Punktquelle Stadtgebiet Geländeausschnitt Flächenquelle = 0 db Linienquelle = 3 db Punktquelle = 6 db S /1 D 2016 Prof. Dr.-Ing. Martin Homann # 26

27 Schallausbreitung im Freien Schallpegelminderung durch Bewuchs bei 100 m Bewuchstiefe S /1 D nach [Reinhold, G.: Bau- und verkehrstechnische Maßn. zum Schutz gegen Straßenverkehrslärm BM Verkehr (Hrsg.), Straßenbau u. Straßenverkehrstechn. H. 119, 1971] # 27

28 Schallausbreitung in Räumen Verlauf des Schalldruckpegels im Raum S /1 D 2016 Prof. Dr.-Ing. Martin Homann # 28

29 Schallausbreitung in Räumen Schallreflexion und Schallabsorption auftreffende Schall- Leistung = 100 % abgestrahlte Schall-Leistung Reflexion: ~ 96 % Dissipation: ~ 3 % Transmission: ~ 1 % Absorption: = + ~ 4 % Raumakustik: Schallabsorptionsgrad = 1 - S /1 D 2016 Prof. Dr.-Ing. Martin Homann Bauakustik: p Schalldämm-Maß R = -10 log p = -10 log 2 1 # 29

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31 Bauphysik, Teilgebiet Schall Lehrmaterial Vorlesung - Inhalt 1 Ziele des Schallschutzes 2 Grundlagen 2.1 Physikalische Begriffe 2.2 Hören 2.3 Schallausbreitung im Freien 2.4 Schallausbreitung in Räumen 3 Raumakustik 3.1 Nachhallzeit 3.2 Schallabsorption 3.3 Schallreflexion 3.4 Raumakustische Planung 4 Bauakustik 4.1 Verhalten von Bauteilen 4.2 Luftschallübertragung zwischen Räumen 4.3 Luftschallübertragung von Außenlärm 4.4 Schalldämmung von Türen 4.5 Trittschallübertragung 5 Nachweis des baulichen Schallschutzes # 31

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33 Nachhallzeit Definition S /1 D 2016 Prof. Dr.-Ing. Martin Homann # 33

34 Nachhallzeit Sollwerte für unterschiedliche Nutzungen S /1 D nach [DIN 18041] # 34

35 Nachhallzeit Anzustrebender Bereich der Nachhallzeit in Abhängigkeit von der Frequenz S /1 D nach [DIN 18041] # 35

36 Schallabsorption Verlauf der frequenzabhängigen Schallabsorptionsgrade verschiedener Absorber S /1 D nach [Fasold, Sonntag, Winkler: Bauphysikalische Entwurfslehre - Bau- und Raumakustik. Verlagsgesellschaft Rudolf Müller, Köln 1987] # 36

37 Schallabsorption Anordnung poröser Absorber im Schallschnellemaximum S /1 D 2016 Prof. Dr.-Ing. Martin Homann # 37

38 Schallabsorption Schallabsorptionsgrade eines Akustikputzes S /1 D [Fa. Knauf] # 38

39 Schallabsorption Kenngrößen von Plattenschwingern S /1 D 2016 Prof. Dr.-Ing. Martin Homann # 39

40 Schallabsorption Kenngrößen von Lochplattenschwingern S /1 D 2016 Prof. Dr.-Ing. Martin Homann # 40

41 Schallabsorption Beispiele für die Ausführung von Lochplattenschwingern S /1 D nach [Fasold, W. u.a.: Schallschutz + Raumakustik in der Praxis, Verlag für Bauwesen. Berlin] # 41

42 Schallabsorption Schallabsorptionsgrade von Lochplattenschwingern S /1 D [Fa. Knauf] # 42

43 Schallabsorption Kenngrößen von Helmholtzresonatoren S /1 D 2016 Prof. Dr.-Ing. Martin Homann # 43

44 Schallabsorption Schallabsorptionsgrade von Raumbegrenzungsflächen Schallabsorptionsgrad [-] Raumbegrenzungsfläche Für die Oktavband-Mittenfrequenzen f [Hz] Mauerziegelwand, unverputzt, Fugen ausgestrichen 0,03 0,03 0,03 0,04 0,05 0,06 Mauerwerk aus Hochlochziegeln, Löcher sichtbar, 6 cm vor Massivwand, Hohlraum leer 0,11 0,22 0,36 0,32 0,55 0,43 Kalkzementputz 0,03 0,03 0,02 0,04 0,05 0,05 Glattputz 0,02 0,02 0,03 0,03 0,04 0,06 Tapete auf Kalkzementputz 0,02 0,03 0,04 0,05 0,07 0,08 Spiegel, vor der Wand 0,12 0,10 0,05 0,04 0,02 0,02 Tür, Holz, lackiert 0,10 0,08 0,06 0,05 0,05 0,05 Stuckgips, unverputzter Beton 0,02 0,02 0,03 0,04 0,05 0,05 Marmor, Fliesen, Klinker 0,01 0,01 0,02 0,02 0,03 0,03 Fenster (Isolierverglasung, Kasten- und Verbundfenster) 0,28 0,20 0,10 0,06 0,03 0,02 Parkettfußboden, aufgeklebt 0,04 0,04 0,05 0,06 0,06 0,06 Parkettfußboden, auf Blindboden 0,20 0,15 0,10 0,10 0,05 0,10 Parkettfußboden, hohlliegend 0,15 0,07 0,07 0,06 0,06 0,06 Teppichboden, bis 6 mm Florhöhe 0,02 0,04 0,06 0,20 0,30 0,35 Teppichboden, 7 mm bis 10 mm Florhöhe 0,04 0,07 0,12 0,30 0,50 0,80 Bühnenöffnung mit Dekoration 0,40 0,40 0,60 0,70 0,80 0,80 PVC-Fußbodenbelag (2,5 mm dick) auf Betonboden 0,01 0,02 0,01 0,03 0,05 0,05 Linoleum auf Beton 0,02 0,02 0,03 0,03 0,04 0,04 Gipskartonplatten 9,5 mm dick, 60 mm Wandabstand, Hohlraum kassettiert 0,31 0,08 0,04 0,07 0,09 0,08 Furnierte Holz- und Spanplatte dicht vor festem Untergrund 0,04 0,04 0,05 0,06 0,06 0,06 4 mm Hartfaserplatte, kassettiert ohne Dämmstoff, Wandabstand 60 mm 0,22 0,19 0,14 0,07 0,05 0,05 4 mm Hartfaserplatte, kassettiert mit 40 mm Mineralwolleplatte, Wandabstand 60 mm 0,67 0,21 0,14 0,07 0,06 0,05 4 mm Hartfaserplatte, kassettiert ohne Dämmstoff, Wandabstand 120 mm 0,26 0,15 0,06 0,05 0,05 0,05 Gipskartonplatte 9,5 mm dick, 25 mm Wandabstand 0,27 0,16 0,10 0,08 0,11 0,12 Kino-Bildwand 0,10 0,10 0,20 0,30 0,50 0,60 Bücherregal in Bibliotheken, bezogen auf die vertikale Buchrückenfl. vor einer Rückwand 0,30 0,40 0,40 0,30 0,30 0,20 S /1 D [ ] # 44

45 Schallabsorption Schallabsorptionsflächen von Personen und Gestühl äquivalente Schallabsorptionsfläche A [m²] Personen und Gestühl in den Oktavband-Mittelfrequenzen f [Hz] ,5 m²/person, sitzend auf Holzgestühl 0,12 0,20 0,39 0,49 0,48 0,40 1,0 m²/person, sitzend auf Holzgestühl 0,18 0,26 0,55 0,68 0,78 0,78 6,0 m²/person, sitzend 0,12 0,18 0,35 0,56 0,68 0,74 6,0 m²/person, stehend 0,12 0,19 0,42 0,66 0,86 0,94 Klappstuhl aus Holz, unbesetzt 0,02 0,02 0,02 0,04 0,04 0,03 Einfacher Polsterstuhl mit Textilbezug 0,15 0,25 0,30 0,35 0,40 0,40 Einfacher Polsterstuhl mit Lederbezug 0,05 0,15 0,20 0,10 0,03 0,03 Gepolsterter Theaterklappstuhl 0,25 0,30 0,30 0,30 0,30 0,30 Musiker mit Instrument: 1,1 m²/person 0,16 0,42 0,87 1,07 1,04 0,94 Musiker mit Instrument: 2,3 m²/person 0,03 0,13 0,43 0,70 0,86 0,99 Chorsänger: 0,5 m²/person 0,15 0,25 0,40 0,50 0,60 0,60 Schüler in Unterrichtsräumen an Holztischen: 3 m²/person 0,05 0,33 0,43 0,32 0,38 0,37 Kinder in Vorschuleinrichtungen, sitzend: 2 m²/person - 0,14 0,17 0,20 0,30 0,23 S /1 D [ ] # 45

46 Schallabsorption Berechnung der äquivalenten Schallabsorptionsfläche Raumbeschreibung: Raumvolumen: = m³ Fläche Ausführung Größe Schallabsorptionsgrad und Schallabsorptionsfläche bei =... Hz [m²] [-] [m²] [-] [m²] [-] [m²] [-] [m²] [-] [m²] [-] [m²] 0,163 / S /1 D Prof. Dr.-Ing. Martin Homann # 46

47 Schallreflexion Geometrisch gerichtete Reflexion an einer ebenen Fläche = Einfallwinkel Ausfallwinkel S /1 D 2016 Prof. Dr.-Ing. Martin Homann # 47

48 Schallreflexion Geometrisch gerichtete Reflexion an einer gekrümmten Fläche S /1 D 2016 Prof. Dr.-Ing. Martin Homann # 48

49 Schallreflexion Geometrisch gerichtete Reflexionen an einer Ellipse S /1 D 2016 Prof. Dr.-Ing. Martin Homann # 49

50 Schallreflexion Geometrisch gerichtete Reflexionen an konvex und konkav gekrümmten Flächen S /1 D 2016 Prof. Dr.-Ing. Martin Homann # 50

51 Schallreflexion Laufweglängen des direkten Schalls und reflektierten Schalls S /1 D nach [DIN 18041] # 51

52 Raumakustische Planung Volumen und Volumenkennzahl von Räumen Hauptnutzung des Raumes Versammlungsräume, Seminarräume Sprechtheater, Hörsäle, Plenarsäle, Kongressräume Mehrzwecksäle für Sprache und Musik Volumenkennzahl [m³/platz] maximales Volumen [m³] Musiktheater (Oper und Operette) Kammermusiksäle Konzertsäle für sinfonische Musik Räume für Orgelmusik S /1 nach [Fasold, W., Veres, E.: Schallschutz + Raumakustik in der Praxis. Verlag für Bauwesen, Berlin 1998] # 52

53 Raumakustische Maßnahmen Schallabsorptions- und Schallreflexionsflächen in Räumen bis mittlerer Größe ( ~ 250 m³) S /1 D nach [DIN 18041] # 53

54 Raumakustische Maßnahmen Schallabsorptions- und Schallreflexionsflächen in mittelgroßen Räumen ( ~ m³) S /2 D nach [DIN 18041] # 54

55 Raumakustische Maßnahmen Schallabsorptions- und Schallreflexionsflächen in mittelgroßen Räumen ( ~ m³) S /2 D nach [DIN 18041] # 55

56 Raumakustische Maßnahmen Sitzreihenüberhöhung S /1 D nach [ ] # 56