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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
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Bauphysik

8. Gebäude im Schallfeld

E.K. Tschegg,

Labor für Materialwissenschaften E206-4, TU Wien

SS

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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.

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SCHALLDÄMMUNG

Lärmdämmung (durch Reflexion)Lärmdämpfung(Schallabsorption)

Bauakustik

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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).

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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

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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)

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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.

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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

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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

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

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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

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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:

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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.

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Holzwolleplatten (50mm),

verschiedenen Hängehöhen

(0,50,100 und 200 mm)

Holzplatte (25 mm),

mit und ohne Mineralwolle - Hinterlüftung (70N/m3, 50 mm)

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"Masse-Feder-Schwingungssystem"  Resonanz-Absorber in derNähe ihrer

Resonanzfrequenz eine ausgeprägte Schallabsorption.

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

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Übersicht: Hoch- und

tieffrequente Absorber

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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

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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

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Andere Luftschallkenngrössen:

mittleres Schalldämmaß

Luftschallschutzmaß

bewertetes Schalldämmass

mittleres Schalldämmass

R(f) Schalldämmass (im Labor, ohne Nebenwegübertragung)

R1(f) Schalldämmass (mit bauüblicher Nebenwegübertragung)

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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

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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

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Frequenzbereich I: Plattenschwingung

Frequenzbereich II: Massengesetz

Frequenzbereich III: Bereich der

Wellenkoinzidenzen

(Spuranpassung)

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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).

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Zweischalige Wände

Einschalige Wand

Stehende Wellen

Doppelwandresonanz

Resonanzfrequenz der beiden Schalen

Höhere Resonanzen bei

Isolationsgewinn bei zweischaligen

Konstruktionen

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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

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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

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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:

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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

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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