Akustik – Wissen
Gute & schlechte Akustik – und was sie mit uns macht
Gute oder schlechte Akustik wird als Wohlfühlfaktor in unserem Leben immer noch unterschätzt – aber das Bewusstsein dafür steigt und steigt, ob im Arbeitsumfeld oder in der Freizeit.
Gute akustische Bedingungen sind ein absolutes MUSS für unser Wohlbefinden, zumeist merken wir das aber erst, wenn die Akustik nicht passt, wir durch Lärm Stress empfinden.
Dass Lärm stresst, liegt uns in den Genen. Akustische Warnsignale haben im Menschen seit jeher heftige Reaktionen ausgelöst. Bedingt durch die Ausschüttung von Adrenalin und Noradrenalin kommt es dazu, dass wir fliehen wollen oder in Kampfbereitschaft gehen, sprich: gereizt reagieren.
Woher dieser Lärm kommt, spielt keine Rolle.
Fakt ist: Lärm lenkt ab. Schon ein „lästiges Flüstern“ kann genügen – die Konzentration ist dahin. Eine noch so kleine Ablenkung kann dazu führen, dass wir erst nach 25 (!) Minuten wieder zurückfinden in unsere ursprüngliche Tätigkeit – und das bereits bei einer Lautstärke von nur 30 Dezibel.
Weil jede Störung an unserer Konzentration nagt, nennt die Forschung die Auswirkung von Lärm auch so: Sägezahneffekt.
Fakt ist auch: Lärm macht krank.
Die verstärkte Ausschüttung von Stresshormonen lässt Herzfrequenz und Blutdruck steigen, zugleich erhält die Muskulatur weniger Sauerstoff. Ein Teufelskreislauf setzt ein, weil der Körper den Energieverlust ausgleicht, indem er mehr Cortisol produziert. Das wiederum lässt die Werte von Blutzucker und Blutfett steigen. Fazit: Langfristig leidet unsere Gesundheit massiv.
Fakt ist auch: Lärm isoliert uns. Im Bedürfnis nach Stille kapseln wir uns ab, tragen z.B. Kopfhörer etc. Die Kommunikation leidet, persönliche Kontakte werden weniger. Studien haben ergeben: Gerade im Open Space sinkt die Face-to-face-Kommunikation um bis zu zwei Drittel.
Fakt ist ferner: Lärm ist teuer.
Unsere Leistungsfähigkeit sinkt rapide. Das ist für uns selbst ein ebenso wichtiger Faktor wie für die Personalabteilungen von Betrieben. Um Lärm bestmöglich zu unterbinden, ist die Schalldämmung (z.B. von Gebäuden, Gebäudeteilen) aber nur ein Aspekt. Mindestens ebenso wichtig ist der geschlossene Raum, wo wir uns aufhalten.
Und mit ihm eine optimierte Raumakustik.
Bauakustik & Raumakustik – wo ist der Unterschied?
Sie werden gerne in einen Topf geworfen und miteinander vermengt, sind jedoch grundverschiedene Dinge:
Während die eine (Raumakustik) Schallverteilung und Schalldämpfung innerhalb eines Raumes in Bezug auf rauminterne Schallquellen zum Thema hat, dreht sich bei der Bauakustik alles um die Schallübertagung zwischen Räumen – wenn der störende Lärm also sprichwörtlich durch Wände geht. Oder als Außenlärm in ein Gebäude eindringt.
Bauakustische Maßnahmen zur Abhilfe werden gerne auch als Schallschutz bezeichnet. Mit jenen zur Optimierung der Raumakustik haben sie nichts zu tun.
Raumakustik – was genau ist das?
Worauf kommt es an?
Einfach gesprochen, dreht sich bei Raumakustik alles um die Hörsamkeit – also die akustische Qualität eines Raumes, der zum Zuhören bestimmt ist. Das fängt im eigenen Wohnzimmer an, führt weiter in Büro, Schule, Hotel, Kino oder Therme und endet im Probenraum, Konzertsaal bzw. Tonstudio.
Jede Art von Schall füllt einen Raum, macht ihn zum Schallfeld. Wollen wir seine „akustische Gesamtqualität“ (Hörsamkeit) beurteilen, kommt es im Wesentlichen auf vier Komponenten an: die zeitliche, räumliche, spektrale und dynamische Struktur des Schallfeldes.
Aber: Diese vier lassen sich nicht einfach zu einer universalen Größe zusammenfassen, müssen vielmehr – je nach Nutzungsart des Raumes – nach unterschiedlichen Kriterien bewertet und optimiert werden. Darum unterscheiden wir auch Sprechakustik und Musikakustik.
Sprechakustik meint hier gute Akustik im Sinne von Wohlklang und Sprachverständlichkeit.
Musikakustik meint das Zusammenwirken von Tonhöhe, Frequenz, Intervall, Klangfarbe und Klangspektrum beim musikalischen Hören wie auch Musizieren selbst.
Zurück zu den alten Römern und Griechen
Das akustische Wissen der Menschheit ist erstaunlich alt. Bereits in der Antike wurden beispielsweise Amphitheater im Freien so gebaut, dass die Schallausbreitung ins Auditorium sehr gezielt erfolgte. Und von Orgelbauern aus dem 17. Jahrhundert weiß man, dass sie die Akustik von Kirchen prüften, indem sie Kugeln auf den Steinboden fallen ließen. Das beim Aufprall entstandene Geräusch verriet ihnen enorm viel über die Qualität des Raumes.
Heute testen wir Räume mit einem so genannten Impulsschalltest. Er sagt uns, von wo direkter und reflektierter Schall an einem bestimmten Ort eintreffen. So erhalten wir eine Raumimpulsantwort. In ihr stecken alle wichtigen Informationen zur Hörsamkeit.
Bei der Bewertung der Hörsamkeit sind zahlreiche Maßgrößen von Bedeutung: das Deutlichkeitsmaß, Hallmaß, Klarheitsmaß, Lautstärkemaß und Reflexionsmaß – wobei Deutlichkeit für (Sprach-)Verständlichkeit steht und Klarheit für die „Durchsichtigkeit“ bei komplexen Hörereignissen (z.B. Konzerten), inwieweit also Tonabfolgen und Klänge unterscheidbar sind.
All diese Größen haben enormen Einfluss darauf, wie wir Geräusche wahrnehmen, ob wir sie als angenehm, harmonisch und natürlich empfinden bzw. als störend und stresserzeugend, weil hallig, dumpf, „wie tot“. Sei es eine Neuplanung, sei es die akustische Sanierung eines Raumes – der so genannten Nachhallzeit fällt dabei immer eine ganz entscheidende Rolle zu. Sie bewirkt, ob uns ein Raum behagt oder nicht, ob er seine akustischen Möglichkeiten ausspielen kann oder nicht.
Mit alledem befasst sich die moderne, innovative Raumakustik.
Ihre Aufgabe ist es, jedem Raum seinen bestmöglichen, natürlichen Klang zu geben und ein optimales, gesundes Umfeld für uns Menschen zu schaffen.
Maßnahmen für eine optimierte Raumakustik
Wichtigste Maßnahme von allen ist natürlich die Vermeidung von unnötigem Lärm, denn wo keine Lärmquelle, da auch kein Lärm. Wir sprechen hier jedoch allein von Lärm/Schallquellen innerhalb eines Raumes – was von außen störend durch Wände an unser Ohr dringt, ist ein Problem der Bauakustik, in anderen Worten: der Schallübertragung zwischen zwei Räumen oder überhaupt von draußen in ein Gebäude. Solche Maßnahmen zum Schallschutz sind, so sie nachträglich gesetzt werden müssen, meist mit enormem Aufwand verbunden.
Die Optimierung der Raumakustik hat es da besser. Sie ist in vielen Fällen bedeutend weniger aufwändig und kann zugleich auf eine enorme Vielfalt von Möglichkeiten und Tools zurückgreifen. Die wichtigsten im Überblick:
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Akustisch wirksame Stellwände
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Akustisch wirksame Deckensegel/-paneele
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Akustisch wirksame Wandpaneele
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Akustisch wirksame Decken-/ Wandbespannungen
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Akustisch wirksame Bilder
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Akustisch wirksame Möblierung
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Akustisch wirksame Leuchtkörper
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Akustisch wirksame Bodenbeläge
Die Vielfalt in punkto Größen, Formen und Farben ist mittlerweile da wie dort enorm, und so optimieren diese in ihrer Funktionalität unterschiedlichen Akustikelemente als Absorber/Reflektor/Diffusor Räume nicht nur (indem sie Schall schlucken, abschirmen/reflektieren oder diffus streuen), sondern werten sie auch optisch enorm auf.
3D Visualisierung: Der Vorabblick auf Ihren optimierten Raum
3D Visualisierungen sind aus unserer Marken- und Produktwelt nicht mehr wegzudenken. Sie zeigen uns vorab, wie ein Produkt in unserem Alltag einzusetzen ist, dort wirkt. Dabei können wir bereits vor dem Kauf gründlich prüfen und verstehen, worauf wir uns einlassen, was uns erwartet. Aus jedem Blickwinkel. Auch in anderen Bereichen – Wissenschaft, Forschung, Biologie, Finanzwesen etc. – ist dieses Tool mittlerweile Standard.
In der Raumakustik ist das nicht anders. Anhand aller Rauminformationen und Wünsche unserer Kunden erstellen wir einen dreidimensionalen Akustikplan. Er stellt ein detailliertes Setup für den betreffenden Raum dar, das aufzeigt, welche Akustikelemente zur Optimierung des Raumklanges benötigt werden und an welcher Stelle sie in welcher Höhe und Ausrichtung anzubringen sind.
Der Vielfalt dieser Elemente sind heutzutage kaum noch Grenzen gesetzt. Dort, wo ihr Einsatz aber dennoch nicht ausreicht oder von vornherein eine individuelle Gestaltung nach Maß gewünscht wird, vermitteln wir gerne und jederzeit eine akustische Sonderlösung.
Simulation als wichtiges Tool für Ihre Raumplanung
Die Akustik in Ihren Räumen ist nicht zufriedenstellend? Und das womöglich, obwohl Sie bereits diverse raumakustische Maßnahmen getroffen und einiges Geld investiert haben?
Das kann mitunter daran liegen, dass Sie zwar geeignete Absorber & Co. ihr Eigen nennen, diese jedoch ihren Dienst verweigern, weil etwa das Verhältnis zum Raumvolumen oder die Positionierung nicht passt.
Computergestützte raumakustische Simulationen schaffen Abhilfe. Sie gehen weit über die bloße Berechnung der Nachhallzeit hinaus und erheben unter anderem die
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Sprachverständlichkeit im Raum
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Verteilung von Schallpegeln im Raum
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Abnahme des Schallpegels bei verdoppeltem Abstand
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Verlauf der Schallstrahlen im Raum
und vieles mehr. Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, die Akustik Ihres Raumes an einzelnen Positionen im modellierten Raum hörbar zu machen. Das Verfahren nennt sich Auralisation.
Normen in der Raumakustik
Im Wesentlichen kommen in Österreich diese drei Regelwerke zur Anwendung:
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ÖNORM B8115-3: Sie regelt Schallschutz und Raumakustik im Hochbau, darin geht es v.a. um die Hörsamkeit wie auch Lärmminderung.
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OIB Richtlinie Nr. 5: Sie regelt Fragen zum Schallschutz und ist in ganz Österreich bindend – so werden u.a. Schallschutzniveaus und raumakustische Anforderungen an Nachhallzeiten etc. festgelegt.
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VOLV: Die „Verordnung Lärm und Vibrationen“ regelt den ArbeitnehmerInnenschutz in punkto Lärm. Darin finden sich auch Mindest-Absorptionsgrade für Schall.
Messnormen:
EN ISO 354 – Akustik – Messung der Schallabsorption in Hallräumen
EN ISO 3382 -3: Akustik - Messungen von Parametern der Raumakustik
Bei Projekten, die außerhalb Österreichs realisiert werden sollen, nehmen wir selbstverständlich Bedacht auf die jeweiligen nationalen Normen. In Deutschland ist dies beispielsweise DIN 18041, VDI 2569, ASR 3.7.
Akustische Messung von Räumen aller Art
Ob Tonstudio oder Konzerthalle, Kindergarten oder Büro: Raumakustische Messungen sind unerlässlich, um die Schwachstellen von Räumen zu analysieren und zu beseitigen.
Wir von RAKUS führen Messungen zumeist mit einer Impulsschallquelle und einem Handheld Akustik Analysator durch. Bei größeren Projekten und/oder Spezialanwendungen jedoch kommt auch ein Dodekaeder-Lautsprecher zum Einsatz. Das Besondere daran: Der kugelförmige Lautsprecher setzt sich aus 12 Lautsprechern zusammen, die in alle Richtungen (omnidirektional) abstrahlen. Diese speziell entwickelten Schallwandler sorgen für eine gleichmäßige Abstrahlung des Testsignals und hochpräzise Ergebnisse.
Raumakustische Planung
„Gute Akustik ist Glückssache!“
Diese Meinung war lange Zeit weitverbreitet – und ist es auf gewisse Weise heute noch. Das Gegenteil ist der Fall. Akustik hat nichts mystisch Unbeherrschbares an sich, vielmehr sind wir nunmehr in der Lage, praktisch jeden Raum bis hin zum großen Saal von beliebiger Grundform (auch Primärstruktur genannt) durch raumakustische (sekundäre) Maßnahmen so auszustatten bzw. zu adaptieren, dass die angestrebte Nutzung auf höchstem Niveau erfolgen kann.
Natürlich gibt es Primärformen, die sich von vornherein mehr und solche, die sich weniger eignen – und dementsprechend „einfach“ oder aufwändig sind die sekundären Maßnahmen auch, um den gewünschten Effekt zu erzielen. So ist es z.B. problematisch, einen Konzertsaal in extremer Fächerform anzulegen, weil da die wichtigen seitlichen Reflexionen ausfallen und so der Eindruck von Räumlichkeit nicht entstehen kann.
Generell gilt aber: Jeder Raum lässt sich für bestimmte Zwecke optimieren – und genau dafür braucht es ein raumakustisches Konzept mit detaillierter Planung durch den Profi.
Absorption, Reflexion oder Diffusion?
Die drei großen, grundverschiedenen Möglichkeiten, mit störendem Schall in Räumen umzugehen, sind diese:
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Absorption: gleichsam das „Schlucken“ von Schallwellen. Dies geschieht mithilfe von Absorptionskörpern (Decken-/Wandflächen), die entweder als fixe Verkleidung (Wand, Decke, manchmal auch in Hohlräumen) installiert werden oder als mobile Absorber zum Einsatz kommen. Es gibt zwei Grundtypen von Absorbern:
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Poröse Schallabsorber: Dabei handelt es sich um grobe, mineralische und organische Faserstoffe, Schaumstoffe, Textilien und dergleichen. Sie kommen wesentlich häufiger zum Einsatz als …
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Resonatoren (= Resonanzabsorber): Dabei handelt es sich v.a. um (Loch-)Plattenschwinger und Helmholtzresonatoren, die in einem schmalen (mittleren und unteren) Frequenzbereich absorbieren.
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Reflexion: Reflektoren funktionieren nach dem altbekannten Prinzip „Einfallswinkel = Ausfallswinkel“. Sie sollen Schallwellen nicht brechen, sondern zurückwerfen. Gute Raumakustik ist darauf bedacht, sowohl zu frühe als auch zu späte Reflexionen zu vermeiden. Was keinesfalls sein darf, ist ein reflexionsfreier, also „schalltoter“ Raum. Dieser Effekt würde sich sehr unangenehm bemerkbar machen.
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Diffusion: Bei der „diffusen Streuung“ handelt es sich um einen Spezialfall von Reflexion. Eine ausgeklügelte Oberflächenstruktur solcher Diffusoren lenkt den Schall nicht „hart“ ab, sondern verteilt ihn gezielt in unterschiedlichste Richtungen. Allgemein gilt: Viele kleine Reflexionen werden angenehmer empfunden als eine große.
Ein wichtiger Faktor ist zudem die (äquivalente) Schallabsorptionsfläche eines Raumes – jene Fläche also, die einfach gesprochen für die Absorption von Schall infrage kommt. Das sind nicht nur Wände, sondern auch z.B. Möbel etc. und sogar anwesende Personen. Ihre Gesamtfläche ist für die Berechnung der Nachhallzeit von großer Bedeutung.
Bei bereits vorhandenen Räumen wird diese Fläche durch Messung ermittelt, bei in Planung befindlichen Räumen rechnerisch bestimmt. Generell gilt: Je größer die Schallabsorption, desto geringer die Nachhallzeit.
Oft ist bei raumakustischen Maßnahmen auch von Abschirmung zu lesen. Abschirmende Elemente bewirken, dass dahinterliegende Raumteile vom Schall nur über Umwege erreicht werden. Dieser kann durch das Element entweder geschluckt oder einfach nur umgelenkt werden. Vor allem in Büros sorgt dies für eine Atmosphäre von Vertraulichkeit.
Auralisation von Räumen
Ist es möglich, in einen Raum „hineinzuhören“, den es noch gar nicht gibt? Oder zumindest nicht in jener Ausstattung und Form, die er am Ende des Prozesses seiner akustischen Optimierung haben soll?
Ja. Es ist möglich.
Das Tool nennt sich Auralisation, zu Deutsch: Hörbarmachung. Es ist dies eine Sonderform im Zusammenspiel von Raumakustik und Computersimulation, die bereits in der Planungsphase von Räumen anwendbar ist und im Prinzip so funktioniert: Fürs Erste wird Sprache oder Musik nachhallfrei aufgezeichnet. So lässt sich via Kopfhörer/Lautsprecher ein realistischer Höreindruck des Raumes erzeugen. Daraus kann der Profi exakte Rückschlüsse ziehen, welche Maßnahmen zur Optimierung zu setzen sind.
Das Verfahren ist geeignet, sowohl Sprache und Lautsprechersysteme wie auch Einzelinstrumente abzubilden. Ein klangliches Abbild von ganzen Orchestern zu kreieren, ist jedoch nicht möglich – die Wechselwirkungen sind in diesem Fall zu komplex.
Raumakustische Parameter
Welche Eigenschaften hat ein Raum außer der wenig präzisen Unterscheidung zwischen „gut“ und „schlecht“, wenn es um den Klang geht?
Den Raumakustiker beschäftigt vor allem: Wie steht es um Nachhall und Nachhallzeit? Wie verhält sich der Schallpegel, je größer der Abstand zur Schallquelle wird (räumliche Pegelminderung)? Wie verhalten sich Halligkeit eines Raumes und Schallstärke zueinander? Was entscheidet über die Deutlichkeit von übertragener Sprache? Was versteht man unter Hallradius? Was hat es mit den frühen Reflexionen auf sich, von denen oft zu hören ist?
Dazu ein paar Erläuterungen:
Nachhall:
Er beschreibt die Abnahme eines Schallfeldes, sobald die Schallquelle versiegt ist – man könnte auch sagen, es geht hier um das „Leiserwerden“ von Tönen bzw. Geräuschen.
Dabei gilt: Der Schall nimmt umso schneller und wirksamer ab, je höher die Absorption an den Raumgrenzen ist – und je häufiger die Strahlen des Schalles reflektiert werden können. Bei kleineren Räumen kommt es naturgemäß häufiger zu Reflexionen.
Nachhallzeit:
Sie beschreibt jene Zeitspanne, die der Schalldruckpegel braucht, um 60 Dezibel abzufallen, sobald die Schallquelle versiegt ist.
Räume, wo vor allem gesprochen wird (Klassen- oder Konferenzzimmer, Büros etc.) brauchen generell sehr kurze Nachhallzeiten (0,5 bis 1s), zur Darbietung von Kirchmusik etwa wesentlich längere (mehr als 2s).
Letztlich entscheidet also die bevorzugte Nutzung eines Raumes über Länge oder Kürze.
Halligkeit:
Sie betreten einen großen Raum – und am hintersten Ende macht ein Schauspieler seine Sprachübungen oder jemand Musik. Was Ihnen sofort auffällt: Die Sprachverständlichkeit ist eher gering bis schlecht, die Durchsichtigkeit der Musik mäßig bis kaum vorhanden, sprich: die Tonabfolgen sind kaum voneinander zu unterscheiden.
Was Sie da erleben, nennt sich halliges Klangereignis. Halligkeit sagt uns, inwieweit der Vorgang des Abklingens in einem Raum wahrnehmbar ist. Tritt sie auf, nehmen wir sie als zeitliche Durchmischung und Verschmelzung von Klängen wahr.
In unserem Fall bedeutet das: Kommen Sie dem Schauspieler/Musiker näher, wird dieses Empfinden immer schwächer, und in unmittelbarer Nähe der Schallquelle wirken Sprache/Musik sogar fast trocken. Verstummt die Schallquelle plötzlich, nehmen wir Halligkeit als (subjektive) Nachhalldauer wahr.
Diese Nachhalldauer hängt stark davon ab, wie hoch der Schallpegel ist. Das ist bei der objektiven Nachhallzeit in einem Raum nicht der Fall.
Hallradius:
Die Akustik im Raum unterscheidet sich von jener auf „freiem Feld“ natürlich. Während sie sich auf freiem Feld ungehindert in alle Richtungen ausbreitet, reflektieren im Raum Flächen den Schall. Die Hörsamkeit in Räumen hängt sehr stark von diesen Schallreflexionen ab.
Ein Ton kann also – je nachdem, wie die Oberflächen im Raum beschaffen sind – mehrere Sekunden „unterwegs“ sein. Kommen weitere Schallereignisse hinzu, kann in Verbindung mit dem Nachhall ein diffuses Schallfeld entstehen. Der Schallpegel im Raum steigt dabei womöglich – und eine Kommunikation wird unmöglich, sodass wir noch näher an unseren Gesprächspartner heranrücken müssen.
Im freien Feld kann es zu so einem diffusen Schallfeld nicht kommen (vorausgesetzt, dass keine weiteren Schallquellen hinzukommen).
Jene Grenze im Raum, wo das direkte Schallfeld endet und das diffuse Schallfeld beginnt, wird in der Raumakustik Hallradius genannt. Generell gilt: Je größer ein Raum (und je stärker seine Flächen absorbieren), umso größer ist in der Regel auch sein Hallradius.
Frühe Reflexionen:
Das ist jener Teil des reflektierten Schalls, der im Anschluss an den Direktschall innerhalb von nur 15 Millisekunden beim Hörer eintrifft.
In der Tontechnik z.B. ist dieser zeitliche Abstand von besonderer Bedeutung. Aber auch im Alltag sind diese frühen Reflexionen äußerst wichtig – allein schon, weil das menschliche Ohr in der Lage ist, durch ihr Eintreten die Richtung zu bestimmen. Somit tragen sie ganz entscheidend zu unserem „Raumeindruck“ bei.
Deutlichkeit:
Dabei geht es um die Qualität von Sprachübertragung von der Quelle zum Empfänger. Direktschall erreicht den Zuhörer schneller als reflektierter Schall, und bei der Messung des Deutlichkeitsmaßes werden die frühen und späten Schallanteile (direkt/indirekt) ins Verhältnis zueinander gesetzt. Ein hohes Resultat ist dabei generell gut. Schall, der innerhalb der ersten 50 Millisekunden eintrifft, wird positiv empfunden, später eintreffender als störend.
Generell gilt auch: In halligen Räume mit hohem Hintergrundschallpegel herrscht oft stark eingeschränkte Verständlichkeit.
Der Bericht: So sieht Ihr optimaler Raum aus
Liegen alle Daten zu Ihrem Raum vor wie auch alle Maßnahmen auf dem Tisch, die für eine klangliche Optimierung vonnöten sind, fassen wir das für Sie zu einem Report zusammen.
Wir nennen ihn so: raumakustischer Optimierungsbericht.
Er enthält u.a. einen Vergleich der Nachhallzeit VOR und NACH der Optimierung. Mit dabei natürlich auch alle relevanten Raumdaten (Volumen, Oberflächen). Dazu eine Auflistung all jener raumakustischen Produkte, die zu verbauen sind – und auch eine kurze Erklärung der Maßnahmen und was sie bewirken.
Außerdem enthält der raumakustische Optimierungsbericht Planskizzen in 2D (gegebenenfalls auch in 3D), wo die Elemente zu positionieren sind.