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Bauphysik

Bauphysik . 8 . Gebäude im Schallfeld. E.K. Tschegg, Labor für Materialwissenschaften E206-4, TU Wien SS . 8. DAS GEBÄUDE IM SCHALLFELD Wirkungsvoller Schallschutz bedeutet  im Freien erzeugte Ger ä usche Hausinnern abzuschirmen ( Schallausbreitung im Freien )

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Presentation Transcript


  1. Bauphysik 8. Gebäude im Schallfeld E.K. Tschegg, Labor für Materialwissenschaften E206-4, TU Wien SS

  2. 8. DAS GEBÄUDE IM SCHALLFELD • Wirkungsvoller Schallschutz bedeutet im Freien erzeugte Geräusche • Hausinnern abzuschirmen (Schallausbreitung im Freien) • große Halle ein geeignetes"akustisches" Klima aufzubauen (Raumakustik)  Räumen entstehende Geräusche mit stark verminderter Lautstärke in Nebenräumen eindringen zu lassen (Bauakustik). Zu laut empfundene Lärmbelastung einzudämmen  zwei physikalische Effekte der Wellenausbreitung ausgenützt werden: • -Lärmdämmung durch Reflexion (Schalldämmung) • -Lärmdämpfung durch Absorption (Schallabsorption) Schalldämmung und Schallabsorption sind klar voneinander zu trennen.A) Durch Reflexion Schallenergie nicht in eine andere Energieform überführt. B)Dämpfung Schallenergie im wesentlichen in Wärme umgewandelt. Eine Wand kann demnach z.B. gut schalldämmend sein, gleichzeitig aber eine geringeSchallabsorption (Dämpfung) besitzen.

  3. SCHALLDÄMMUNG Lärmdämmung (durch Reflexion)Lärmdämpfung(Schallabsorption) Bauakustik

  4. Vier Grundprinzipien für Schallschutz-Maßnahmen im Bauwesen: a)Luftschalldämmung: Der Schall wird durch schwere und dichte Baustoffe daran gehindert, sich von einem Raum in den anderen auszubreiten (  Reflexion der Luft-Schallwellen) b)Luftschalldämpfung (Schallabsorption): In besonderen "Schallschluckstoffen“ oder "Mitschwingern" wird versucht, Schallenergie in Wärme zu überführen. c)Körperschalldämmung: Unterbrechung der Schallausbreitung in festen Körpern, z.B. durch Zwischenschalten von Luftschichten oder elastischen Baustoffen. d)Körperschalldämpfung: Minderung der Schallausbreitung und der Wiederabstrahlung, z.B. durch Sandfüllung (-» Umwandlung der Schallenergie in Wärme).

  5. Schallausbreitung

  6. Im Freien: Ausbreitung der Schallwellen  durch schalldämpfende Effekte (Absorption durch Luft, Feuchtigkeit, Nebel oder Bodenbewachsung) Durch schalldämmende Hindernisse (ein Teil der Schallwellenwird zurückreflektiert) Die zusätzlichen Dämpfungseffekteergeben eine frequenzabhängigeSchallpegelabnahme Frequenzeinfluss

  7. Natürliche oder künstliche Hindernisse Verbindungslinie Schallquelle-Beobachter  wirksamen Höhe h,  Abstand Quelle-Hindernis abhängig. Schallpegelabnahme sog. charakteristische Frequenzfl rechnerisch ermitteln c Schallgeschwindigkeit [ms-1(Diese Formel gilt für a > h und b >> h und ein unendlich langes Hindernis)

  8. Hindernis hervorgerufene Pegelminderung wird von der horizontalen Ausbreitung des Hindernisses beeinflusst. • Öffnungswinkel des Hindernisses  steigt maximale Pegelminderung. Punktquellen E  Länge der Schallschutzwand vermindert werden • nahe an die Schallquelle • Linienquellen wächst die Wirkung der Abschirmung nur mit zunehmender Nähe zum Schallempfänger.

  9. 8.2  Raumakustik Akustisches Klima eines Raumes das Reflexions- bzw. Absorptionsverhalten seiner Begrenzungsflächen Reflexion der Schallwellen (vgl. geometrische Optik): Linienquelle Punktquellen paralleler Einfall Ebene Fläche Konvexe Fläche Konkave Fläche

  10. Die gesamte äquivalente Schallabsorptionsfläche AS eines Raumes ist als Summe der Produkte (Flächen Ai x Absorptionsgrad i) definiert: 1 A2 2 A1 Fläche der Wand = Ai • = AS/Ai Schallabsorptionsgrad mittl = AS / Atot mittlerer Schallabsorptionsgrad

  11. Schallabsorptionsgrade von Wandoberflächen und ungefähre äquivalente Schallabsorptionsflächen für Bestuhlung und Personen bei den Oktavfrequenzendes bauakustischen Frequenzbereiches

  12. Anhall Nachhall Einschalten einer Schallquelle  steigt die Schallenergiedichte in einem Raum nicht proportional zur Erregung in derQuelle an,  es pegelt sichallmählich ein stationärer Zu-stand zwischen Schallausstrahlungund Schallabsorption ein (Anhall). Schallquelle ausgeschaltet,  verschwindet der Schallpegel nicht plötzlich  Schall klingt vielmehr infolge der Laufzeit vielfacher Reflexionen allmählich ab (Nachhall) . Zusammenhang  Nachhallzeit T, gesamte äquivalenteSchallabsorptionsfläche AS unddem Raumvolumen  erstmals von Sabine experimentell erfasst: Nachhallzeit s Schallpegel nach Abschalten der Schallemission um 60 dB abgeklungen ist = Nachhallzeit

  13. Die Nachhallzeit T ( , V, As) ist diejenige Zeit [sec], in welcher der Schallpegel nach Abschalten derSchallemission um 60 dB abgeklungen ist (Reduktion der Schallenergiedichte auf den 10 ten Teil). Mit der Nachhallzeitverkürzung T0 T1ist ebenfalls eine Reduktion des Schallpegels verbunden:

  14. Die Raumakustik lässt sich durch folgende Elemente regulieren; -Reflektoren (Verstärkung des "Direktschalles") -Diffusoren (streuende Reflexion  diffuses Schallfeld) -Absorber (Absorption des Schalls in porösen Baustoffen) -Resonanzabsorber (Absorption durch schwingungsfähiges Resonanzsystem) Absorber: Die Wirkung eines porösen Absorbers bestimmte Wellenlänge das zugehörige Schnellemaximum in die Schicht hineinzuliegenkommt. Die Schichtstärke d  ein Viertel der Wellenlänge betragen.

  15. Schallabsorptionvon Holzwolleplatten

  16. Holzwolleplatten (50mm), verschiedenen Hängehöhen (0,50,100 und 200 mm) Holzplatte (25 mm), mit und ohne Mineralwolle - Hinterlüftung (70N/m3, 50 mm)

  17. "Masse-Feder-Schwingungssystem"  Resonanz-Absorber in derNähe ihrer Resonanzfrequenz eine ausgeprägte Schallabsorption.

  18. Schallschluckung tritt bei Platten nur  schmalbandig, tiefen Frequenzen auf. Beide Absorptionseffekte kombinierentieffrequenten Resonanzmaximum, dasbreite, höherfrequente Absorptionsband porösen Schallabsorbers mit Wandab-stand überlagert wird.

  19. Übersicht: Hoch- und tieffrequente Absorber

  20. 8.3. Luftschallübertragung Prinzipiell direkte Übertragung durch die Trennwand/Decke (R(f)) indirekte Übertragung über Nebenwege vorliegen (im Gebäude).(R1(f)) Sind P1 resp. P2 die Schallleistung zu beiden Seiten eines Bauelementes, so wird das Verhältnis als Schalldämmass R bezeichnet. Mit Hilfe der mittleren Schallpegel L1, und L2des Sende- rsp. Empfangsraumes lässt sich das Schalldämmass wie folgt aus-drücken: L2 L1 Achtung R = R(f) Schallpegeldifferenz gemeinsame Fläche des Bauelementes zwischen Sende- und Empfangsraumäquivalente Schallabsorptionsfläche Empfangsraum

  21. Trennelement vollständig zu beschreiben, experimentell der frequenz-abhängige Verlauf der Schalldämmkurve R(f) bestimmen. Praxis unhandlich durch Bewertung der gemessenen Schalldämmkurve R(f) mit einer standardisierten Normkurve N1 auf eine charakteristische Zahl, den Luftschall-Isolationsindex Ia, reduziert. Die Luftschalldämmung ist nun umso besser, je grösser der Index Ia

  22. Andere Luftschallkenngrössen: mittleres Schalldämmaß Luftschallschutzmaß bewertetes Schalldämmass mittleres Schalldämmass R(f) Schalldämmass (im Labor, ohne Nebenwegübertragung) R1(f) Schalldämmass (mit bauüblicher Nebenwegübertragung)

  23. Einige Beispiele von Luftschallisolationsindizes Ia Homogene Backsteinwand 15 cm, verputze 43 - 46 dB Homogene Backsteinwand 18 cm, verputzt 47- 49 dB Betonwand 15 cm 53 - 55 dB Mobile Trennwände 7 3 kg/m2 41 dB Mobile Trennwände 18 kg/m2 28 dB Zweischalige Wände 2 x Gipsplatten 40 - 50 dB Zweischalige Wände Backstein + Gipskarton 52 dB Fenster: DV-Fenster 25 - 35 dB Türen : Zimmertüre 15 - 25 dB Doppeltüre 30 - 50 dB

  24. 8.3.1 Einschalige Bauteile I) Plattenschwingung: sehr tiefe Frequenzen (meistens f < 100 Hz), Biegeeigenschwingungen der Wand (freischwingende, freiliegende Platte) II) Massegesetz: Eigenschwingungen der Wand System einzelner Massen; wichtig ist hier die Masse pro Flächeneinheit eine Verdoppelung des Gewichtes liefert eine Schalldämmung von 6 dB III) Koinzidenzeffekt: (Spuranpassungseffekt) Biegesteifigkeit wichtige Rolle,  räumliche Resonanz Einbruch wenig oberhalb der Grenzfrequenz (Koinzidenzfrequenz)  Spuranpassung zwischen Biegewellen des Bauteils und auftreffender Schallwelle. Schalldämmung einschalige Wände  umso besser, je größer deren Flächengewicht . Tiefe des Koinzidenzeinbruches kleiner, je höher die innere Dämpfung des Wandmaterials ist,  mit flacher werdendem Einfallswinkel der Schallwelle zu. Grenzfrequenz f bei leichten Wänden  zwischen 300 Hz und einigen tausend Hz; schwere Wände  tiefe Grenzfrequenzen von 50 Hz bis 300 Hz

  25. Frequenzbereich I: Plattenschwingung Frequenzbereich II: Massengesetz Frequenzbereich III: Bereich der Wellenkoinzidenzen (Spuranpassung)

  26. Zweischalige Wände Einschaligen Wänden  gute Schalldämmung mit hohen Flächengewichten Hohen Gewichte vermeiden  Doppelwände Der Verlauf der Schalldämmkurve R(f) zweischaliger Wände zeigt vier charakteristische Bereiche: I) Massegesetz; tiefe Frequenzen, Massegesetz wie für eine gleich schwere Einfachwand; Wandschalen schwingen im Takt keine Verbesserung indiesem Bereich gegenüber Einfachwand II) Doppelwandresonanz: Masse-Feder-Masse-Schwingungssystem mit Resonanzfrequenz, Dämmung im Vergleich zu Einfachwand sogar schlechter, beide Wandschalen schwingen im "Gegentakt" III) Mittlere Frequenzen: bedeutende Verbesserung gegenüber Einfachwand mitgleichem Flächengewicht, theoretischer Anstieg ca. 18 dB/Oktave IV) Dickenresonanzen: Einbrüche durch Ausbildung stehender Wellen im Zwischenraum (Schalenabstand = Vielfaches von  /2).

  27. Zweischalige Wände Einschalige Wand Stehende Wellen Doppelwandresonanz Resonanzfrequenz der beiden Schalen Höhere Resonanzen bei Isolationsgewinn bei zweischaligen Konstruktionen

  28. 8.3.3 Zusammengesetzte Wandflächen Ist eine Wand aus 2 Teilflächen A1, [m2 und A2m2 mit den entsprechenden Schalldämmwerten R [dB] rsp. R2 [dB] zusammengesetzt, so berechnet sich das totale Schalldämmass der gesamten Wandfläche zu: A gesamte Wandfläche (A1 + A2) A1, A2 Teilflächen der Wand R1, R2 Luftschalldämmasse der Teilflächen R Resultierendes Schalldämmass

  29. 8. 4 Trittschallübertragung Weg 1: Direkter –Übertragung durch die Trenndecke Weg 2: Nebenweg Vertikal-Übertragung durch flankierende Bauteile Weg 3 + 4: Nebenwege Horizontal-Übergänge durch flankierende Bauteile Weg 5 + 6: Nebenwege Diagonal-Übertragung durch flankierende Bauteile

  30. Trittschalldämmenden Eigenschaften von Decken  genau definierte Trittschallquelle einigen. Anregung der Decke normalisiertes Hammerwerk. Empfangsraum  Schallpegel gemessen. Messungen in Empfangsräumen mit unterschiedlichen Absorptionseigenschaften  Normverhältnisse umgerechnet. Der Normtrittschallpegel ist wie folgt definiert: LNNormtrittschallpegel LT gemessener Trittschallpegel A0 Bezugs-Schallabsorptionsfläche (immer 10 m2)AS2 äquivalente Schallabsorptionsfläche Empfangsraum LN = L N(f) Güte der Trittschallisolationeiner Deckeeinzige Zahl ausdrücken. Im Gegensatz zum Luftschallisolationsindex: Ii, ist die Trittschallisolation umsobesser, je kleiner der Ii-Wert ist. Siehe Schaubild: TRITTSCHALLISOLATIONSINDEX Ii Andere Trittschallkenngrösse:

  31. Rohdecken StahlbetondeckenRippendeckenHohlkörperdecken usw.Ausgenommen Holzbalkendecken Weiche Gehbeläge und schwimmende Unterlagsböden gute Trittschallisolationen Verschlechterung der Trittschalldämmung  Vorhandensein von Körperschallbrücken zwischen Massivdecke und Zementüberzug Schallbrücken  Wandanschlüssen, Deckendurchführungen von Saniärleitungen  können einen schwimmenden Unterlagsboden kaputt machen. Schwimmende Unterlagsbödendiverse Konstruktionen Gehweiche Bodenbeläge PVC mit Schaumstoffunterlage Teppich mit weichfedernderUnterlage

  32. Vorlesung für Materialwissenschaften I SS 2008 Ort: Im Seminarraum 138 A (gelber Bereich, 7. Stock) Mi. und Do. 16:00 – 18:00 Uhr Termine: Erst Vorlesung Mittwoch 30.4.2008 Mittwoch 07.05.2008 Donnerstag 08.05.2008 Keine Vorlesung Mittwoch 14.05.2008 Donnerstag 15.05.2008 Mittwoch 21.05.2008 Donnerstag 22.05.2008 Feiertag Mittwoch 28.05.2008 (Dr. B. Holper) Letzte Vorlesung Donnerstag 29.05.2008 (Dr. B. Holper) Ersatztermine Mittwoch 04.06.2008 Donnerstag 05.06.2008 Donnerstag 12.6.2008 Exkursion zum Flugzeugwerk

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