IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 21/1999, Seite 38 ff.
SHK-TECHNIK
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Schalltechnische Zusammenhänge
Dipl.-Ing. Willi Mantz* Teil 2
Dieser Teil der Serie untersucht den Unterschied zwischen den Einheiten dB und dB (A) und zeigt, in welchem Verwandschaftsverhältnis sie zueinander stehen. Des weiteren werden Geräusche miteinander verglichen und unterschiedliche Ventilatorbauarten beurteilt.
dB oder dB (A)?
Wenn man mit Schalldämmungs- bzw. mit Schalldämpfungsproblemen konfrontiert wird, so ist es wichtig, drei Hauptgebiete bei den Problemen Sanitär, Heizung und Klima zu unterscheiden.
1. Wenn gefordert ist, daß es in einem Raum nur eine gewisse Lautstärke geben darf, muß mit absoluter Sicherheit festgestellt werden, ob die geforderte Angabe in dB oder in dB (A) gelten soll. Bei diesem Wert handelt es sich dann um einen Schalldruckpegel, der als maximaler Wert auftreten darf. Die Höhe des Schalldruckpegels in diesem Raum hängt u.a. auch davon ab, wie groß die Absorptionsfläche dieses Raumes ist. Die Norm bezieht sich immer auf eine Bezugsabsorptionsfläche A0.
2. Wird von einer Schallquelle Luftschall erzeugt, dann können die damit verbundenen Luftdruckschwankungen die umgebenden Bauteile (Wände, Decken etc.) in Biegeschwingungen versetzen. Diese versetzen dann wiederum die angrenzende Luft im Nachbarraum in Schwingungen. Man nennt dieses Phänomen Luftschallübertragung. Der Widerstand, den ein Bauteil einer solchen Schwingungsübertragung entgegensetzt, ist seine Luftschalldämmung. Wird ein Bauteil jedoch direkt in die Schwingungen versetzt (Nagel einschlagen, Türe zuschlagen), dann kommt es zur Körperschallanregung. Auch hier wird die Luft im Nebenraum zu Schwingungen veranlaßt. Körperschallanregung führt zu Luftschall im Nebenraum.
Bei der Messung der Luftschalldämmung wird die Schalldämmung eines Bauteiles festgestellt. Liegen die Werte über einer festgelegten Sollkurve, dann ist die Schalldämmung besser als gefordert. Liegen sie unter der Sollkurve, dann ist die Schalldämmung schlechter. Anhand der Normkurve wird also beurteilt, wie gut oder wie schlecht die Dämmung eines Bauteiles ist.
3. Für Decken gilt die Beurteilung der Trittschalldämmung. Trittschall entsteht, wenn z.B. Fußböden beim Gehen in Schwingungen versetzt und die Schallwellen von den umgebenden Bauteilen benachbarter Räume übertragen werden, deren Bewohner es dann gar nicht so sehr schätzen, solchermaßen "fremdbeschallt" zu werden. Bei den Gegenmaßnahmen — und das ist dann die Trittschalldämmung — muß man berücksichtigen, daß nicht nur die trennenden Bauteile, sondern meistens auch die flankierenden an der Übertragung der Schallwellen beteiligt sind.
| Bild 1: Geräusch 1, befriedigendes Ergebnis. |
Auch zur Beurteilung der Trittschalldämmung wird eine Normkurve herangezogen. Bei einer Decke wird jedoch nicht die Schalldämmung des Bauteiles an sich festgestellt, sondern es wird beurteilt, wie viel noch unterhalb der Decke ankommt. Je weniger "unten ankommt" desto besser ist die Trittschalldämmung der Decke. Die Kurve zur Beurteilung der Trittschalldämmung liegt deshalb in genau entgegengesetzter Richtung als die Kurve der Luftschalldämmung.
Im allgemeinen wird für die Forderung eines Schalldruckpegels bzw. einer Schalleistung ein Wert in dB angegeben. Dieser dB-Wert ist dann einzuhalten. Soweit ausgeführt, handelt es sich bei der dB (A)-Bewertung um Abzüge von der Schalleistung in den einzelnen Frequenzen, wobei das Geräusch nach seiner Störwirkung beurteilt wird bzw. wie laut ein Geräusch in den einzelnen Frequenzen empfunden wird
Bei der Rechnung mit dB- bzw. dB (A)-Werten taucht immer wieder die Frage auf, wieviel dB (A) entsprechen wieviel dB. Bei der Beantwortung dieser Frage muß ganz klar gesagt werden, daß es keinen Zusammenhang gibt, wieviel dB wieviel dB(A) entsprechen (Tabelle 1).
Tabelle 1: Zwei vollkommen unterschiedliche Geräusche! ...aber beide ergeben jeweils den gleichen Wert in dB (A)
Geräusch 1 | ||||||||
Frequenz | 63 | 125 | 250 | 500 | 1000 | 2000 | 4000 | 8000 |
Geräuschanalyse | 50,2 | 56,1 | 57,6 | 52,2 | 49 | 46,8 | 41 | 30,1 |
ergibt zusammen 61,4 dB | ||||||||
A-Bewertung | -26,1 | -16,1 | -8,6 | -3,2 | 0 | +1,2 | +1,0 | —1,1 |
Bewerteter Schallpegel LPA | 24,1 | 40,0 | 49,0 | 49,0 | 49,0 | 48,0 | 42,0 | 29 |
ergibt zusammen etwa 55 dB (A) | ||||||||
Geräusch 2 | ||||||||
Frequenz | 63 | 125 | 250 | 500 | 1000 | 2000 | 4000 | 8000 |
Geräuschanalyse | 30,2 | 36,1 | 42,6 | 43,2 | 50 | 47,8 | 48 | 48,7 |
ergibt zusammen 55,3 dB | ||||||||
A-Bewertung | -26,1 | -16,1 | -8,6 | -3,2 | 0 | +1,2 | +1,0 | —1,1 |
Bewerteter Schallpegel LPA | 4,1 | 20,0 | 34,0 | 40,0 | 50,0 | 49,0 | 49,0 | 47,6 |
ergibt zusammen etwa 55 dB (A) | ||||||||
Aus der Analyse der beiden Geräusche ergibt sich für Geräusch 1 ein Wert von 61,4 dB. Nach A bewertet in den einzelnen Frequenzen ergibt sich 55 dB(A). Beim Geräusch 2 erhält man 55,3 dB. Auch hier ist nach der A-Bewertung in den einzelnen Frequenzen der dB (A)-Wert wieder ebenfalls 55.
Es ergibt sich nun die erstaunliche Tatsache, daß das Geräusch 1 einen höheren unbewerteten Zahlenwert aufweist als das Geräusch 2. Beide haben jedoch einen dB (A)-Wert von 55. Wie aus den vorhergehenden Erklärungen und der Eintragung in die beiden Bilder 1 und 2 jedoch deutlich erkennbar ist, ist das Geräusch 2 das wesentlich unangenehmere, trotzdem es unbewertet einen niedrigeren Gesamtpegel hat als das Geräusch 1.
Um eine weitere Beurteilung für Geräusche zu haben, sind Grenzkurven für Geräusche gleicher Lästigkeit festgelegt worden, die entsprechenden dB (A)-Werten zugeordnet wurden. Bei dieser Methode der Kurven gleicher Lästigkeit, auch Grenzkurven NR oder Iso-N-Kurven genannt, ist die nach A bewertete Angabe um ca. 8 dB über den entsprechenden NR-Kurven (Bild 3). Um z.B. 48 dB (A) zu halten (maximal) muß das Geräusch in sämtlichen Oktaven unter der NR-Kurve 40 liegen. Bei 1000 Hz entspricht diese Kurve dann 40 dB. Im 63 Hz-Bereich darf das Geräusch z.B. jedoch 66 dB betragen, wobei man sich im Gleichklang mit der A-Bewertung befindet, denn der Abzug für die A-Bewertung im Frequenzband 63 beträgt — 26,1.
| Bild 2: Geräusch 2, unbefriedigendes Ergebnis. |
Die Grenzkurven sind in der VDI-Richtlinie 2081 angeführt. Die Anwendung der Grenzkurven zur Festlegung der Lautstärke ist an eine Schalldruckpegelanalyse gebunden. Zur Beurteilung sollte der spektrale Verlauf des Geräusches deckungsgleich mit der Grenzkurve verlaufen.
Der deckungsgleiche Verlauf eines Geräusches ist kaum zu treffen. Die allgemein geübte Praxis sieht da vor, daß die Oktavbandanalyse zumindest an der Grenzkurve tangiert. Die Analyse des Geräusches 1 tangiert an der Grenzkurve NR 49 (Bild 1). Das als lästiger empfundene Geräusch 2 tangiert an NR 54 (Bild 2). Obwohl beide Geräusche, wie vorher klar ausgearbeitet wurde, jeweils 55 dB (A) entsprechen, ist das Geräusch 2 wesentlich unangenehmer.
Nur dadurch, daß sichergestellt ist, daß die Frequenzanalyse in allen Fällen unter der entsprechenden NR-Kurve liegt, kann das Problem vermieden werden, daß nach dB(A) eingehaltene Werte trotzdem als zu laut reklamiert werden.
Schon aus der Oktavanalyse im unbewerteten Zustand bei 8000 Hz ist klar zu ersehen, daß das Geräusch 1 nur 30,1 dB aufweist, während das Geräusch 2 hier 48,7 dB aufweist.
| Bild 3: Zusammenhang zwischen dB (A) und NR. |
Die zusammengefaßte A-Bewertung gibt dies nicht wieder. Geht man von der Annahme aus, daß für eine Anlage mit einem solchen Geräusch 55 dB(A) gefordert waren, so erfüllen beide Geräusche die Forderung. Man kann jedoch weiterhin davon ausgehen, daß das Geräusch 2 zu einer Dauerreklamation führen wird.
Dieser Kunde wird nicht zufrieden sein, obwohl ihm anhand der Messungen die Einhaltung des geforderten Wertes bewiesen werden kann. Daraus ergibt sich ganz klar, daß die Angabe eines dB (A)-Wertes nicht immer zur Beurteilung eines Geräusches ausreicht. Es muß hier klar und deutlich gesagt werden, daß der Standpunkt des Kunden zu verstehen ist. Trotzdem der geforderte Wert erreicht ist, wurde keine zufriedenstellende Anlage errichtet. Die VDI 2081 trägt diesem Sachverhalt Rechnung. Die Reklamation einer solchen Anlage muß als berechtigt angesehen werden.
Im nachfolgenden Beispiel sind zwei weitere Geräusche analysiert. Beim Geräusch 1 ergibt sich im unbewerteten Zustand ein Gesamtpegel von 80,1 dB, während das Geräusch 2 im unbewerteten Zustand einen Gesamtpegel von 90,1 dB aufweist. Das Spektrum der beiden Geräusche im unbewerteten Zustand zeigt die Tabelle 2.
Tabelle 2: Frequenzanalyse in Terz-Schritten, beide Geräusche unbewertet
Frequenz | Geräusch 1 | Geräusch 2 |
Hz | (dB) | (dB) |
100 | 70,8 | 85,7 |
125 | 67,6 | 84,0 |
160 | 70,3 | 81,4 |
200 | 70,3 | 82,2 |
250 | 67,3 | 75,3 |
315 | 67,1 | 74,1 |
400 | 66,6 | 71,1 |
500 | 66,1 | 68,9 |
630 | 67,6 | 64,8 |
800 | 67,5 | 62,6 |
1000 | 67,5 | 60,5 |
1250 | 66,1 | 58,1 |
1600 | 70,3 | 58,4 |
2000 | 66,8 | 55,7 |
2500 | 66,6 | 50,2 |
3150 | 65,4 | 50,5 |
80,1 dB (A) | 90,1 dB (A) |
Zur Verdeutlichung des Spektrums im unbewerteten Zustand sind die Werte für die beiden Geräusche in das folgende Diagramm eingetragen (Bild 4). Hier erkennt man am besten, wie weit die Geräusche in ihren Spektren auseinanderliegen.
| Bild 4: Verlauf zweier Geräusche. |
Zur weiteren Beurteilung sind nun die unbewerteten Spektren in Diagramme mit NR-Kurven eingetragen (Bilder 5 und 6). Hier ergibt sich nun wieder, daß beide Geräusche in ihrem Maximum um die NR-70-Linie spielen, d. h. sie wären in ihrer Lästigkeit gleich zu beurteilen. Durch diese Analyse würde die dB (A)-Bewertung bestätigt.
Bewertet man nun beide Geräusche nach A, so ergibt sich für beide jeweils ein Gesamtpegel von 77,5 dB (A) (Tabelle 3). Der Unterschied von 10 dB, der im unbewerteten Zustand vorhanden war, ist nun nach der dB (A) Bewertung verschwunden. Beide Geräusche sind somit nach dB (A) gleich laut.
Tabelle 3: Frequenzanalyse in Terz-Schritten, beide Geräusche nach (A) bewertet
Frequenz | Geräusch 1 | Geräusch 2 |
Hz | dB (A) | dB (A) (A) |
100 | 51,7 | 66,6 |
125 | 51,5 | 67,9 |
160 | 56,9 | 68,0 |
200 | 59,4 | 71,3 |
250 | 58,7 | 66,7 |
315 | 60,5 | 67,5 |
400 | 61,8 | 66,3 |
500 | 62,9 | 65,7 |
630 | 65,7 | 62,9 |
800 | 66,3 | 61,8 |
1000 | 67,5 | 60,5 |
1250 | 66,7 | 58,7 |
1600 | 71,3 | 59,4 |
2000 | 68,0 | 56,9 |
2500 | 67,9 | 51,5 |
3150 | 66,6 | 51,7 |
77,5 dB (A) | 77,7 dB (A) |
Die beiden vorstehenden Diagramme mit den NR-Grenzkurven zeigen noch einmal klar den unterschiedlichen Kurvenverlauf der beiden Geräusche. Im höheren Frequenzbereich ist die Abweichung deutlich zu sehen. Aus diesem Beispiel ist zu erkennen, wie wichtig eine Frequenzanalyse ohne die entsprechende A-Bewertung ist.
Mit ein wenig Erfahrung kann bereits aus der nicht bewerteten Frequenzanalyse auf den unbefriedigenden Zustand der Anlage geschlossen werden. Es ist deshalb dringend notwendig, vom Lieferanten eines geräuscherzeugenden Teiles die unbewertete Frequenzanalyse zu bekommen. Die weitere Gesamtschalleistung in dB (A) ist hilfreich, jedoch nicht unbedingt notwendig.
Die Bewertung kann mit der entsprechenden A-Bewertungskurve selbst vorgenommen werden. Das Addieren der einzelnen dB-Werte in den jeweiligen Frequenzen bedeutet ebenfalls keine Schwierigkeit. Die einzige Lieferantenangabe, die für eine schalltechnische Beurteilung zu gebrauchen ist, ist die Angabe über die dB-Werte in den einzelnen Frequenzen. Sollte von einem Lieferanten diese Angabe nicht zu bekommen sein, so ist es zu empfehlen, auf das Angebot dieses Lieferanten zu verzichten. Selbst wenn das Konkurrenzangebot im ersten Moment nicht so günstig erscheint. Anfängliche Ratereien, anschließende Messungen sowie schalltechnische Maßnahmen, die bei einem Bauteil im Anschluß an eine Reklamation durchgeführt werden müssen, für das keine Frequenzanalyse vorlag, werden immer teurer.
| Bild 5: Verlauf Geräusch 1. |
Bei diesen beiden Geräuschen hat sich gezeigt, daß die dB (A)-Bewertung die Geräusche gut kennzeichnete, während im vorherigen Beispiel die dB (A)-Bewertung keinerlei Aussagefähigkeit für die Lästigkeit des Geräusches hatte.
Es sei deshalb noch einmal darauf hingewiesen: Es gibt keinen mathematischen Zusammenhang, wieviel dB wieviel dB(A) entsprechen. Es gibt auch keinen mathematischen Zusammenhang, daß das Geräusch mit dem höheren unbewerteten dB-Wert auch wirklich dasjenige Geräusch ist, das am lautesten empfunden wird.
Weiterhin kann man davon ausgehen, daß der Kunde für einen Nachfolgeauftrag verloren ist, wenn keine Zufriedenheit trotz nachgewiesener Meßwerte erreicht wird. Er fühlt sich verschaukelt. Die dB (A)-Bewertung ist deshalb nur ein Hilfsmittel, das mit allergrößter Vorsicht anzuwenden ist.
| Bild 6: Verlauf Geräusch 2. |
Bei den NR-Kurven, die in VDI 2081 erwähnt sind, ist an der rechten Seite des Diagrammes der jeweilige dB-Wert aufgetragen (z.B. Bild 6). Das Diagramm ist so zu handhaben, daß zur Einhaltung eines geforderten dB(A) Wertes die entsprechende NR-Kurve, die bei diesem dB(A) Wert endet, in keinem Falle überschritten werden darf. Wenn also z.B. dB (A) = 44 gefordert sind, so darf in diesem Falle die NR-Kurve 35 an keiner Stelle berührt oder sogar überschritten werden. Das Geräusch muß in seiner gesamten Frequenzanalyse unterhalb dieser Kurve liegen. Werden haustechnische Anlagen so ausgeführt, ist sichergestellt, daß keine Reklamationen auftreten werden.
Der Einfluß der Umgebung auf ein Geräusch
Bis jetzt wurde in allen Ausführungen immer noch davon ausgegangen, als ob es sich bei den Geräuschen um einen idealen Wert handelt, der nicht von dem Raum abhängig ist. Das ist jedoch grundsätzlich nicht so. Ein Geräusch wird in starkem Maße davon beeinflußt, in welchem Raum es eigentlich auftritt, und bei den Problemen bei haustechnischen Anlagen handelt es sich fast immer um Geräusche, die in Räumen auftreten.
In jedem Raum findet eine Reflektion des Schalles an den Wänden statt. Dies führt auch dazu, daß es nach Abschalten der Schallquelle eine Zeit dauert, bis das Schallfeld abgebaut ist. Diesen Vorgang bezeichnet man als Nachhall. Zur Beurteilung des Nachhalles hat man die Nachhallzeit eingeführt. Man bezeichnet sie mit T. Die Nachhallzeit gibt an, in welcher Zeit die Intensität des Schalles nach Abschaltung der Schallquelle auf 1/1.000.000 des ursprünglichen Wertes (um 60 dB) abgefallen ist.
Das andere Extrem ist die Ausbreitung des Schalles im Freifeld. Die Ausbreitung des Schalles im Freifeld wird noch in einem Rechenbeispiel behandelt. Das ideale Freifeld wäre ein Lautsprecher auf einem hohen Mast, bei dem keine Berge oder Gebäude in der Nähe stehen, die den Schall reflektieren. Solch ein Ideal ist jedoch nicht anzutreffen.
Im Nahbereich der Schallquelle herrschen auch in geschlossenen Räumen Freifeldbedingungen. Bei Freifeldbedingungen nimmt der Pegel mit der Entfernung ab. Erst in einigem Abstand von der Quelle erhält man den für das diffuse Schallfeld charakteristischen raumunabhängigen gleichen Pegel. Der Abstand, in dem die Freifeldbedingungen in das diffuse Schallfeld übergehen, nennt man den Schallradius. Dieser Radius ist von der Absorptionsfläche abhängig, und er ist um so größer, je größer die Absorptionsfläche ist.
Zur Untersuchung, wie groß der reflektierende Anteil in geschlossenen Räumen ist, verwendet man die äquivalente Schallschutzfläche. Eine Fläche mit dem Absorptionsgrad 1, die sich mit Hilfe der Nachhallzeit aus folgender Gleichung berechnen läßt:
A = 0,163 V/T
Hierin bedeuten:
A = äquivalente Schallschluckfläche in m2
V = Raumvolumen in m3
T = Nachhallzeit in sec.
Abhängig vom Verwendungszweck des Raumes sind bei gleicher Raumgröße oft verschiedene optimale Nachhallzeiten erforderlich. Sollen im Raum befindliche Personen möglichst wenig gestört werden, erfordert dies niedrige Nachhallzeiten. Eine niedrige Nachhallzeit in einem Raum von 1000 m3 ist eine Zeit von 0,7 sec., während in einem Raum von 10000 m3 die optimale Nachhallzeit bei 1 sec. liegt.
In Vortragsräumen ist die Silbenverständlichkeit wichtig. Es liegen die optimalen Nachhallzeiten bei V = 100 m3 zwischen 0,6 bis 0,9 sec, V = 1000 m3 zwischen 0,8 bis 1,1 sec. und
V = 10.000 m3 zwischen 1,0 bis 1,3 sec. In dem Bettenraum eines Krankenhauses ist eine kurze Nachhallzeit optimal. Bei einem Raumvolumen von ca. 45 m3 liegt diese bei 0,62 sec.
Kürzere Nachhallzeiten bewirken ein klareres Klangbild, während längere Nachhallzeiten einen festlichen Eindruck vermitteln.
Die Absorptionsfläche eines Raumes wird in m2 angegeben. Als Zusatz erhält diese Angabe in m2 die Bezeichnung Sabin. Wie groß der Einfluß der Absorptionsfläche ist, kann jeder leicht beurteilen: Beim renovieren eines Raumes stellt man erstaunt fest, wie laut Sprache und Musik sind, wenn der Raum leer ist und wie relativ leise es wieder ist wenn die Möbel, Gardinen, Bilder, Teppiche wieder an ihrem Platz sind.
Geräuschwerte sind bei haustechnischen Anlagen immer auf eine Bezugsabsorptionsfläche A0 von 10 m2 Sabin bezogen worden. Auch hier hat man sich, wie so oft beim Schall, auf einen Bezugswert geeinigt, der nachkontrolliert werden kann und der genau definiert ist.
Beispiel: Ein Geräusch, das in einem Raum mit einer Absorptionsfläche von 10 m2 (Sabin) einen Schalldruckpegel von 40 dB hat, vermindert sich bei 20 m2 Absorptionsfläche auf 37 dB.
Selbstverständlich ist bei einer größeren Absorptionsfläche der Schalldruckpegel niedriger. Aber eine vergrößerte Absorptionsfläche hat nicht zur Folge, daß der geforderte Wert bei dieser größeren Absorptionsfläche eingehalten werden muß. Das bedeutet, daß bei mit einer Absorptionsfläche mit 20 m2 Sabin die Anlage im realen Zustand einen maximalen Schalldruckpegel von 37 dB aufweisen muß, um die Forderung von 40 dB bei einer Absorptionsfläche von 10 m2 Sabin zu erfüllen.
Läge der Schalldruckpegel bei einer Absorptionsfläche von 20 m2 Sabin bei 40 dB, so wäre die einzuhaltende Forderung nicht erfüllt. Denn bei einer Bezugsfläche von 10 m2 liegt der Schalldruckpegel über 40 dB, und hier waren schließlich 40 dB einzuhalten gewesen.
In der Praxis lassen sich meist nur Pegelabsenkungen von bis zu 3 dB erreichen. Mehr ist durch Auskleidungen bzw. durch Vergrößerung der Absorptionsfläche nicht zu erreichen.
Die Minderung eines Geräusches durch eine vergrößerte Absorptionsfläche bedeutet im Grunde keine Erleichterung. Der geforderte und einzuhaltende Schalldruckpegel bezieht sich auf eine Bezugsabsorptionsfläche A0 von 10 m2. Im Bau und bei der Konstruktion von haustechnischen Anlagen ist es deshalb unbedingt notwendig zu wissen, welchen Wert man in Abhängigkeit von der Absorption des Raumes tatsächlich erreichen muß, um den geforderten Wert bei A0 = 10 m2 zu erfüllen. Als Faustregel kann man sagen, daß der reale Werte um etwa 3 dB niedriger liegen muß als der geforderte Wert für A0.
Die Tabellen 4 bis 5 enthalten Werte für verschiedene Bauelemente, Richtwerte für mittlere Absorptionskoeffizienten sowie totale Absorptionsflächen A für verschiedene Gegenstände bzw. für Personen.
Alle Schallschutzmaßnahmen der haustechnischen Anlagen sollten mit gewissen Reserven ausgelegt werden, weil es nicht immer ganz leicht ist zu ermitteln, welche Absorptionsfläche ein Raum eigentlich aufweist bzw. wann ein Raum eine Absorptionsfläche von A0 hat. Wenn man dies nach Fertigstellung des Gesamtbauvorhabens schließlich und endgültig durch Messungen der Nachhallzeit feststellen kann, ist es in den meisten Fällen für Nachbesserungen zu spät.
Ventilator und Schalldämpfer
Als erstes soll auf den großen Bereich der Geräusche in Lüftungs- und Klimaanlagen eingegangen werden. Vereinfachend kann man sagen, daß die Geräusche in Lüftungs- und Klimaanlagen vom Ventilator verursacht werden und daß Vorsorge getroffen werden muß, daß diese Geräusche nicht bis in die Räume gelangen können. Die Störgeräusche können in vielfacher Art und Weise in den Raum gelangen.
Sie werden vom Ventilator in das Kanalsystem abgestrahlt. Anschließend breiten sie sich im Kanalsystem aus und gelangen durch Aus- und Einlaßöffnungen in den Raum. Bei diesem Problemfall muß klar und deutlich festgehalten werden, daß es vollkommen egal ist, ob es sich hierbei um Zuluft- oder um Abluftkanäle handelt. Die Differenz, die auftritt, ob sich der Schall mit oder gegen die Luftströmung ausbreitet, ist nur von akademischem Interesse und soll in diesen Ausführungen nicht behandelt werden. Es ist jedoch von großem Interesse, ob an einem Ventilator Zu- und Abluftkanäle angeschlossen werden, die als Zu- und Abluft im gleichen Raum enden. Unter der Berücksichtigung der Addition von Schallquellen muß die Schalldämpferauslegung für die Kanäle Zu- und Abluft dann so vorgenommen werden, daß der gemeinsame Wert der beiden (Ein- und Auslaß) den geforderten Wert nicht übersteigt. Um dies zu gewährleisten, werden in die Kanäle Schalldämpfer eingebaut.
Im nachstehenden Beispiel für eine Schalldämpferauslegung werden alle anderen Schallübertragungsmöglichkeiten zuerst einmal ignoriert, um die Sache nicht zu verwirren. In den weiteren Beispielen wird jedoch auf die einzelne Problematik wie Luftschall und Körperschall noch eingehender hingewiesen.
| Bild 7: Ermittlung der notwendigen Schalldämpfer in einer Lüftungsanlage. |
Eine ganz besondere Eigenart von Klimaanlagen soll hier jedoch bereits ganz am Anfang erwähnt werden. Der Schalldämpfer soll so dicht wie möglich am Ventilator montiert werden. Sonst kann es passieren, daß der Schall vor dem Schalldämpfer das Kanalsystem verläßt und hinter ihm wieder in das Kanalsystem eintritt, den Schalldämpfer sozusagen umfährt. Wenn dies passiert, waren die besten Schalldämpferauslegungen wertlos. Die Schalldämpfer sind also so einzubauen, daß der Schall den Weg um den Schalldämpfer herum in das Kanalsystem hinter dem Schalldämpfer nicht finden kann. Dies kann u.U. dadurch erreicht werden, daß die Kanäle im Aufstellraum des Ventilators mit Schallschluckmaterial verkleidet werden.
Für die Auslegung von Schalldämpfern bedient man sich am besten eines Diagrammes, wie es das nachstehende Beispiel zeigt. In dieses Diagramm (Bild 7) trägt man dann den Wert ein, der im Raum gefordert wurde. Im Beispiel sind dies 35 dB (A), was einer NR-Kurve von 25 entspricht.
Bei dem Ventilator muß man zwischen Radialventilatoren mit vorwärts gekrümmten Schaufeln und Radialventilatoren mit rückwärts gekrümmten Schaufeln sowie Axialventilatoren unterscheiden. Selbst wenn für die jeweiligen Ventilatoren der Gesamtschall-Leistungspegel gleich sein sollte, so ist der entsprechende Pegel in den einzelnen Frequenzen unterschiedlich. Axialventilatoren weisen in den hohen Frequenzen einen wesentlich höheren Wert auf als Radialventilatoren. Dieses ist für die Schalldämpferauslegung ganz besonders wichtig, da die Dämpfung der Schalldämpfer in den einzelnen Frequenzen unterschiedlich ist. Das nachfolgende Beispiel der Schalldämpferauslegung zeigt diese Probleme sehr deutlich.
Tabelle 4: a — Werte für verschiedene Bauelemente
Bauelemente | Frequenz | |||||
125 | 250 | 500 | 1000 | 2000 | 4000 | |
Wände, Decken, Fußböden | ||||||
Beton ungeputzt | 0,01 | 0,01 | 0,02 | 0,02 | 0,02 | 0,03 |
Ziegelwand mit Kalkzementputz | 0,02 | 0,02 | 0,03 | 0,04 | 0,05 | 0,05 |
Ziegelwand mit Putz und Tapete | 0,02 | 0,03 | 0,04 | 0,05 | 0,07 | 0,08 |
Holzfußboden auf Asphalt | 0,04 | 0,04 | 0,07 | 0,06 | 0,06 | 0,07 |
10 mm weiche Matte auf Beton | 0,09 | 0,08 | 0,21 | 0,26 | 0,27 | 0,37 |
Holzfußboden auf Leisten | 0,15 | 0,11 | 0,10 | 0,07 | 0,06 | 0,07 |
Wandverkleidungen, Akustikplatten usw. | ||||||
Steinwollmatten 25 mm | 0,09 | 0,23 | 0,53 | 0,72 | 0,75 | 0,77 |
Steinwollmatten 50 mm | 0,20 | 0,53 | 0,74 | 0,78 | 0,75 | 0,77 |
Steinwollmatten 100 mm | 0,68 | 0,84 | 0,82 | 0,78 | 0,75 | 0,77 |
Akustikplatten 20 mm aufgeklebt | 0,05 | 0,15 | 0,55 | 0,90 | 1,00 | 1,00 |
Akustikplatten 20 mm, 20 mm Wandabstand | 0,10 | 0,20 | 0,85 | 1,00 | 1,00 | 1,00 |
Normales Fensterglas | 0,40 | 0,30 | 0,20 | 0,17 | 0,15 | 0,10 |
Schwere Übergardinen | 0,06 | 0,10 | 0,38 | 0,63 | 0,70 | 0,73 |
Leichte Übergardinen 50 % Falten | 0,07 | 0,31 | 0,49 | 0,81 | 0,66 | 0,54 |
Eine Schalldämpferauslegung ist nur dann erfolgreich, wenn die Dämpfung des Schalldämpfers genau in dem Frequenzbereich liegt, in dem das Geräusch auch auftritt.
Das vorstehende Diagramm zeigt die Auslegung eines Schalldämpfers für eine Lüftungsanlage. Die Gesamtschalleistung des Ventilators beträgt 95 dB. Es handelt sich um einen Axialventilator. Die Bewertung in den einzelnen Frequenzen ist deshalb nach der Bewertungskurve für Axialventilatoren vorgenommen worden. Als dunkles Feld ist die Dämpfung durch Kanalsysteme und entsprechende Einbauten wie Lufterhitzer, Filter etc. aufgetragen. Die Dämpfungswerte für Kanalsysteme und Einbauten können in großem Umfang der entsprechenden Literatur entnommen werden. Hilfreich sind hier ebenfalls die Unterlagen der jeweiligen Hersteller von Schalldämpfern.
In den einzelnen Frequenzen ist anschließend bei einem geforderten dB (A) Wert von 35, entsprechend einer NR-Kurve von 25, die jeweils notwendige Dämpfung in den einzelnen Frequenzen aufgetragen. Um den geforderten Wert zu halten, muß bei diesem Beispiel der Schalldämpfer in den jeweiligen Frequenzen diese Dämpfungswerte aufweisen.
Es reicht nicht aus, z.B. eine einzige Frequenz herauszunehmen und hier die Dämpfung nachzukontrollieren. Es muß sicher sein, daß die geforderte Dämpfung in allen Frequenzen erreicht wird.
Beim Auftragen der geforderten NR-Kurve resultierend aus dem entsprechenden dB (A)-Wert ist selbstverständlich die entsprechende Raumsituation mit zu berücksichtigen. Wie bereits ausgeführt, beziehen sich alle Anforderungen bzw. Festlegungen auf eine Bezugsabsorptionsfläche A0 von 10 m2 Sabin.
Bei der Auslegung der Schalldämpfer ist nun die jeweilige Bauart des Schalldämpfers zu beachten. Im nachstehenden Diagramm ist die Dämpfung eines Schalldämpfers für verschiedene Längen aufgetragen (Bild 8). Der Verlauf der Dämpfungskurven hängt u.a. wesentlich vom Verhältnis Kulissendicke zu Spaltbreite ab.
| Bild 8: Dämpfung bei verschiedenen Schalldämpferlängen. |
Man erkennt, daß die Hauptdämpfung dieses Schalldämpfers bei 2000 Hz liegt. Bei den niedrigen Frequenzen 63 und 120 Hz ist die Dämpfung relativ gering. Ein wenig besser ist sie im Bereich von 8000 Hz. Im vorstehenden Beispiel wurde bei der Schalldämpferauslegung die größte Dämpfung mit 41 dB jedoch bei 500 Hz benötigt.
Wenn man nun diesen Schalldämpfer selbst mit der größten Länge von 1800 mm für die vorher errechnete Schalldämpfung einbauen würde, hätte man nicht den gewünschten Erfolg.
Im nachfolgenden Diagramm (Bild 9) ist die benötigte Dämpfung mit eingetragen. Man sieht die fehlende Schalldämpfung sehr deutlich. Es reicht also nicht, einen Schalldämpfer aus der Liste zu nehmen, selbst wenn er in der höchsten Spitze die geforderte Dämpfung erreicht. Es muß nachgeprüft werden, ob diese Dämpfung auch in dem entsprechenden Frequenzband auftritt, in dem man die Dämpfung benötigt, im vorstehenden Falle also bei 500 Hz und nicht bei 2000 Hz.
| Bild 9: Fehlende Dämpfung entsprechend. |
Der Schalldämpferfirma sind deshalb die notwendigen Angaben zu machen, in welchem Frequenzband die jeweilige Dämpfung erforderlich ist.
Auch hier tritt also wieder das Phänomen auf, daß der Schalldämpfer zwar die erforderliche Dämpfung von 41 dB aufweist, die Anlage jedoch auch hier als Reklamationsfall zu betrachten ist, da die Dämpfung in einem Bereich auftritt, in dem sie gar nicht benötigt wird. Im 500 Hz-Band fehlen 18 dB, um den geforderten Wert von 35 dB (A) im Raum = NR 25 zu halten.
Die Frequenzanalyse eines Geräusches ist also, wie bereits beschrieben, das wichtigste Beurteilungskriterium eines Geräusches. Für kaum ein Bauteil bzw. eine Geräuschquelle kann man aus einer Angabe der Gesamtschalleistung auf den Verlauf dieses Geräusches in den einzelnen Frequenzen schließen.
Lediglich bei Ventilatoren, für die man keinerlei Angaben mehr erhalten kann, kann man zur Not auf die Angabe einer Frequenzanalyse verzichten. Hier reicht in vielen Fällen der Gesamtschalleistungspegel aus. Für die verschiedenen Bauarten von Ventilatoren mit
a) vorwärts gekrümmten Schaufeln
b) rückwärts gekrümmten Schaufeln sowie
c) Axialventilatoren
liegen zuverlässige Angaben vor, wie man aus der Angabe eines Gesamtschalleistungspegel auf eine Frequenzanalyse kommt.
| Bild 10: Bewertung der verschiedenen Ventilatoren. |
Das Bild 10 gibt an, wieviel dB in den einzelnen Frequenzen vom Gesamtschalleistungspegel abzuziehen sind, damit man eine bewertete Frequenzanalyse erhält.
Hat man vom Hersteller des Ventilators noch nicht einmal eine Angabe der Gesamtschalleistung, so ist das Diagramm (Bild 11) hilfreich, aus dem man mit den beiden Angaben Luftmenge sowie Gesamtdruck einen Gesamtschalleistungspegel ablesen kann.
| Bild 11: Ermittlung eines Schalleistungspegels aus Volumenstrom und Gesamtdruck. |
Es soll jedoch ganz klar zum Ausdruck gebracht werden, daß diese beiden Diagramme nur ein Behelf sind, wenn keine Herstellerangaben vorliegen. Eine Frequenzanalyse des Herstellers ist in jedem Falle vorzuziehen.
Gesamtschallleistungspegel von Ventilatoren
Als Besonderheit bei Ventilatoren soll noch darauf hingewiesen werden, daß der Schalleistungspegel einschließlich der notwendigen Bewertung auf der Saug- und auf der Druckseite des Ventilators auftritt. In beiden Fällen sind die entsprechenden Schalldämpfer einzubauen.
Als Notmaßnahme wird häufig bei Ventilatoren eine Drehzahlreduzierung erwogen, um den Schallpegel im Raum um einige dB zu senken. Aber leider ist es kaum möglich, Geräusche dadurch zu mindern, daß man einfach die Drehzahl des Ventilators herabsetzt. So erreicht man zwar eine Reduzierung des Schallpegels um 5 dB, wenn man die Drehzahl des Ventilators von beispielsweise 1250 auf 1000 Umdrehungen verringert. Hierbei muß jedoch festgehalten werden, daß sich die Luftleistung eines Ventilators im Verhältnis der Drehzahl ändert. D.h. wenn der Ventilator bei 1250 Umdrehungen 1250 m3 Luft fördert, fördert er bei 1000 Umdrehungen nur noch 1000 m3 Luft.
Tabelle 5: Richtwerte für mittlere Absorptionskoeffizienten
Fernsehstudios, Kaufhäuser, Lesesäle | 0,15 bis 0,25 |
Wohnungen, Büros, Hotelzimmer, Konferenzzimmer, Theater | 0,10 bis 0,15 |
Schulzimmer, Krankenhäuser, kleine Kirchen | 0,05 bis 0,10 |
Fabrikhallen, Schwimmhallen, große Kirchen | 0,03 bis 0,05 |
Es bleibt also nur der Einbau von Schalldämpfern. Hierbei muß jedoch noch ein Problem beachtet werden. Wenn man einen Schalldämpfer in eine fertige Anlage einbaut, so hat dieser Schalldämpfer natürlich einen entsprechenden Druckverlust. Aus diesem Grunde liegt der Gesamtdruck, den der Ventilator nach dem Einbau des Schalldämpfers überwinden muß, höher als der Gesamtdruck, den er vor dem Einbau überwinden mußte.
Eine solche Druckerhöhung (bei gleicher Luftleistung) ist natürlich nur durch eine Drehzahlerhöhung des Ventilators zu bewerkstelligen, und man muß sehr gut aufpassen, daß man anschließend mit dem Geräusch nicht wieder genau so hoch liegt wie vor dem Einbau des Schalldämpfers und der zwangsweise notwendig gewordenen Drehzahlerhöhung. Dieses wäre dann der klassische Fall, wenn sich die Katze selbst in den Schwanz gebissen hätte.
Dieses ist nur dadurch zu verhindern, daß man sich beide Kennwerte der Anlage in ein Schalldiagramm einträgt, wobei der Druckverlust des Schalldämpfers im voraus zu schätzen ist und man dann kontrolliert, ob die Sache auch wirklich hinhaut. Wenn man sich diese Arbeit spart, kann man sich meistens auch den Einbau des Schalldämpfers sparen.
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