B A U P H Y S I K. Schallschutz

Transkript

1 TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN INSTITUT FÜR BAUKONSTRUKTIONEN UND FESTIGKEIT FACHGEBIET ALLGEMEINER INGENIEURBAU B A U P H Y S I K II Schallschutz Univ.-Prof. Dr. Erich Cziesielski Dr.-Ing. Frank Vogdt Dipl.-Ing. Thomas Platts Berlin überarbeitete Auflage

2 TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN INSTITUT FÜR BAUKONSTRUKTIONEN UND FESTIGKEIT FACHGEBIET ALLGEMEINER INGENIEURBAU B A U P H Y S I K II Schallschutz Vorwort zur 4. überarbeiteten Auflage Das vorliegende Skript Schallschutz wurde von den Herren Vogdt und Platts während ihrer Tätigkeit an der TU Berlin auf der Grundlage der Vorlesung über Bauphysik erarbeitet. Die vorliegende 4. Auflage wurde von J. Röder, M. Göbelsmann, L. Fächner und C.Radke überarbeitet.

3 Bauphysik II - Schallschutz Inhaltsverzeichnis 1. Problemstellung 1 2. Begriffe und Definitionen Schall Schallausbreitung Ton und Geräusch Frequenz f Ton, Klang, Geräusch Schalldruck, Schallpegel, Lautstärke Schalldruck p Schallpegel L Lautstärke A-bewerteter Schalldruckpegel L a Überlagerung mehrerer Einzelschallquellen Beispiel der Gesamtschallpegelermittlung Luftschalldämmung Schallpegeldifferenz D Schalldämm-Maß R, bewertetes Schalldämm-Maß R w Trittschalldämmung Trittschallpegel L / Norm-Trittschallpegel L n Bewerteter Norm-Trittschallpegel L n,w Trittschallschutzmaß TSM Trittschallverbesserungsmaß L Bewertetes Trittschallverbesserungsmaß L w Äquivalenter, bewerteter Norm-Trittschallpegel L n,w,eq Anforderungen an den Schallschutz Bauordnung DIN 4109 Ausgabe November Technische Anleitung zum Schutz gegen Lärm Richtlinien 23

4 Bauphysik II - Schallschutz 4. Arten der Schallübertragung Schallübertragungswege Luftschalldämmung Massivbauart Holz- und Skelettbauart Trittschalldämmung Schallbrückenübertragung Maßnahmen zur Erzielung des erforderlichen Schallschutzes Prinzipien Planerische Maßnahmen Konstruktive Maßnahmen Wandkonstruktionen Deckenkonstruktionen Treppen Fenster, Türen Installationen Außenbauteile Nachweis des baulichen Schallschutzes Übersicht Nachweis mit bauakustischen Messungen (Eignungprüfungen) Nachweis der Eignung ohne bauakustische Messungen Übersicht Konstruktionen in Massivbauart Konstruktionen in Holz- oder Skelettbauart Haustechnische Anlagen und Betriebe Außenbauteile Beispiele Mehrfamilienhaus in Massivbauart Nachweis der Luftschalldämmung Nachweis der Trittschalldämmung Nachweis nach DIN 4109, Beiblatt Nachweis des Schutzes gegen Außenlärm Holz- und Skelettbauart Nachweis der Luftschalldämmung einer leichten Trennwand zwischen Übernachtungsräumen Nachweis einer Holzbalkendecke Verwendete Unterlagen Normen und Richtlinien Literatur 131

5 Bauphysik II - Schallschutz Seite 1 1. Problemstellung Lärm wird vom Menschen als störend empfunden. Diese subjektive Wahrnehmung kann sich auf das Wohlbefinden des Einzelnen und auch in gesundheitlicher Hinsicht negativ auswirken. Des weiteren kann Lärm zu Verständigungsschwierigkeiten führen. Die Lärmursachen sind vielschichtig. Auf der einen Seite ergeben sich Belästigungen durch von außen einwirkenden Lärm (Verkehr, Gewerbe, Industrie), auf der anderen Seite kann eine zweckentsprechende Nutzung von Räumen (z.b. in Schulen, Beherbergungsstätten und Bürobauten) durch Störgeräusche aus Nachbarräumen sowie durch haustechnische Anlagen (wie Rohrleitungen oder Müllschächte) beeinträchtigt werden. Hieraus ergeben sich für den Schallschutz folgende Ziele: 1. Schutz von Aufenthaltsräumen gegen Lärm aus Nachbarräumen 2. Schutz gegen Geräusche aus haustechnischen Anlagen und Betrieben 3. Schutz gegen Außenlärm.

6 Seite 2 Bauphysik II - Schallschutz 2. Begriffe und Definitionen 2.1 Schall Unter Schall versteht man mechanische Schwingungen und Wellen in Gasen (Luftschall), Flüssigkeiten (Wasserschall) und festen Stoffen (Körperschall). 2.2 Schallausbreitung Schall pflanzt sich in Abhängigkeit vom jeweiligen elastischen Medium verschiedenartig fort. In Gasen und in Flüssigkeiten, also in Medien ohne inneren Schubwiderstand, breitet sich der Schall als Longitudinalwellen (Längswellen) in Form von Dichtewellen (vgl. Bild 1) aus. Die aus der Ruhelage gebrachten Masseteilchen bewegen sich pendelnd in der Bewegungsrichtung der Welle hin und her. In festen Medien können außer Dichtewellen noch andere Wellenarten auftreten. Zu nennen sind insbesondere Dehn - und Biegewellen. Bild 1: Wellenarten der Schallausbreitung (Molekularverteilung) Bei der Schallausbreitung durch Transversalwellen (Querwellen) bewegen sich die Masseteilchen quer zur Bewegungsrichtung in Form von Dehnwellen. Die elastisch zusammenhängenden Teilchen werden durch Schubkraftübertragung mitgenommen. Diese Art der Schallausbreitung ist insbesondere für die Längsleitung (vgl. Abschnitt 4) - also die Fortpflanzung des Körperschalls in Bauteilen - ausschlaggebend. Bei Biegewellen (vgl. Bild 1) schwingen die angeregten Stäbe oder Platten (z.b. Decken) als Ganzes. Diese Art der Schallausbreitung ist insbesondere für die Schallabstrahlung von Bauteilen - also für die Umwandlung von Körperschall in den letztlich störenden Luftschall - von Bedeutung. Als Beispiel sei hier der Trittschall genannt, der beim Begehen einer Decke als Körperschall entsteht und als Luftschall abgestrahlt wird (vgl. Bild 2).

7 Bauphysik II - Schallschutz Seite 3 Bild 2: Trittschall Bei der Schallübertragung zwischen zwei benachbarten Räumen wird der Anteil der in den Empfangsraum (E) gelangenden Schallenergie des im Senderaum (S) emitierten Schalls (Emissionsschall) durch folgende akustische Vorgänge bestimmt (vgl. Bild 3): Reflexion: Anteil des Schalls, der am betrachteten Bauteil in den Senderaum zurückreflektiert wird. Dissipation: Teil der Schallenergie, der in porösen Baustoffen durch Reibung in Wärmeenergie umgewandelt wird. Transmission: Austritt des Schalls aus dem Senderaum durch Schwingungsanregung des trennenden Bauteils. Absorption: Entzug von Schallenergie aus einem Raum oder Raumbereich durch Austritt des Schalls (Transmission) oder Schallenergieumwandlung (Dissipation). Bild 3: Schallübertragung zwischen zwei benachbarten Räumen (ohne Nebenwegübertragung (vgl. hierzu Abschnitt 4)).

8 Seite 4 Bauphysik II - Schallschutz Die Absorption eines Raumes wird durch den Schallabsorptionsgrad sowie die Nachhallzeit gekennzeichnet. Der Schallabsorptionsgrad ist das Verhältnis der nichtreflektierten zur auffallenden Schallenergie. Bei vollständiger Reflexion ist = 0, bei vollständiger Absorption ist =1. Die Nachhallzeit T ist die Zeitspanne, während der der Schalldruckpegel (vgl. Abschnitt 2.4) nach Beenden einer Schallsendung um 60 db abfällt. 2.3 Ton und Geräusch Zum menschlichen Ohr gelangt der Schall in der Regel über die uns umgebende Luft. Das Trommelfell nimmt nur sich schnell vollziehende Druckschwankungen, die sich dem atmosphärischen Luftdruck überlagern, wahr. Sich langsam vollziehende Druckschwankungen (meteorologische Änderungen, Aufzug etc.) werden nicht registriert. Sie werden über die Nase und die Eustachsche Röhre ausgeglichen. Bei extrem hohen Druckschwankungen wird wegen der Massenträgheit der Hörorgane kein Höreindruck vermittelt (vgl. Bild 4). Bild 4: Musik- und Sprachbereich

9 Bauphysik II - Schallschutz Seite 5 Beim Hören entsteht ein Sinneseindruck, der nach Tonhöhe und Lautstärke unterscheidet. Die Tonhöhe ist durch die Frequenz f (vgl. Abschnitt 2.3.1) gekennzeichnet Frequenz f [Hz] Die Frequenz f gibt die Schwingungsanzahl pro Sekunde an ([s -1 ] = [Hz]). Mit steigender Frequenz nimmt die Tonhöhe zu. Schall im Hörfrequenzbereich, der dem Frequenzbereich des ausgeprägten Hörvermögens beim Menschen von etwa 16 Hz bis Hz entspricht, wird als Hörschall bezeichnet. Der Frequenzbereich unter 16 Hz wird Infraschall, der über 16 khz Ultraschall genannt (vgl. Bild 4). Bild 5: Oktav- und Terzintervalle des bauakustischen Bereichs In der Bauakustik wird der Frequenzbereich von 100 bis 3200 Hz betrachtet und als Bauakustischer Bereich bezeichnet (vgl. Bild 4). Dieser Frequenzbereich wird in 5 Oktaven (eine Oktave = Frequenzverdoppelung) bzw. 16 Terzen (3 Terzen = 1 Oktave) unterteilt (vgl. Bild 5).

10 Seite 6 Bauphysik II - Schallschutz Ton, Klang, Geräusch Ton: Schall mit sinusförmigem Verlauf konstanter Frequenz. Klang: Überlagerung mehrerer Töne, deren Frequenzen in einem ganzzahligen Verhältnis zueinanderstehen. Geräusch: Überlagerung verschiedener Töne ohne gesetzmäßigen Zusammenhang. Um ein Geräusch zu charakterisieren, wird es mit Hilfe von Oktav- und Terzfiltern in Oktav- und Terzintervalle zerlegt (vgl. [3]). Bild 6: Darstellung von Ton, Klang und Geräusch

11 Bauphysik II - Schallschutz Seite Schalldruck, Schallpegel, Lautstärke Schalldruck p [N/m 2 ; Pa] Der Schalldruck p[pa] ist ein Wechseldruck, der durch eine Schallwelle erzeugt wird und sich mit dem statischen Druck (z.b. atmosphärischer Luftdruck) überlagert. Bestimmt wird allerdings nicht der momentane, sondern der effektive Schalldruck als zeitlicher quadratischer Mittelwert des momentanen Schalldrucks. Das folgende Bild veranschaulicht die angegebenen Größen (Bild 7). Bild 7: Veranschaulichung der Größen des Schalldruckes Es gilt: Der Schalldruck p ist mit Hilfe von Mikrofonen objektiv meßbar. Im normalen Hörbereich unterscheidet sich der Schalldruck bis zu 6 Zehnerpotenzen: Zum Beispiel: Ton mit f = 1000 Hz: Hörschwelle: p = Pa Schmerzschwelle: p = 20 Pa Um rechentechnisch praktikable Zahlengrößen zu erhalten, wurde der Schallpegel eingeführt Schallpegel L [db] Der Schalldruckpegel L (im folgenden kurz als Schallpegel bezeichnet) wurde als logarithmisches Maß des bezogenen Schalldrucks definiert:

12 Seite 8 Bauphysik II - Schallschutz (1) Der Effektivwert des Bezugs-Schalldruckes p 0 ist international festgelegt mit p 0 = Pa. Die Einheit Dezibel (db) wurde nach dem Erfinder des Telefons Graham Bell benannt. Der Vorsatz "Dezi" besagt, dass die Kennzeichnung "Bel", die für den Zehnerlogarithmus eines Energieverhältnisses verwendet wird, zehnmal größer ist. Aus dieser Definition ergibt sich aus [1] und Abschnitt für einen Ton mit f = 1000 Hz: Hörschwelle: L = 0 db Schmerzgrenze: L = 120 db Lautstärke [Phon] Da das menschliche Gehör subjektiv zwei Töne gleichen Schallpegels, aber unterschiedlicher Frequenz, als verschieden laut empfindet (vgl. Bild 8) - tiefe Töne werden leiser empfunden -, wurde zur Kennzeichnung des subjektiven Hörempfindens der Begriff der Lautstärke eingeführt. Bild 8: Normalkurven gleichen Lautstärkepegels in Abhängigkeit von der Frequenz (aus [4])

13 Bauphysik II - Schallschutz Seite 9 Definitionsgemäß ist die Lautstärke eines 1000 Hz-Tones in Phon gleichgroß wie der Schallpegel in db. Es gilt somit: (2) Ein tiefer Ton müßte, um subjektiv gleichlaut zu wirken, einen objektiv höheren Schallpegel aufweisen. Beispielsweise müßte ein 60 Hz-Ton einen Pegel von 60 db aufweisen, um als 40 Phon laut empfunden zu werden A-bewerteter Schalldruckpegel L a Um die Lautstärke eines Geräusches zu beurteilen und gleichzeitig das menschliche Hörempfinden zu berücksichtigen, wäre es notwendig, die Kurven entsprechend Bild 8 zu simulieren. Da dieses sehr aufwendig wäre, werden die Schallpegelmeßgeräte mit elektrischen Verzerrern ausgerüstet, die den gemessenen Schalldruck in Abhängigkeit von der Frequenz bewerten. Das so ermittelte Ergebnis wird als A-bewerteter Schalldruckpegel L a bezeichnet (vgl. Bild 9). Es ist darauf hinzuweisen, dass der A-bewertete Schalldruckpegel nur eine näherungsweise gehörrichtige Wertung darstellt. Bild 9: A-Bewertungskurve für den Schallpegel (nach [5]) Entsprechend Bild 9 wird ein 100 Hz-Ton mit einem Schallpegel von 70 db nach der A-Bewertung um 19 db vermindert; d.h.: 70 db entspricht 51 db(a). In Bild 10 werden für verschiedene Geräusche die A-bewerteten Schallpegel angegeben.

14 Seite 10 Bauphysik II - Schallschutz Bild 10: Auswirkungen von Lärm auf den Menschen Überlagerung mehrerer Einzelschallquellen Die Ermittlung des Gesamtschallpegels L a,res bei Überlagerung mehrerer gleichzeitig auftretenden Einzelschallquellen erfolgt über eine energetische Addition. Somit dürfen die Schallpegel der einzelnen Quellen nicht einfach aufaddiert werden, sondern es ist die Summe unter dem Logarithmus zu bilden: mit (1) folgt: (3)

15 Bauphysik II - Schallschutz Seite Beispiel der Gesamtschallpegelermittlung Bild 11: Raum mit mehreren Schallquellen Gegeben: Gesucht: n einzelne Schallquellen, deren Schallpegel, den sie erzeugen, bekannt sei. Gesamtschallpegel

16 Seite 12 Bauphysik II - Schallschutz Sonderfall: n gleiche Schallquellen 1. Bei n = 2 Schallquellen: 2. Chor; jeder Sänger mit 70 db. Wieviel Sänger sind erforderlich, um einen Gesamtschallpegel von 80 db zu erreichen? 3. Schallquellen mit einem Schallpegel L 1 = L 2 = 0 db Ein Schallpegel L = 0 db bedeutet nicht, dass kein Schall vorhanden ist. Zu L = 0 db gehört ein Schalldruck von p 0 = N/mm 2.

17 Bauphysik II - Schallschutz Seite Luftschalldämmung Schallpegeldifferenz D [db] Die Schallpegeldifferenz D ergibt sich aus der Differenz zwischen dem Schallpegel L 1 im Senderaum (S) und dem Schallpegel L 2 im Empfangsraum (E) zu D = L 1 - L 2 [db] (4) Bild 12: Messung der Luftschalldämmung Diese Differenz hängt davon ab, wie groß die Schallabsorption durch die Begrenzungsflächen und Gegenstände im Empfangsraum ist. Um diese Einflüsse auszuschalten, wird die äquivalente Absorptionsfläche A bestimmt und auf eine vereinbarte Bezugs-Absorptionsfläche A 0 bezogen. Die äquivalente Schallabsorptionsfläche A ist die Schallabsorptionsfläche mit dem Schallabsorptionsgrad = 1, die den gleichen Anteil der Schallenergie absorbieren würde wie die gesamte Oberfläche des Raumes oder die in ihm befindlichen Gegenstände und Personen. Sie wird nach folgender Gleichung berechnet: (5) Hierbei sind das Volumen V in [m 3 ] und die Nachhallzeit T in [s] einzusetzen. Die Bezugs-Absorptionsfläche A 0 wird in der Regel nach [3] mit A 0 = 10 m 2 angesetzt. Unter Berücksichtigung der Schallabsorption ergibt sich aus der Schallpegeldifferenz D die Norm- Schallpegeldifferenz D n zu (6)

18 Seite 14 Bauphysik II - Schallschutz Schalldämm-Maß R, bewertetes Schalldämm-Maß R w [db] Das Schalldämm-Maß R kennzeichnet die Luftschalldämmung von Bauteilen. Das Schalldämm-Maß wird bei der Messung zwischen zwei Räumen aus der Schallpegeldifferenz D der äquivalenten Absorptionsfläche A des Empfangsraumes und der Prüffläche S des Bauteils bestimmt: (7) Der Korrekturbeiwert berücksichtigt das subjektive Schallempfinden des Menschen; so wird in kleineren Räumen die Schallpegeldifferenz subjektiv als kleiner empfunden. Das Schalldämm-Maß R ist frequenzabhängig. Um eine praktische Handhabbarkeit zu erzielen - z.b. für die Festlegung von Anforderungen an das Schalldämm-Maß - wird es notwendig, die Frequenzabhängigkeit zusammenzufassen, um eine Einzahl-Angabe zu gewinnen. Zunächst wurde hierfür das mittlere Schalldämm-Maß R m gewählt, das durch das arithmetische Mittel über die in Terzintervallen ermittelten Schalldämm-Maße R des bauakustisch relevanten Frequenzbereichs (100 bis 3200 Hz) gebildet wird. Es stellte sich jedoch heraus, dass verschiedene Wandkonstruktionen, die das gleiche mittlere Schalldämm- Maß R m aufwiesen, subjektiv als unterschiedlich schalldämmend empfunden wurden, da sich z.b. gute schalldämmende Eigenschaften im tiefen Frequenzbereich nicht ausgleichend auf schlechte schalldämmende Eigenschaften im hohen Frequenzbereich auswirkten. Aus diesem Grund wurde in [3], Teil 4 eine Sollkurve (Bezugskurve B) festgelegt, die quasi den "Idealverlauf" der Schalldämmung darstellen soll, welcher der geringeren Empfindlichkeit des menschlichen Ohres bei tiefen Frequenzen Rechnung trägt (vgl. Bild 13). Diese Bezugskurve wird in Richtung niedriger Dämmwerte so lange verschoben, bis die mittlere Unterschreitung U zwischen der Meßkurve M und der verschobenen Bezugskurve B v im Mittel nicht größer als 2 db ist (vgl. Bild 13) ; bzw in Richtung höherer Dämmwerte bis die mittlere Überschreitung Ü im Mittel nicht größer als 2 db ist. Der Wert der verschobenen Bezugskurve B v bei 500 Hz stellt dann den Zahlenwert des bewerteten Schalldämm-Maßes R w dar. Bei den Größen des Schalldämm-Maßes R sowie des bewerteten Schalldämm-Maßes R w wird nur die Schallübertragung durch das trennende Bauteil selbst berücksichtigt (siehe hierzu weiter Abschnitt 4).

19 Bauphysik II - Schallschutz Seite 15 Bild 13: Bezugskurve B zur Ermittlung der Einzahlangabe des bewerteten Schalldämm-Maßes nach [3], Teil 4 (aus [16])

20 Seite 16 Bauphysik II - Schallschutz 2.6 Trittschalldämmung Trittschallpegel L / Norm-Trittschallpegel L n [db] Um den Trittschallschutz von Decken zu bewerten, werden mit Hilfe eines Normhammerwerks nach [3], Teil 1 Messungen durchgeführt. Das Normhammerwerk besteht aus fünf auf einer Geraden angeordneten Hämmer definierter Masse z (500 g), Fallhöhen (40 mm) sowie Schlagzahl (10 x je Sekunde). Dieses Hammerwerk wird auf der zu prüfenden Decke positioniert und der Schallpegel L 2 je Terz in der Regel im darunterliegenden Raum gemessen (vgl. Bild 14). Bild 14: Messung der Trittschalldämmung Analog zur Bestimmung der Norm-Schallpegeldifferenz D n (vgl. Abschnitt 2.5.1) wird aus dem Schallpegel L der Norm-Trittschallpegel L n wie folgt berechnet: (8) Hierbei wird, wie in Abschnitt erläutert, das Verhältnis von der vorhandenen Absorptionsfläche A zur Bezugs-Absorptionsfläche A 0 (in der Regel A 0 = 10 m 2 ) des Empfangsraumes berücksichtigt. Wichtig: Im Gegensatz zur Bewertung des Luftschallschutzes, bei dem hohe Zahlenwerte des Schalldämm- Maßes einen guten Schallschutz kennzeichnen, wird für die Bewertung des Trittschallschutzes der Schallpegel herangezogen; niedrige Zahlenwerte kennzeichnen einen guten Schallschutz. Der Trittschallpegel ist somit nicht als "Dämmung", sondern als Maß für das Störgeräusch zu verstehen.

21 Bauphysik II - Schallschutz Seite Bewerteter Norm-Trittschallpegel L n,w Vergleichbar mit der Bestimmung des bewerteten Schalldämm-Maßes beim Luftschallschutz werden die frequenzabhängig bestimmten Trittschallpegel mit einer Bezugskurve nach [3], Teil 4 (vgl. Bild 15) verglichen, um wiederum eine Einzahlangabe für den Trittschallschutz zu erhalten. Bild 15: Bezugskurve B zur Ermittlung der Einzahlangabe des bewerteten Norm-Trittschallpegels nach [3], Teil 4 (aus [16]) Hierbei wird der bewertete Norm-Trittschallpegel L n,w bestimmt, indem die Bezugskurve B so lange in Richtung niedriger Schallpegel verschoben wird, bis die mittlere Überschreitung Ü der Meßwertkurve M zur verschobenen Bezugskurve B v nicht mehr als 2 db (vgl. Bild 15) beträgt ; bzw in Richtung höherer Schallpegel, bis die mittlere Unterschreitung U nicht mehr als 2 db beträgt (vgl. auch Bild 16). Der Wert der verschobenen Bezugskurve bei f = 500 Hz stellt dann den bewerteten Norm-Trittschallpegel L n,w als kennzeichnendes Maß des Trittschallschutzes dar. Anzumerken ist, dass beim Norm-Trittschallpegel sowie beim bewerteten Norm-Trittschallpegel nur die

22 Seite 18 Bauphysik II - Schallschutz Schallübertragung über die trennende Decke selbst berücksichtigt ist (vgl. hierzu weiter Abschnitt 4) Trittschallschutzmaß TSM [db] Neben den Angaben zu Trittschallpegeln in [1] werden zusätzlich Angaben zum Trittschallschutzmaß TSM gemacht. Das Trittschallschutzmaß war in den bisherigen Ausgaben der DIN 4109 das kennzeichnende Maß für den Trittschallschutz. Zwischen dem Trittschallschutzmaß TSM und dem bewerteten Norm-Trittschallpegel L n,w besteht folgender Zusammenhang: (9) Trittschallverbesserungsmaß L [db] Um die Verbesserung des Trittschallschutzes durch geeignete Deckenauflagen wie Teppichböden, schwimmender Estrich etc. zu kennzeichnen, wird das Trittschallverbesserungsmaß L eingeführt. Es ergibt sich aus der Norm-Trittschallpegeldifferenz der untersuchten Decke mit (L n,1 ) und ohne Deckenauflage (L n,0 ) (vgl. Bild 15 a): (10) Da das Trittschallverbesserungsmaß L von der Art der Rohdecke abhängen kann, müssen, um übereinstimmende Ergebnisse für das Verbesserungsmaß in verschiedenen Prüfständen zu erhalten, die gemessenen Werte auf eine Bezugsdecke bezogen werden. Der hierfür in [3], Teil 4 definierte Verlauf des Norm-Trittschallpegels der Bezugsdecke L n,r,0 (vgl. Bild 16 b) entspricht annähernd dem Verlauf des Norm-Trittschallpegels einer homogenen Stahlbetondecke mit einer Dicke von d 120 mm.

23 Bauphysik II - Schallschutz Seite 19 a) b) Bild 16: a) Bestimmung des Trittschallverbesserungsmaßes L b) Bestimmung des bewerteten Trittschallverbesserungsmaßes L w Bewertetes Trittschallverbesserungsmaß L w [db] Um wiederum eine Einzahl-Angabe für die frequenzabhängige Trittschallminderung L (vgl. Bild 16 a) zu erhalten, wird eine Bewertung, wie in Abschnitt beschrieben, erforderlich. Dieser Wert wird bewertetes Trittschallverbesserungsmaß L w genannt und basiert auf folgenden Beziehungen: Aus der gemessenen Trittschallminderung L (vgl. Gleichung 10) ergibt sich mit dem Norm- Trittschallpegel der Bezugsdecke L n,r,0 der "berechnete Norm-Trittschallpegel der Bezugsdecke einschließlich der zu prüfenden Deckenauflage L n,r " zu (11) der durch oben genannte Bewertung in den bewerteten Norm-Trittschallpegel der Bezugsdecke einschließlich der zu prüfenden Deckenauflage L n,w,r überführt wird, so dass sich das Trittschallverbesserungsmaß L w wie folgt berechnen läßt:

24 Seite 20 Bauphysik II - Schallschutz (12) da der bewertete Norm-Trittschallpegel der Bezugsdecke L n,w,r,0 = 78 db beträgt (vgl. Bild 16 b). Das bewertete Trittschallverbesserungsmaß L w wird in [1], Beibl. 1 auch mit dem in früheren Ausgaben von [1] üblichen VM gekennzeichnet. Zwischen beiden Werten besteht folgende Beziehung: (13) Äquivalenter, bewerteter Norm-Trittschallpegel L n,w,eq [db] Für die Bewertung der Trittschalldämmung von Massivdecken ohne Deckenauflage ist der äquivalente, bewertete Norm-Trittschallpegel L n,w,eq kennzeichnend. Dieser Wert läßt sich nach [3], Teil 4 vergleichbar mit Abschnitt diesmal unter Berücksichtigung einer Bezugs-Deckenauflage berechnen. Der in [1] verwendete Wert des bewerteten Norm-Trittschallpegels L n,w ergibt sich für eine durch trittschalldämmende Maßnahmen verbesserte Massivdecke zu: (14) oder mit älterer Bezeichnung: (15)

25 Bauphysik II - Schallschutz Seite Anforderungen an den Schallschutz 3.1 Bauordnung In der Berliner Bauordnung (Ausgabe 1985) heißt es u.a.: 16 Wärmeschutz, Schallschutz und Erschütterungsschutz (2) Gebäude müssen einen ihrer Nutzung entsprechenden Schallschutz haben. Geräusche, Erschütterungen oder Schwingungen, die von ortsfesten Einrichtungen in baulichen Anlagen oder auf Baustücken ausgehen, sind so zu dämmen, dass Gefahren oder unzumutbare Belästigungen nicht entstehen. 3.2 DIN 4109 Ausgabe November 1989 Der bauliche Schallschutz wird in DIN 4109 (Ausgabe November 1989) geregelt (vergleiche Bild 17). Schallschutz Anforderungen u. Nachweise Ausführungsbeispiele u. Rechenverfahren Vorschläge für erhöhten Schallschutz Empfehlungen für eigenen Wohnoder Arbeitsbereich DIN 4109 DIN 4109, Bbl. 1 DIN 4109, Bbl. 2 DIN 4109, Bbl. 2 Bild 17: Inhaltsübersicht zu DIN 4109 Im Hauptteil zu DIN 4109 werden die allgemeinen Anforderungen der Bauordnung präzisiert (vgl. Bild 18).

26 Seite 22 Bauphysik II - Schallschutz Bild 18: Anforderungen an den Schallschutz im Hochbau

27 Bauphysik II - Schallschutz Seite 23 Das Beiblatt 1 zu DIN 4109 enthält Ausführungsbeispiele für Bauteile sowie Rechenverfahren für den Schallschutznachweis. In Beiblatt 2 zu DIN 4109 werden darüber hinausgehend Vorschläge für einen erhöhten Schallschutz sowie Empfehlungen für den Schallschutz im eigenen Wohn- oder Arbeitsbereich angegeben, die jedoch nur dann bindend werden, wenn diese Vorschläge ausdrücklich zwischen dem Bauherrn und dem Entwurfsverfasser vereinbart werden. 3.3 Technische Anleitung zum Schutz gegen Lärm Die "technische Anleitung zum Schutz gegen Lärm" (TA Lärm) enthält Vorschriften zum Schutz gegen Lärm im Hinblick auf - die Prüfung von Anträgen auf Genehmigung zur Errichtung oder zur Veränderung von Betriebsstätten sowie - über nachträgliche Anordnungen über Anforderungen an die Technische Einrichtung und den Betrieb einer Anlage. 3.4 Richtlinien Durch den "Verein Deutscher Ingenieure" (VDI) werden zu diversen Themenbereichen des Schallschutzes weitergehende Angaben bzw. Empfehlungen gegeben, die jedoch zwischen Bauherrn und Entwurfsverfasser vertraglich zu vereinbaren sind. Beispielhaft seien folgende Richtlinien genannt: VDI (Ausgabe August 1988) Lärmminderung an Aufzugsanlagen VDI (Ausgabe September 1980) Lärmminderung in Betrieben VDI (Ausgabe August 1976) Schallabstrahlung von Industriebauten VDI (Ausgabe Juli 1974) Lärmminderung bei Wärmekraftanlagen VDI (Ausgabe Januar 1988) Schallausbreitung im Freien

28 Seite 24 Bauphysik II - Schallschutz VDI (Ausgabe September 1977) Lärmminderung an Warm- und Heißwasser-Heizungsanlagen VDI (Entwurf) (Ausgabe Juni 1975) Schallschutz im Städtebau VDI (Ausgabe August 1987) Schalldämmung von Fenstern und deren Zusatzeinrichtungen VDI (Entwurf) (Ausgabe Februar 1990) Schallschutz bei Gaststätten und Kegelbahnen VDI (Entwurf) (Ausgabe Februar 1983) Schallschutz bei Krankenhäusern und Sanatorien VDI (Entwurf) (Ausgabe Oktober 1989) Schallschutz von Wohnungen

29 Bauphysik II - Schallschutz Seite Arten der Schallübertragung 4.1 Schallübertragungswege Die Schallübertragung von einem (lauten) Senderaum (S) in einen (leisen) Empfängerraum (E) erfolgt nicht nur über das trennende Bauteil sondern auch über eine Nebenweg-Übertragung (vgl. Bild 19). Die Nebenweg-Übertragung setzt sich aus der Flanken-Übertragung sowie Schallbrücken- Übertragung zusammen. Unter der Flanken-Übertragung ist der Teil der Nebenweg-Übertragung zu verstehen, der ausschließlich über die Bauteile erfolgt. Eine Schallbrückenübertragung ergibt sich durch Undichtigkeiten (Fugen, Steckdosen, Schlüssellöcher etc.), Lüftungsanlagen, Rohrleitungen u.ä.. Bild 19: Übersicht der Schallübertragung In Bild 20 sind die möglichen Schallübertragungswege in massiven Bauteilen zwischen zwei aneinandergrenzenden Räumen dargestellt. Dabei sind die Wege der Flankenübertragung entsprechend [6] bezeichnet. Mit den Großbuchstaben werden die Eintrittsflächen im Senderaum, mit den Kleinbuchstaben die Austrittsflächen im Empfangsraum gekennzeichnet, wobei D und d auf das direkte trennende Bauteil, F und f auf die flankierenden Bauteile hinweisen.

30 Seite 26 Bauphysik II - Schallschutz Bild 20: Schematische Darstellung der verschiedenen Wege der Schallübertragung in massiven Bauteilen zweier angrenzender Räume Bei übereinanderliegenden Räumen ergeben sich unter zusätzlicher Berücksichtigung des Trittschalleinflusses die in Bild 21 dargestellten Wege der Schallübertragung. Bild 21: Schematische Darstellung der verschiedenen Wege der Schallübertragung in massiven Bauteilen zweier übereinanderliegender Räume Als Sonderfall der Flankenübertragung wird die Schallübertragung Ff als Schall-Längsleitung bezeichnet. Die in Abschnitt 2.5 und 2.6 bisher erläuterten Schallschutzkenngrößen bewertetes Schalldämm-Maß R w und bewerteter Normtrittschallpegel L n,w berücksichtigen lediglich die Schallübertragung über das trennende Bauteil (Dd). Da es jedoch baupraktisch in der Regel nicht möglich ist, den Bauteilanschluß zwischen trennendem Bauteil und flankierendem Bauteil derart auszubilden, dass eine Flanken-Übertragung ausgeschlossen werden kann, ist nach [1] der Schallschutz "unter Berücksichtigung der an der Schallübertragung beteiligten Bauteile und Nebenwege im eingebauten Zustand" nachzuweisen.

31 Bauphysik II - Schallschutz Seite Luftschalldämmung Als kennzeichnende Größe für die Luftschalldämmung unter Berücksichtigung der Schallübertragung über flankierende Bauteile wird das bewertete Schalldämm-Maß mit Flankenübertragung R' w (sprich: R Strich w) angegeben. Aus physikalischen Gründen ist dabei zwischen folgenden Bauarten zu unterscheiden: - Massivbauart - Holzbau- und Skelettbauart. Eine Massivbauart im Sinne DIN 4109 liegt dann vor, wenn das trennende Bauteil (D) und die flankierenden Bauteile (F) in akustischer Hinsicht biegesteif miteinander verbunden sind (vgl. Bild 22), so dass sich eine Flankenübertragung auf den Wegen Df sowie Fd einstellen kann. Dieses schallschutztechnische Phänomen wird durch die Größe der Verzweigungsdämmung L v gekennzeichnet (siehe hierzu [6]). Bild 22: Massivbauart: statisches System sowie Schallübertragungswege bei biegesteifer Anbindung des trennenden Bauteils D an die flankierenden Bauteile F (aus [19]) Ein in akustischer Hinsicht biegesteifer Anschluss kann z.b. selbst bei Mauerwerk mit Stumpfstoß allein durch den Putz gegeben sein. Bei einer Holzbauart oder Skelettbauart fehlt die in akustischer Hinsicht biegesteife Verbindung, so dass sich das trennende Bauteil (D) und die flankierenden Bauteile (F) nicht schwingungstechnisch gegenseitig beeinflussen (vgl. Bild 23). Damit verbleibt für die Flankenübertragung lediglich der Weg Ff.

32 Seite 28 Bauphysik II - Schallschutz Bild 23: Holz- oder Skelettbauart: statisches System sowie Schallübertragungswege bei gelenkiger Verbindung zwischen trennendem und flankierenden Bauteilen (aus [19]) Das Gesamt-Schalldämm-Maß einer Trennwand oder -decke einschließlich der Schallübertragung der Schallnebenwege R' w wird entweder in Prüfständen mit bauähnlicher Flankenübertragung nach [3], Teil 2 oder rechnerisch ermittelt. Bei der rechnerischen Ermittlung ist aufgrund der verschiedenen Flankenübertragungsarten zwischen der Massivbauart einerseits und der Holz- und Skelettbauart andererseits zu differenzieren Massivbauart Die Berechnung von R' w erfolgt entweder über eine energetische Addition oder nach einem vereinfachten Verfahren. energetische Addition: Bei der energetischen Addition sind - zum einen die einzelnen oben beschriebenen Schallübertragungswege je Flankenbauteil - zum anderen die einzelnen Flankenbauteile zu berücksichtigen. (16) Dabei ergeben sich die drei letzten Summanden der Gleichung 16 aus der Summe der an der Schallübertragung beteiligten flankierenden Bauteile (i.d.r. vier); zum Beispiel:

33 Bauphysik II - Schallschutz Seite 29 (17) Sinngemäß gilt dies auch für R' 3,w und R' 4,w. Die Rechnung entsprechend Gleichung 16 vereinfacht sich in der Regel, weil häufig der Übertragungsweg Df und damit R' 4,w wegfällt. Des weiteren sind die Anteile aus dem Übertragungsweg Ff und Fd näherungsweise gleich, sofern die Fläche des Trennelementes S Tr mit der Fläche des an der Schallübertragung beteiligten Flankenbauteils S L,2 übereinstimmt. Die Differenz zwischen R' 2,w und R' 3,w beträgt nämlich (18) und liegt je nach Raumabmessungen ungefähr zwischen etwa +3 und -3 db. vereinfachtes Verfahren: Das oben beschriebene Verfahren der energetischen Addition erweist sich für die baupraktische Anwendung als sehr aufwendig, da - die vier Flankenbauteile einzeln berücksichtigt werden müssen und - das Ergebnis nur für eine der Rechnung zugrunde gelegte spezielle Raumanordnung gültig ist, weil die Raumabmessungen über die Trennwand- und Flankenbauteilflächen eingehen. Die Rechnung müßte deshalb für eine Reihe von Räumen durchgeführt werden. Für ein vereinfachtes Verfahren, das auch in [1], Beiblatt 1 Eingang gefunden hat, wurden folgende Vereinfachungen getroffen: - Wie oben beschrieben ergibt sich entsprechend Gleichung 17 eine Differenz zwischen R' 2,w und R' 3,w je nach Raumabmessungen von maximal +3 bis -3 db. Beim vereinfachten Verfahren wird diese Differenz zu 0 db gesetzt. Der dadurch entstehende Fehler ist weit kleiner als ± 3 db, da sich durch die Berücksichtigung von vier Flankenbauteilen eine Kompensation ergibt. - Wie Bild 24 zu entnehmen ist, ist das Flankendämm-Maß je nach Bauart in hohem Maße von der flächenbezogenen Masse der flankierenden Bauteile abhängig. Da die flächenbezogenen Masse der flankierenden Bauteile in der Regel bei 300 kg/m 2 liegt, wurde diese Masse als Bezugswert gewählt.

34 Seite 30 Bauphysik II - Schallschutz Bild 24: Einfluß der mittleren flächenbezogenen Masse m' L,mittel der Flankenbauteile auf die Schalldämmung typischer Trennwände a: Einschalige Massivwand m' Tr = 300 kg/m 2 b: Doppelschalige Wand aus biegeweichen Schalen mit R w = 60 db b': wie b, jedoch R w = 70 db Entsprechend Bild 24 ergibt sich im bauakustisch relevanten Bereich für massive Bauteile (Fall a) nur eine Differenz von ± 3 db, so dass eine energetische Addition durch eine lineare Addition der flächenbezogenen Massen ersetzt werden kann. Bei Trennwänden und -decken mit biegeweichen Schalen (Fall b und b') ist eine derartige Näherung nicht zulässig, da Differenzen bis etwa ± 10 db auftreten können. Somit muß bei der Ermittlung der mittleren flächenbezogenen Masse zwischen zwei Arten von Trennwänden und -decken unterschieden werden. 1.) Einschalige Massivwände oder -decken (biegesteife Bauteile) 2.) Doppelschalige Trennwände und -decken aus biegeweichen Schalen. Der Einfluß der mittleren flächenbezogenen Masse m' L,mittel bei biegesteifen trennenden Bauteilen entsprechend 1.) wird nach Gleichung 19 durch Bildung des arithmetischen Mittels der einzelnen flankierenden Bauteilmassen berücksichtigt. (19)

35 Bauphysik II - Schallschutz Seite 31 Dahingehend wird bei trennenden Bauteilen aus biegeweichen Schalen bzw. Holzbalkendecken eine Ermittlung der mittleren flächenbezogenen Masse aufgrund des größeren Einflusses nach Gleichung 20 erforderlich. (20) In [1], Beiblatt 1 werden in Abhängigkeit von der mittleren flächenbezogenen Masse Korrekturwerte K L,1 angegeben. Des weiteren ist zu berücksichtigen, dass die Flankenübertragung in hohem Maße davon abhängt, ob die Flankenbauteile bekleidet sind oder aus bauakustisch biegeweichen Schalen bestehen. Dabei wird vorausgesetzt, dass in beiden Räumen die flankierenden Bauteile mit Vorsatzschalen oder schwimmenden Böden versehen sind und diese im Bereich des trennnenden Bauteils unterbrochen sind. Flankenbauteile aus biegeweichen Schalen müssen ebenfalls im Bereich des trennenden Bauteils unterbrochen sein. In [1] Beiblatt 1 wird dieser Einfluß durch einen Korrekturwert K L,2 berücksichtigt. Nach dem vereinfachten Verfahren ergibt sich somit das bewertete Schalldämm-Maß R' w zu (21) K L,1 = Korrekturbeiwert für die Masse der flankierenden Bauteile K L,2 = Anzahl der flankierenden, biegeweichen Bauteile oder Bauteile mit biegeweichen Vorsatzschalen Holz- und Skelettbauart Die Berechnung von R' w erfolgt entweder über eine energetische Addition oder mit einem vereinfachten Nachweis. Bei beiden Nachweisverfahren sind nach [1], Beiblatt 1, Abschnitt 5.2 folgende Voraussetzungen einzuhalten: 1. Alle an der Schallübertragung beteiligten Bauteile und Anordnungen (z.b. auch Lüftungskanäle) müssen erfaßt werden. 2. Die Schallängsdämm-Maße der flankierenden Bauteile werden durch die Art des trennenden Bauteils nicht oder nur unwesentlich beeinflußt. Dieses ist bei den in [1], Beiblatt 1 angegebenen Bauteilen und deren Kombination der Fall.

36 Seite 32 Bauphysik II - Schallschutz 3. Die dem Nachweis zugrunde liegenden Rechenwerte sind unter Berücksichtigung der Anschlüsse an Wände und Decken sowie unter Berücksichtigung des Einflusses von Einbauleuchten und angeordneten Steckdosen zu ermitteln. 4. Der Aufbau wird sorgfältig ausgeführt und überwacht. Insbesondere sind Undichtigkeiten zu vermeiden, sofern sie nicht in den Konstruktionsdetails, die den Rechenwerten zugrunde liegen, bereits erfaßt sind. 5. Der Anschluss des flankierenden Bauteils ist zu beiden Seiten des trennenden Bauteils konstruktiv gleichartig ausgebildet. 6. Das verwendete Dichtungsmaterial ist dauerelastisch; poröse Dichtungsstreifen wirken nur in stark komprimiertem Zustand (unter Preßdruck). Energetische Addition: Bei der energetischen Addition ist - zum einen die Schallübertragung über das trennende Bauteil (Dd) und - zum anderen die Schallängsleitung über die flankierenden Bauteile (i = 1 bis n (i.d.r. n=4)) zu berücksichtigen. (22) Dabei wird unter R w,r das bewertete Schalldämm-Maß des trennenden Bauteils ohne Längsleitung über flankierende Bauteile verstanden. Der Rechenwert des bewerteten Schall-Längsdämm-Maßes R L,w,R,i wird entweder aus Messungen nach [3], Teil 7 oder aus den Ausführungsbeispielen nach [1], Beiblatt 1, Abschnitt 6, ermittelt. Da die Schallängsleitung von der Raumgeometrie abhängt, geht des weiteren - das Verhältnis der Fläche des trennenden Bauteils S T zur Bezugsfläche S 0 (S 0 = 10 m 2 ) sowie - das Verhältnis der gemeinsamen Kantenlänge zwischen dem trennenden und dem flankierenden ein. Bauteil i zur Bezugslänge 0 - für Decken, Unterdecken, Fußböden 0 = 4,5 m - für Wände 0 = 2,8 m

37 Bauphysik II - Schallschutz Seite 33 (23) Bei einer Ermittlung des Schall-Längsdämm-Maßes durch Messungen nach [3], Teil 7 wird entweder das Labor-Schall-Längsdämm-Maß oder das Bau-Schall-Längsdämm-Maß bestimmt. Das Labor-Schall-Längsdämm-Maß R L ergibt sich aus der Schalldruckpegeldifferenz im Sende- und Empfangsraum und wird auf den Quotienten zwischen Bezugs-Trennfläche (S 0 = 10 m 2 ) sowie die äquivalente Absorptionsfläche des Empfangsraumes nach Gleichung 24 bezogen. (24) Dieser frequenzabhängige Wert wird wie in Abschnitt beschrieben in eine Einzahlangabe des bewerteten Labor-Schall-Längsdämm-Maß R L,w,P überführt (vgl. auch Abschnitt 6.1). Das bewertete Bau-Schall-Längsdämm-Maß R L,w,B wird nach Bestimmung des bewerteten Labor-Schall- Längsdämm-Maßes R L,w unter Berücksichtigung der am Bau vorhandenen geometrischen Beziehungen ermittelt. (25) Vereinfachter Nachweis: Nach [1], Beiblatt 1, Abschnitt 5.3 kann im Rahmen eines vereinfachten Nachweises der Einfluß der Schallängsleitung überschläglich derart berücksichtigt werden, dass entsprechend Gleichungen 26 und 27 Einzelnachweise für alle an der Schallübertragung beteiligten Bauteile - dem trennenden sowie den flankierenden - geführt werden, wobei gegenüber dem erforderlichen bewerteten Schalldämm-Maß erf R' w ein Vorhaltemaß von 5 db zu berücksichtigen ist. (26) Da es sich bei dem vereinfachten Verfahren um einen überschlägigen Nachweis handelt, führt dieser häufig zu unwirtschaftlichen Konstruktionen.

38 Seite 34 Bauphysik II - Schallschutz 4.3 Trittschalldämmung Der Einfluß der flankierenden Bauteile auf den bewerteten Normtrittschallpegel wird in den Tabellen des Beiblatts 1 zu [1] bereits berücksichtigt (siehe hierzu weiter Abschnitt 6.3 des Skriptes). 4.4 Schallbrückenübertragung Die Luftschalldämmung wird in hohem Maße von Undichtigkeiten wie Spalten, Rissen, Fugen oder Poren beeinflußt. Bild 25: Schalldämm-Maß verputzter und unverputzter Wandkonstruktionen (aus [23]) Wie Bild 25 zu entnehmen ist, wird das Schalldämm-Maß R w durch einen hohen Fugen- bzw. Porenanteil erheblich gemindert. Hieraus ergibt sich - insbesondere unter Berücksichtigung der im Hinblick auf eine Rationalisierung propagierten unvermörtelten Stoßfugen im Mauerwerksbau - die Forderung, Mauerwerkswände grundsätzlich zu verputzen. Bei Bauten in Holz- oder Skelettbauart sind Fugen im Bereich von Anschlüssen dauerelastisch zu schließen (siehe hierzu weiter Abschnitt 5.3 des Skriptes). Im folgenden Beispiel soll die Reduzierung des resultierenden Schalldämm-Maßes durch den sogenannten "Schlüssellocheffekt" verdeutlicht werden. Beispiel: "Schlüssellocheffekt"

39 Bauphysik II - Schallschutz Seite 35 Wand: R w,r,i = 55 db Öffnung: R w ~ 0 S ges = 2,50 5,00 = 12,5 m 2 S 2 = 1 cm 2 Bild 26: "Schlüssellocheffekt" Die kleine Öffnung verschlechtert das resultierende Schalldämm-Maß um 6 db, das entspricht ungefähr einer Vervierfachung des Lautstärkeempfindens.

40 Seite 36 Bauphysik II - Schallschutz 5. Maßnahmen zur Erzielung des erforderlichen Schallschutzes 5.1 Prinzipien Zur Erzielung des erforderlichen Schallschutzes können folgende Prinzipien angewendet werden: 1. Beseitigung der Lärmentstehung: Verkehrslärm: Der Schalleistungspegel einer Maschine ist von ihrer abgebenden Maschinenleistung abhängig. So steigt der auftretende Schallpegel eines Kfz's mit zunehmender Geschwindigkeit, zunehmender Straßensteigung sowie beim Anfahren (erhöhte Motordrehzahl). Eine Reduzierung der Lärmentwicklung ist somit durch Geschwindigkeitsbegrenzungen, geeignete Straßenführung, Lichtsignalanlagen sowie durch einen ebenen Straßenbelag möglich. Gewerbelärm: Verminderung durch Kapselung der Schallquellen (Geräte etc.). 2. Minderung des Schallpegels im Raum: Eine Minderung des Schallpegels im Raum kann durch schallschluckende Bauteile erreicht werden. Wird z.b. die Nachhallzeit eines Raumes T 1 = 2s auf T 2 = 1s reduziert, ergibt sich eine Minderung des Schallpegels L zu (28) Es zeig t sich, daß diese Maßnahme wenig wirksam ist. 3. Verhinderung der Lärmausbreitung: Die Lärmausbreitung kann durch - planerische Maßnahmen (vgl. Abschnitt 5.2) sowie - konstruktive Maßnahmen (vgl. Abschnitt 5.3) reduziert werden.

41 Bauphysik II - Schallschutz Seite Planerische Maßnahmen Planerische Maßnahmen werden in hohem Maße bereits durch den Entwurf des Stadtplaners bzw. des Architekten bestimmt. Bei der übergeordneten und überörtlichen Planung kann durch eine günstige Anordnung von Industrie- und Gewerbebetrieben zu Wohngebieten die Schallimmission in die ruhe- oder schutzbedürftigen Bereiche (Wohngebiete) durch die Schallemission der Schallquellen (Industrie- und Gewerbegebiete) reduziert werden. Entsprechend Bild 27 werden z.b. Gewerbeflächen durch zwischengelagerte Grün- und Freiflächen von Wohnflächen getrennt. Bild 27: Ungünstige (a) und günstige (b) Anordnung von Gewerbeflächen (aus [10]) Bei der Schallausbreitung im Freien ist neben einer möglichen Bewuchsdämpfung (Schallstreuung an Ästen oder Blättern) auch die Hauptwindrichtung zu berücksichtigen (vgl. [11]). Abschätzungen für die Schall-Leistungspegel in Industrie- und Gewerbegebieten sind [9] zu entnehmen. Innerhalb von schutzbedürftigen Baugebieten lassen sich durch geschlossene Baublöcke ruhige Innenhöfe schaffen, zu denen vorzugsweise die schutzbedürftigen Räume orientiert werden sollten (vgl. Bild 28). Unter schutzbedürftigen Räumen werden nach [1] Wohnräume, Schlafräume, Unterrichtsräume, Büroräume (ausgenommen Großraumbüros) oder Sitzungsräume verstanden. Die lärmunempfindlichen oder selbst lärmerzeugenden Räume - wie Treppenhäuser, Flure, Sanitärräume, Küchen, Lager oder Archivräume - können zur Schallquelle (hier Straße) orientiert werden.

42 Seite 38 Bauphysik II - Schallschutz Bild 28: a) ungünstige offene Bebauung b) günstige geschlossene Bebauung mit ruhigen Innenhöfen (aus [10]) Bei einer gemischten Nutzung, z.b. bei Wohn- und Gewerbebebauung, kann durch eine günstige Anordnung die Schallimmission für die Wohnungen reduziert werden. In Bild 28 wird der Verkehrslärm durch die vorgelagerten Zweckbauten abgeschirmt. Bild 29: Ungünstige (a) und günstige (b) Anordnung von Zweckbauten bei offener Randbebauung in Mischnutzungsgebieten (aus [10]) In Bild 30 erfolgt die Reduzierung der Schallimmission durch eine Abschattung der gegenüber den darunterliegenden Gewerberäumen zurückgesetzten Wohnbereiche. Diese Maßnahme ist insbesondere bei schmalem Straßenraum wirkungsvoll.

43 Bauphysik II - Schallschutz Seite 39 Bild 30: Lärmabschattung der Wohnbereiche bei vertikaler Nutzungsmischung im innerstädtischen Kernbereich (schmaler Straßenraum) Des weiteren besteht die Möglichkeit, eine Pegelminderung am Immissionsort durch Abschirmwände oder - wälle auf Grundlage der Schallreflexion bzw. der Schallabsorption zu erzielen (vgl. Bild 31). Bild 31: Abschirmwälle oder -wände: a) Schrägstellung beeinflußt den Reflexionswinkel b) Absorptionsmaterial verhindert Reflexionen (aus [21]) Bei der Grundrißanordnung der einzelnen Gebäude ist darauf zu achten, daß zum einen schutzbedürftige Räume nicht direkt an laute Räume angrenzen und daß haustechnische Anlagen wie Armaturen oder Rohrleitungen nicht an Wohnungstrennwänden installiert werden (vgl. Bild 32 und Bild 33).

44 Seite 40 Bauphysik II - Schallschutz Bild 32: Bauakustisch ungünstige Grundrißanordnung (aus [12]): a) Armatur oder Rohrleitung an Wohnungstrennwand; fremder Wohn-, Schlaf- oder Arbeitsraum grenzt unmittelbar an; besonders starke Übertragung. b) Armatur oder Rohrleitung an Wohnungstrennwand; fremder Wohn-, Schlaf- oder Arbeitsraum grenzt mittelbar an; starke Übertragung. c) Armatur oder Rohrleitung an Trennwand, die einen Wohn-, Schlaf- oder Arbeitsraum begrenzt; starke Übertragung zu fremden Wohn-, Schlaf- oder Arbeitsräumen im darunter- und darüberliegenden Geschoss.

45 Bauphysik II - Schallschutz Seite 41 Bild 33: Bauakustisch günstige Grundrißanordnung (aus [12]): a) Armatur oder Rohrleitung nicht an Wohnungstrennwand und nicht an Wänden, die einen Wohn-, Schlaf- oder Arbeitsraum begrenzen. b) Armatur oder Rohrleitung zwar an Wohnungstrennwand, jedoch keine Wohn-, Schlaf- oder Arbeitsräume an Wohnungstrennwand angrenzend. c) Armatur oder Rohrleitung nicht an Trennwand, die einen Wohn-, Schlaf- oder Arbeitsraum begrenzt, sondern an Zwischenwand zwischen Bad und Küche (vgl.auch Abschnitt 5.3.4).

46 Seite 42 Bauphysik II - Schallschutz 5.3 Konstruktive Maßnahmen Konstruktive Maßnahmen fallen in erster Linie in das Aufgabengebiet des beratenden Ingenieurs. Die unterschiedlichen Prinzipien der Verminderung der Lärmausbreitung werden an folgenden Konstruktionen erläutert Wandkonstruktionen Einschalige Wandkonstruktionen Unter einschaligen Bauteilen werden sowohl einschichtige Bauteile wie auch mehrschichtige Bauteile, bei denen die einzelnen Schichten miteinander weitgehend vollflächig verbunden sind (wie z.b. Putz - Mauerwerk - Putz) verstanden. Einschalige Bauteile sind dadurch gekennzeichnet, daß die Massepunkte, die auf einer Flächennormalen liegen, bei Schwingungen des Bauteils ihren Abstand nicht verändern. Das Schalldämm-Maß derartiger Konstruktionen ist von Berger (Dissertation 1911, Technische Universität München) rechnerisch ermittelt worden: (29) Es zeigt sich, daß das Schalldämm-Maß R eine Funktion der Frequenz f sowie der flächenbezogenen Masse m' ist. Je schwerer das Bauteil ist, um so besser ist seine Schalldämmung (vgl. Bild 33 Kurve a). Wie Gleichung 29 ebenfalls zu entnehmen ist, nimmt die Schalldämmung mit höheren Frequenzen zu. Aus diesem Grund klingen die ein Bauteil durchdringenden Geräusche dumpfer als die der Schallquelle.

47 Bauphysik II - Schallschutz Seite 43 Bild 34: Bewertetes Schalldämm-Maß R' w,r von einschaligen biegesteifen Wänden und Decken (Rechenwert) in Abhängigkeit der flächenbezogenen Masse m' a) nach Bergerschem Massegesetz b) nach Messungen c) nach DIN 4109, Beiblatt 1, Tabelle 1 Verschiedene spätere Untersuchungen zeigten, daß die auf Grundlage des Bergerschen Massegesetzes theoretisch ermittelten Schalldämmwerte in der Praxis nicht erreicht werden (vgl. Bild 34 Kurve b). Die Ursache für diese Diskrepanz liegt in den Voraussetzungen des Bergerschen Massegesetzes, nämlich der Annahme eines biegeweichen Bauteils EI = 0 sowie einem normal zum Bauteil gerichteten Schalleinfall. Cremer (TU Berlin) zeigte, daß die Schalldämpfung eines einschaligen Bauteils in bestimmten Frequenzbereichen entscheidend durch die Biegewellenausbreitung beeinflußt wird. Wird eine einschalige Wand an einer Stelle punktförmig durch einen Schwingerreger angeregt, so breiten sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit, die von der Rohdichte, dem E-Modul des Materials, der Bauteildicke und der Erregerfrequenz abhängt, Biegewellen auf dem Bauteil aus. Trifft nun eine Luftschallwelle schräg auf ein Bauteil auf, so erzeugt sie in diesem Bauteil Biegewellen. Ist dabei die sich ausbreitende Biegewelle im Bauteil in Wellenlänge und Ausbreitungsgeschwindigkeit der Luftschallwelle gleich, so entsteht eine räumliche Resonanz. Die Druckextrema der Luftschallwelle fallen dann immer mit den Extrema der Biegewelle des Bauteils zusammen. Dieses führt zu einer Vergrößerung der Biegewellenamplituden der Wand und damit zu einer größeren Schallabstrahlung von Luftschall auf der Empfangsraumseite.

48 Seite 44 Bauphysik II - Schallschutz Dieser Effekt wird Spuranpassung oder Koinzidenz (Zusammentreffen zweier Ereignisse) genannt. Bild 35: Koinzidenz (aus [21]): a) Biegewellenausbreitung durch punktuelle Anregung einer Schale (mit Wellenlänge b und Ausbreitungsrichtung a rb b) Koinzidenz durch schräg auffallende Luftschallwelle c) Koinzidenz zwischen Bauteilbiegewelle sowie Luftschallwellen unterschiedlicher Einfallswinkel i und Wellenlängen. Wie Bild 35 c zu entnehmen ist, wird mit flacher werdendem Einfallswinkel der Luftschallwelle ihre Wellenlänge größer und damit ihre Frequenz niedriger. Die niedrigste Frequenz, die bei einem Bauteil Koinzidenz hervorruft - also bei streifendem Schalleinfall parallel zur Wand - wird Koinzidenzfrequenz oder Grenzfrequenz f g genannt und läßt sich näherungsweise nach Gleichung 30 bestimmen. (30) Die Grenzfrequenz f g ist somit von der Plattendicke d[m] sowie der Rohdichte [kg/m³] und dem dynamischen Elastizitätsmodul E dyn [MN/m²] des Bauteils abhängig. Der dynamische Elastizitätsmodul E dyn wird nach [13] bei einer dynamischen Wechselbeanspruchung als Tangentenmodul im Ursprung bestimmt. Bei porösen Baustoffen ist der dynamische Elastizitätsmodul gegenüber dem statischen Elastizitätsmodul größer, da bei einer dynamischen Wechselbeanspruchung die Luft im Porenraum aufgrund der Trägheit nicht entweichen kann und somit durch Kompression zu einem Steifigkeitszuwachs gegenüber einer statischen Belastung führt. Wie Bild 36 zu entnehmen ist, fällt das Schalldämm-Maß R etwas oberhalb der Grenzfrequenz f g ab. Dieser Abfall wirkt sich bei einschaligen Bauteilen dann ungünstig aus, wenn die Grenzfrequenz innerhalb des bauakustisch relevanten Bereichs (100 bis 3200 Hz) liegt.