Akustik

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Einleitung

Akustik (griechisch akouein: hören), Oberbegriff für die Lehre vom Schall. Allgemein beschäftigt sich die Akustik mit den Erscheinungen, die ein Beobachter über das Ohr wahrnehmen kann; dies sind in erster Linie die hörbaren Frequenzen im Bereich von etwa 20 bis 20 000 Hertz.

Im Mittelpunkt der physiologischen Akustik stehen das menschliche Gehör- und Sprachorgan. Von besonderem Interesse sind dabei der anatomische Aufbau und die Funktionsweise dieser Organe. In der psychologischen Akustik geht es vor allem um die Wahrnehmung und Empfindung von Schallwellen. Prinzipiell behandelt die physikalische Akustik die Ausbreitung von Druck-Dichte-Wellen in elastischen Medien (z. B. Luft). Dabei ist das besondere Augenmerk auf die Ausbreitung der Wellen und Schwingungen im Raum gerichtet, die den Schall praktisch ausmachen. Spezielle Zweige der physikalischen Akustik sind u. a. die Raum- und Bauakustik. In der Raumakustik befasst man sich beispielsweise damit, wie geschlossene Räume aufzubauen sind, um Sprache deutlicher zu verstehen oder Musik besser hören zu können. Ein heutzutage ebenfalls wichtiger Teilbereich der Bauakustik ist der Lärmschutz. Hierbei handelt es sich in erster Linie um die technischen Maßnahmen zum Schutz vor Lärmschäden des Gehörs, sowie zur Vermeidung von Lärm (siehe Lärmbelästigung).

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Probleme der Raumgestaltung

Im Hinblick auf die Raumakustik sollte man bei der Gestaltung eines Raumes berücksichtigen, dass der Vorgang des Hörens nicht nur von den physiologischen Besonderheiten des Ohres abhängt, sondern auch durch Schallempfindungen beeinflusst wird. Beispielsweise erscheinen Klänge unnatürlich, wenn sie unbekannt oder ungewohnt sind. Jeder in einem gewöhnlichen Raum erzeugte Schall erhält durch Schallreflexionen an Wänden und Mobiliar einen geringfügigen Hallanteil. Deshalb sollte beispielsweise ein Sendestudio in normalem Maß Hall zulassen, um eine möglichst natürliche Klangwiedergabe zu verwirklichen. Für optimale akustische Eigenschaften gestaltet man Räume daher so, dass der Schall genügend stark reflektiert wird.

Als Nachhallzeit bezeichnet man jene Zeitspanne, die der Schall benötigt, um auf ein Millionstel seiner ursprünglichen Lautstärke abzuklingen. Eine gewisse erwünschte Nachhallzeit verbessert die akustische Wirkung auf den Hörer – insbesondere beim Hören von Musik. In einem großen Saal mit Publikum sollte lauter Schall ein oder zwei Sekunden nach dem Verstummen der Schallquelle gerade noch hörbar sein. Für einen privaten Wohnraum ist eine kürzere, aber dennoch merkliche Nachhallzeit wünschenswert.

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Material

Um auf die Hallcharakteristik eines Raumes Einfluss zu nehmen, stehen einem Architekten zwei verschiedene Arten von Material zur Verfügung, mit denen sich Oberflächen von Decken, Wänden und Böden verkleiden lassen: schallabsorbierende und schallreflektierende Beschläge. Weiches Material, wie z. B. Kork oder Filz, schlucken (absorbieren) den größten Teil des auftreffenden Schalles; jedoch reflektieren sie unter Umständen manche tiefe Frequenzen. Harte Materialien mit glatten Oberflächen hingegen, z. B. Naturstein oder Metallflächen, reflektieren den auftreffenden Schall nahezu völlig. Die akustischen Eigenschaften eines großen Saales hängen stark von der Belegung ab. Bei einem leeren Saal wird der Schall weitgehend reflektiert. Je stärker der Saal besetzt ist, desto mehr wird der Schall absorbiert.

Die Akustik eines Raumes ist meist zufrieden stellend, wenn ein ausgewogenes Verhältnis zwischen schallabsorbierenden und schallreflektierenden Materialien vorliegt. Häufig treten störende Echos in Räumen auf, die zwar insgesamt eine ausgeglichene Nachhallzeit aufweisen, aber beispielsweise eine gewölbte Decke oder Wände mit stark ausgeprägten Reflexionseigenschaften haben. In solchen Fällen wird der Schall an bestimmten Punkten gebündelt und dadurch werden schlechte akustische Verhältnisse erzeugt. In ähnlicher Weise kann ein schmaler Korridor zwischen parallelen reflektierenden Wänden Schall einfangen, diesen mehrmals hin- und herwerfen und mithin unangenehme Echoeffekte hervorrufen, selbst wenn die schallabsorbierenden Eigenschaften insgesamt ausreichen. Auch muss auf die Vermeidung von Interferenzerscheinungen geachtet werden. Interferenz tritt auf, wenn Unterschiede in den Wegstrecken, welche die direkte und die reflektierte Schallwelle durchlaufen, tote Punkte zur Folge haben, in denen bestimmte Frequenzbereiche ausgelöscht werden. Für die Wiedergabe von Schall, der mit Mikrophonen aufgenommen wurde, ist es ebenfalls besonders wichtig, Echo- und Interferenzerscheinungen zu verhindern.

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Schalldämmung

Ein weiterer wesentlicher Gesichtspunkt der Raumakustik ist das Abdämmen gegen unerwünschten Schall. Dieses Ziel lässt sich beispielsweise durch eine sorgfältige Versiegelung bewerkstelligen. Hierzu baut man entweder sehr massive einzelne Wände oder mehrere nicht miteinander verbundene Wände, die durch Leerräume getrennt sind.

Um die akustischen Eigenschaften von Räumen und Materialien bewerten zu können, benutzen Wissenschaftler Hilfsmittel wie schalltote Räume und Schallpegelmessgeräte – ein schalltoter Raum ist gänzlich frei von Echo- und Nachhalleffekten. In diesem Raum sind an den Außenflächen aller darin befindlichen Gegenstände und an sämtlichen Innenwänden pyramidenförmige Fiberglasspitzen angebracht. Jede Schallwelle wird von diesen Spitzen vollständig absorbiert. Ein Schallpegelmessgerät misst die Schallintensität, die von der Lautstärke abhängt. Das Instrument zeigt das Messergebnis in Dezibel (dB) – eine logarithmische Einheit (siehe Schall). In einer ruhigen Wohngegend zeigt ein Schallpegelmessgerät etwa 38 Dezibel an. Eine gewöhnliche Unterhaltung erhöht die Schallpegelanzeige auf circa 70 Dezibel. Die Schallstärke einer Sirene kann bis zu 150 Dezibel erreichen, die eines Flugzeuges etwa 120 Dezibel. Wenn sich die wahrgenommene Schallintensität verdoppelt, erhöht sich deren Schallleistungspegel um das Zehnfache bzw. um zehn Dezibel.

Siehe auch Tonaufnahme und -wiedergabe; Ultraschallakustik; Welle; Schwingung; Rauschen