zurück

Textilien als Schallabsorber

Eine gute Sprachverständlichkeit, wenig Lärm und eine anregende akustische Behaglichkeit in Räumen sind nicht selbstverständlich. Dabei gibt es durchaus sinnvolle Anforderungen, die auch in ästhetischer Weise gut umsetzbar sind.

Gestaltete Absorption
Bild 1: Mit Textilien bekommen Raumgestalter ideale Möglichkeiten, um Raumakustik zu steuern. Stark strukturierte, voluminöse Objekte sind dabei in der Regel wirksamer als ebene. Foto: kvadrat

Kurt Eggenschwiler vom Akustiklabor der Empa in Dübendorf (Schweiz) erläuterte auf dem 12. Akustik-Forum, was Textilien zu einer einwandfreien Raumakustik beitragen können und zeigte an Beispielen, wie sie akustisch wirken.

Seit geraumer Zeit werden in Räumen viele schallharte Materialien in Form von Vorhängen, Decken- und Wandpaneelen, Strukturen und Möbeln erfüllen heute aber hohe ästhetische Anforderungen. Das Vorurteil vom grauen Filz ist längst überholt. 

Textilien wirken in der Raumakustik hauptsächlich als sogenannte poröse Schallabsorber. Die Schallenergie wird durch innere Reibung der in den Poren durch den Schall bewegten Luft in Wärme umgewandelt. Etwas genauer betrachtet spielt z. B. bei einem Vorhang auch das Schwingungsverhalten des hängenden Stoffs eine Rolle.

Poröse Schallabsorber sind grundsätzlich im Mittel- und Hochtonbereich wirksam. Charakterisiert werden sie wie andere Schallabsorber mit dem frequenzabhängigen Schallabsorptionsgrad as . Er entspricht dem Verhältnis der absorbierten zur allseitig einfallenden Schallintensität, gemessen an 12 m2 in einem akustischen Labor – dem Hallraum. Theoretisch liegt a s zwischen 0 (vollständige Reflexion) und 1 (vollständige Absorption). Wegen des Messverfahrens kann der Wert auch etwas höher als 1 sein.

Die Empa hat Absorptionsberechnungen für Textilien entwickelt

Bei der Entwicklung von neuen Textilien muss nicht jedes Mal 12 m2 für den Hallraum bereitgestellt werden. Im sogenannten Impedanzrohr kann – allerdings nur für senkrechten Schalleinfall – der Schallabsorptionsgrad a 0 für Proben von z. B. 10 cm Durchmesser untersucht werden. Die Umrechnung von a 0 in a s ist vielfach mit größeren Unsicherheiten behaftet, weshalb für die Anwendung in der Akustik schließlich die Ergebnisse aus dem Hallraum maßgeblich sind. Angemerkt sei noch, dass bei Objekten die äquivalente Schallabsorptionsfläche A gemessen wird.

Schallabsorbierendes Sitzkissen
Bild 2: Schallabsorbierende textile Sitzkissen mit speziellem Schaustoffkern. Foto: Empa

Die rechnerische Prognose des Schallabsorptionsgrads aus Materialkenngrößen ist anspruchsvoll und in vielen Fällen nur annäherungsweise möglich. Es gibt ein paar wenige kommerzielle Software-Tools. Für flache und gefaltete Textilien vor einer Wand und frei im Raum hängend wurde am Materialforschungsinstitut Empa in der Schweiz Berechnungsverfahren entwickelt, mit denen sowohl a 0 als auch a s prognostiziert werden können. Auf dieser Basis war es im Rahmen eines Projekts mit der Industrie im Jahr 2011 möglich, den weltweit ersten lichtdurchlässigen, leichten und schallabsorbierende Vorhang vorzustellen.

Die wesentlichen Parameter, welche den Schallabsorptionsgrad einer textilen Fläche bestimmen, sind der Strömungswiderstand, die Dicke und das Flächengewicht der textilen Schicht sowie der Abstand der Schicht von der Wand. Vorhänge sind wirksamer, wenn sie gefaltet sind. Und stark strukturierte voluminöse Objekte wie auf dem ersten Bild sind in der Regel wirksamer als ebene.

Textilien verbinden Ästhetik und absorptive Funktion

Als poröse Absorber können Textilien aus rein technischer Sicht die oft als Schallabsorber eingesetzten Schaumstoffe und Mineralfasern ersetzten. Es können also Wollfilze als Hinterfüllung von gelochten oder geschlitzten Decken verwendet werden. Es erscheint allerdings wenig attraktiv, ein hochwertiges Material von beachtlichem ästhetischem Potenzial so zu verstecken.

Häufig werden Textilien verwendet, um Schallabsober zu verkleiden, also z. B. Deckenabsorber, Deckensegel, Baffeln, Wandabsorber, mobile Bürostellwände und Möbel mit einem herkömmlichen porösen Kern aus Schaumstoff oder Mineralfaser. Es eröffnet sich ein breites Feld der textilen Gestaltung. Akustisch zu beachten ist, dass der Strömungswiderstand des Stoffbezugs inklusive Bedruckung und anderen Gestaltungselementen gleich groß oder geringer sein muss als jener des Kerns. In Kirchen ist dieses Prinzip in Form schallabsorbierender Sitzkissen verbreitet. Sie sorgen dafür, dass die Nachhallzeit in der schwach besetzten Kirche nicht zu lang ist.

Akustik-Vorhang
Bild 3: Großer Probesaal Musikinsel Rheinau (Schweiz) mit akustisch wirksamen leichten Vorhängen, textil verkleideter Wand und Akustikstellwänden. Foto: R. Weyeneth

Interessant werden Textilien, wenn sowohl ihr ästhetisches als auch akustisches Potenzial vollständig ausgeschöpft werden. Mit schallabsorbierenden Filzen und Stoffen können Strukturen gebildet werden, die akustisch effizient Schall absorbieren und gestalterisch überzeugen. Solche Akustikelemente können als Decken- oder Wandabsorber sowie frei stehend oder hängend eingesetzt werden.

Teppiche gehören selbstverständliche auch zu den textilen Schallabsorbern. Akustisch nachteilig ist, dass Teppiche praktisch immer direkt auf eine harte, schallreflektierende Oberfläche montiert werden müssen. Damit sind sie nur im Hochtonbereich wirksam, was sie als Absorber im Sprachbereich nicht geeignet macht. Weil Teppiche aber störende hohe Frequenzen schlucken, und vor allem weil sie Gehgeräusche und die Geräusche des Stühlerücken stark vermindern, gelten sie zu Recht als wertvoller akustischer Beitrag. Mit besonderen Teppichaufbauten oder auf speziellen Hohlböden verlegt, können übrigens auch mit Teppichen erstaunlich hohe Schallabsorptionsgrade erreicht werden.

Akustische wirksame Vorhänge benötigen Abstand von der Wand

Schwere, blickdicke Vorhänge werden schon seit langem als wirksame Schallabsorber eingesetzt. Damit sie auch im Mitteltonbereich Schall absorbieren, müssen Flachvorhänge oder gefaltete Vorhänge einen Abstand von 10 - 15 cm der Wand aufweisen. Sonst wirken sie wie Teppiche nur als Hochtonabsorber.

Abbildung 1: Berechnung Akusdtik-Vorhang
Abbildung 1: Dass leichte Vorhänge gut Schall absorbieren, ist nicht selbstverständlich. Bei der Empa-Entwicklung (obere Kurve) resultierte ein fünf Mal höherer Schallabsorptionsgrad als mit den vorher üblichen Vorhängen (untere Kurve). Abb.: Empa

Bei Flachvorhängen ist die Wirksamkeit eingeschränkt, weil ja nur eine dünne poröse Schicht dem Schallfeld ausgesetzt ist. Für den senkrechten Schalleinfall wird der Schall sogar überhaupt nicht absorbiert, wenn der Abstand gerade der halben Wellenlänge des Schalls und einem Vielfachen davon entspricht. Trotzdem können auch Flächenvorhänge einen hilfreichen Beitrag zur notwendigen Schallabsorption in einem Raum leisten, wo der Schall ja allseitig auftrifft. Der beschriebe Nachteil entfällt, wenn Vorhänge gefaltet aufgehängt werden, z. B. mit einer Stoffbeigabe von 100 % oder wenn sie aus mehreren Lagen bestehen.

Besonders gewinnbringend werden Vorhänge bei variabler Raumakustik eingesetzt. Ausgezogen wirken die Vorhänge als Absorber und sorgen für eine kurze Nachhallzeit. Lässt man sie in einem Vorhangbahnhof verschwinden, wird der Nachhall länger. Auf diese Weise kann ein Raum den unterschiedlichen Bedürfnissen verschiedener Musikstile und den Anforderungen der Sprache angepasst werden. Ein aktuelles Beispiel aus der Schweiz ist der große Probesaal der Musikinsel Rheinau.

Die in Rheinau eingesetzten leichten und lichtdurchlässigen Vorhänge wurden an der Empa in einem geförderten Projekt mit den schweizerischen Industriepartnern Annette Douglas und Weisbrod-Zürrer entwickelt. Dass leichte Vorhänge gut Schall absorbieren, ist nicht selbstverständlich. Bei der systematischen, mit mathematischer Modellierung und messtechnischer Validierung beruhenden Entwicklung resultierte ein fünf Mal höherer Schallabsorptionsgrad als mit den vorher üblichen Vorhängen (siehe Abbildung 1).  Die Vorhänge werden seither erfolgreich beispielsweise in Büros, Hotelhallen, Sitzungszimmern und speziellen Musikräumen eingesetzt.

Abbildung 2: Messung Absorptionsfläche
Äquivalente Absorptionsfläche gemessen im Hallraum an einem frei hängenden, leichten und lichtdurchlässigen Vorhang, gefaltet (100 %), Flächengewicht 130 g/m2, Fläche 6.5 m2. Abb.: Empa

Vor einem Jahr wurde an der Empa ein Berechnungsmodell für im Raum frei hängende Vorhänge entwickelt. Es zeigte sich, dass Vorhänge auch in diesem Fall erstaunlich gut Schall absorbieren können, was bei Messungen im Hallraum vor kurzem bestätigt werden konnte (siehe auch Abbildung 2). Damit ist ein weiteres Feld für gut gestaltete textile Schallabsorber offen.

Autor

Kurt Eggenschwiler ist Leiter der Abteilung Akustik/Lärmminderung an der Eidgenössischen Materialprüfanstalt in Dübendorf, Schweiz.