Grundlagen der Nachhallzeit
1
Grundlagen
der Nachhallzeit (Reverberation)
1.2.3
Abschätzung der Nachhallzeit nach Sabine
1.2.4
Empfohlene Nachhallzeiten
1 Grundlagen der Nachhallzeit (Reverberation)
1.1 Definition
Die Nachhallzeit ist
einer der wichtigsten Parameter in der Raumakustik. Dieser Wert gibt die Zeit
an, nach der die Schallenergie nach Abschalten des Anregungssignals um einen
bestimmten Betrag abgesunken ist. Sehr weit verbreitet ist der Wert RT60, der
die Abklingzeit bis auf –60dB vom Ausgangswert beschreibt. Die Nachhallzeit
ist abhängig von der Frequenz, da die verschiedenen Materialien in einem Raum
den Schall bei den verschiedenen Frequenzen unterschiedlich stark absorbieren.
Die Nachhallzeit wird bestimmt durch die Absorptionsfläche und das Raumvolumen.
1.2 Grundlagen
Eine Schallwelle
breitet sich von ihrer Quelle in alle Richtungen aus. Am Ort des Zuhörers
trifft zunächst der direkte Schallanteil ein.
Sobald eine Welle eine
Wand erreicht, wird diese reflektiert und ändert dabei ihren Pegel, Phase und
Richtung.
Treffen die
Schallwellen an eine Oberfläche, so wird ein Teil gemäß dem Reflektionsgesetz
reflektiert, ein Teil wird diffus reflektiert, ein Teil regt die Wand zum
Schwingen an (Körperschall), ein Teil wird auf der anderen Seite wieder
abgestrahlt. Grundsätzlich geht dabei ein Teil der Schwingungsenergie in Wärme
verloren.
Die Schallwellen
breiten sich weiter aus und werden stets auf neue reflektiert. Die Anzahl der
reflektierten Komponenten nimmt ständig zu, während der Pegel sich verringt.
Schließlich bildet sich ein diffuses Schallfeld, in dem der Schall gleichmäßig
aus allen Richtungen eintrifft.
Der Pegel nimmt
exponentiell ab und ist daher in einer logarithmischen Darstellung linear. Die
Zeitkonstante bezeichnet man als Nachhallzeit.
Reflektionen, die
innerhalb von 50ms (dies entspricht 17m) beim Zuhörer eintreffen, werden nicht
als Echo wahrgenommen. Diese Reflektionen verstärken vielmehr den gesamten
wahrgenommen Schalleindruck. Bei kurzen Impulsen können einzelne Echos ab 100ms
erkannt werden, bei komplexer Musik entsteht dieser Eindruck erst nach mehr als
1s.
Es ist typisch für
den diffusen Nachhall, daß der Pegel bei einer logarithmischen Darstellung
linear abfällt. Daher kann die Zeitkonstante direkt ermittelt werden. Für die
Nachhallzeit wird nach DIN3382 im allgemeinen RT60 verwendet, also die Zeit um
die der Pegel um 60dB abgefallen ist.
1.2.1 Grundrauschen
In typischen Räumen
haben wir ein Ruhepegel von etwa 30dB bis 60dB. Dieser wird verursacht durch Lüftungen,
Computer, Straßenlärm etc. Auch das Rauschen der Meßkette spielt vielfach
eine wichtige Rolle.
Daher werden im
allgemeinen sehr hohe Schallpegel benötigt (100dB bis 130dB) um den Abfall des
Nachhalls, um mehr als 60dB direkt zu messen
Daher wird vielfach
der Pegelabfall für weniger als 60dB gemessen. Dieser Wert sollte deutlich
oberhalb des Grundrauschens liegen. In dem obigen Bild wird der Abfall um 32dB
gemessen und dann linear auf 60dB extrapoliert. Diese Extrapolation sollte bei
den Messungen grundsätzlich dokumentiert werden.
1.2.2 Hallradius
Der Hallradius
beschreibt die Entfernung zur Schallquelle, in der der Direktschall und der
Nachhall gleich sind. In einem sehr halligen Raum ist diese Entfernung sehr kurz.
In einem schalltoten Raum, in dem praktische keine Reflektionen auftreten, ist
diese Entfernung sehr groß. Im Freien, bei ungestörter
Ausbreitung, ist der Hallradius unendlich. In halligen Räumen ist eine
Verständigung nur innerhalb des Hallradius möglich. Daher werden auch in
kritischen Räumen wie Kirchen viele kleinere Lautsprecher aufgestellt.
1.2.3 Abschätzung der Nachhallzeit nach Sabine
Für
viele Räume kann die Nachhallzeit T mit der berühmten Formel von Sabine
abgeschätzt werden:
V
ist das Raumvolumen und A
die effektive Absorptionsfläche.
Diese Gleichung gilt nur, wenn die Absorptionsfläche klein ist gegenüber
der Gesamtfläche S. Dies kann man sich an einem einfachen Beispiel
veranschaulichen. In dem Grenzfall eines schalltoten Raumes, in dem die Wände
ideal absorbieren, ist die Nachhallzeit 0, da überhaupt keine Reflektionen
auftreten. Für diesen Fall liefert die Formel von Sabine aber trotzdem einen
Wert größer als Null, der offensichtlich ungültig ist.
1.2.4 Empfohlene Nachhallzeiten
Räume haben - je nach
Einsatzzweck - unterschiedliche Anforderungen an die Nachhallzeit. Ein
Schulungsraum sollte auf maximale Sprachverständlichkeit ausgelegt sein. Daher
wird hier die Nachhallzeit möglichst gering sein und Reflektionen sollten den
Sprecher unterstützten. In einer Konzerthalle ist eine Verwischung durch den
Nachhall sogar erwünscht, da so erst der musikalische Gesamteindruck entsteht.
|
Aufnahmestudios |
0.3s |
|
Schulungsräume |
0.6s-0.8s |
|
Büroräume |
0.35s-0.55s |
|
Konzerthallen |
~1s-3s |
Zur raumakustischen Planung von Räumen steht seit Mai 2004 die überarbeitete Fassung der DIN 18041 "Hörsamkeit in kleinen bis mittelgroßen Räumen" zur Verfügung.
Diese Norm gibt Soll-Nachhallzeiten für bestimmte Raumarten wie Unterrichts- Musik, Tagungs- und Konferenzräume sowie Sport- und Schwimmhallen vor.