Kinder brauchen eine gute Akustik – innovative Bau- und Raumakustik in Schulen und Kindergärten

Im Rahmen einer innovativen Projektstudie haben wir, gemeinsam mit der TU Kaiserslautern, verschiedene Wandaufbauten mit akustischen Merkmalen entwickelt und in ausführlichen Tests auf ihre Schalldämmung hin geprüft. Das Kooperationsprojekt wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert.

Bekannt ist, dass die Minimierung nicht erwünschter Geräusche und eine bessere Akustik die Sprachverständlichkeit fördern. Akustische Bedingungen und Lernerfolge hängen somit nachweislich zusammen. Gleichzeitig beeinflusst eine optimale Raumakustik positiv das Wohlbefinden.

Bei der Planung für Schulen und Kindergärten spielt das Bauen mit Holz heute eine zunehmend wichtige Rolle. Im Hinblick auf steigende Schülerzahlen und den Sanierungsbedarf dieser Gebäude werden schnell zu errichtende und kostengünstige Bauten benötigt. Hier hat sich der Holzbau in den letzten Jahren als energie- und ressourcensparendes Leichtbausystem etabliert. Er ist hervorragend dazu geeignet, hochwertige und energieeffiziente Gebäude mit gutem Raumklima in kurzer Bauzeit wirtschaftlich zu erstellen.

Allerdings bestehen hier verschiedene Anforderungen in der Bau- und Raumakustik. Oftmals dämpft die Leichtbauweise den Schall nicht ausreichend. Um den Vorgaben aus Regelwerken für die Bau- und Raumakustik von Schulen und Kindergärten gerecht zu werden, müssen die Räumlichkeiten durch zusätzliche Maßnahmen, die zum Teil auch weitere Kosten erzeugen können, ausgestattet werden. Dies kann jedoch den wirtschaftlichen und oft auch zeitlichen Vorteil des Holzbaus zunichtemachen.

Im Rahmen der durchgeführten Projektstudie und eines Entwicklungsvorhabens haben wir erstmalig den Holzbau und die Bau- und Raumakustik zusammengeführt. Ziel war es, bereits durch die Gestaltung der Holzwand schalldämmende und –absorbierende Maßnahmen zu integrieren, die dann auch statisch und dynamisch berücksichtigt und ausgelegt sind.

Der hierbei entwickelte Prototyp eines Wandaufbaus wurde, unter Verwendung der jeweiligen Testergebnisse, kontinuierlich weiterentwickelt und akustisch optimiert.

Durch das Zusammenführen der Ergebnisse der verschiedenen Messsysteme wurde eine umfassende Datenvisualisierung in Form von Tabellen und Grafiken möglich. Mit diesen konnten schnell übersichtliche Vergleiche erstellt sowie Abweichungen einzelner Messwerte erkannt werden.

Zu Beginn wurde für die Durchführung der Prognosen ein Beispielraum eines typischen Klassenzimmers gewählt. Das Berechnungsmodell beinhaltet bereits die Berücksichtigung der Schallabsorption durch Personen und Möbel. Vielfach werden bereits Decken als Schallabsorptionsflächen für Klassen- und Besprechungsräume genutzt. Daher wurde für die Prognoserechnungen auch die Decke des Beispielraumes als akustisch wirksame Fläche angesetzt.

Im Laufe der Versuchsreihe zeigte sich bei weiteren Prognosen, dass die Position der Akustikmodule im Raum keine signifikante Rolle spielt, sondern der Anteil an der Gesamtfläche.

Die Ergebnisse belegen ebenfalls, dass die Schallweiterleitung durch die Dicke und Anordnung von Akustikabsorbern gesteuert werden kann. Auch ist ein positiver Einfluss durch schwingungstilgende Schichten erkennbar. Diese schwingungstilgenden Schichten können die Schallweiterleitung durch die Wand in hohem Maße verringern.

Insbesondere die Erhöhung der Schalldämmung durch den Einbau einer schwingungsdämmenden Luftschicht und die Anordnung der Mineralfaserwolle konnten anhand von umfangreichen Simulationen sowie ausführlichen experimentellen Untersuchungen nachgewiesen werden.

Im Zuge der Erweiterung der Versuchsaufbauten wurden beide Räume jeweils einmal als Sende- beziehungsweise Empfangsraum genutzt. Dies führte zu einer Verdopplung der Anzahl an Messungen und ermöglichte zusätzlich die Kontrolle, inwiefern die Seite der Anregung Einfluss auf die Messergebnisse hatte. Parallel wurde die Anzahl an Messdurchführungen pro Mikrofonposition von 1 auf 3 erhöht, sodass insgesamt sechsmal mehr Messungen gemacht wurden als bei üblich normativen Messungen.

Mit den dadurch gewonnenen Messdaten konnten sowohl Erkenntnisse zur Schallweiterleitung und Schallausbreitung für Luftschallanregungen als auch für Körperschallanregungen gewonnen werden.

Mehrere voneinander unabhängige und von verschiedenen Prüfern an unterschiedlichen Tagen durchgeführte Messungen belegen eine hohe Reproduzierbarkeit sowie eine geringe experimentelle Unsicherheit. Die festgestellten maximalen Abweichungen können mit ±1 dB als sehr gering bezeichnet werden.

Mit dem Prototyp einer Wandvariante konnte nach Abschluss aller Optimierungen und Beseitigung sämtlicher akustischer Fehlstellen der Fugenanschlüsse ein bewertetes Laborschalldämm-Maß von 63 dB erzielt werden. Das Ziel von 60 dB für das bewertete Schalldämm-Maß der Wand wurde damit übertroffen. Diese sehr gute Schalldämmung in Verbindung mit einer geringen Wanddicke von 26 cm, eignet sich hervorragend für den Einsatz zwischen lärmbelasteten Räumen bei geringem Raumverlust.

Die Ergebnisse bestätigen ausserdem, dass das akustische Modul mit einer gelochten Fläche hervorragend geeignet ist, um Schall zu absorbieren. Die Höhe der Absorption ist leicht über den Anteil an gelochter Fläche an der Gesamtfläche zu steuern und kann individuell und bedarfsgerecht an jegliche Bausituationen angepasst werden.

Auf Basis dieser Ergebnisse kann gesagt werden, dass die entwickelten Module das gesetzte Ziel von 60 dB als bewertetes Schalldämm-Maß erreicht haben.

Die Module mit gelochter Beplankung verringern die Schallweiterleitung sogar noch deutlich besser. Die Wand als Ganzes ist somit in Bezug auf die Schalldämmung optimal, um als Trennwand in Schulen oder Kindertagesstätten eingebaut zu werden. Der Vergleich der Nachhallzeiten verdeutlicht die schallabsorbierende Wirkung und die damit einhergehende Verbesserung der Sprachverständlichkeit durch das gelochte Akustikmodul.

Gleichzeitig verbessert das optimierte Akustikmodul der neuentwickelten Wand die im Raum herrschende Akustik, sodass ein Einbau in Kindertagesstätten oder Schulen zu einer spürbaren Erhöhung der Sprachverständlichkeit beiträgt.

Ein Vergleich mit anderen Leichtbauwänden und Kalkstandsteinwänden verdeutlicht das hohe Schalldämmpotenzial der neu entwickelten Wände. Bei annähernd gleichen Wanddicken werden vom Prototyp im Vergleich zu beidseitig doppelt beplankten Leichtbauwänden signifikant höhere Schalldämm-Maße erreicht. Im Vergleich zu einer 250 mm dicken verputzten Kalksandsteinwand mit einer Steinrohdichte von 1,72 kg/dm³ ist die neu entwickelte Holzbauwand oberhalb von 125 Hz deutlich besser. Lediglich bei tiefen Frequenzen bewirkt die deutlich größere Masse des Kalksandsteins eine höhere Schalldämmung. Insbesondere der Vergleich des bewerteten Schalldämm-Maßes der Kalksandsteinwand von 52 dB mit dem Wert der neu entwickelten Holzbauwand von 64 dB belegt, dass die Holzbauwand im relevanten Frequenzbereich herausragende Schalldämmeigenschaften aufweist.

Sowohl beim Neubau als auch bei bereits bestehenden Gebäuden ist eine raumakustisch, optimale Berücksichtigung beziehungsweise Sanierung grundsätzlich möglich. Die akustische Sanierung in Bildungseinrichtungen wie Kitas, Schulen und Universitäten steigert die Hörbarkeit des gesprochenen Wortes und unterdrückt gleichzeitig störende Nebengeräusche.

Bei unseren Projekten untersuchen wir die Ausgangslage und erarbeiten ein auf Architektur und Raumnutzung abgestimmtes Konzept. Zur Analyse ziehen wir die raumakustische Raum- und Materialbeschaffenheit heran und ermitteln Schallpegel, Nachhallzeiten und Schallreflexionen des Unterrichtsraums. Die so gewonnenen Erkenntnisse fließen in die Planung raumakustischer Maßnahmen ein, die gezielt den Lärmpegel verringern und die Nachhallzeit optimieren.