110 architektur FACHMAGAZIN edv
Akustik-Simulation:
Räume akustisch optimieren
Räume oder Bauteile lassen sich mit Software nicht nur optimieren, sondern auch
deren akustische Wirkung lässt sich per Simulationsverfahren hörbar machen.
Text: Marian Behaneck,
Genügt die Akustik den Anforderungen?
An welcher Stelle sind Lautsprecher optimal
angebracht? Kann die Akustikdecke
störende Halleffekte beseitigen? Können
Schallschutzfenster den Straßenlärm fernhalten?
Um diese und weitere Fragen zu
klären, kamen in der Raum- und Bauakustikplanung
bisher ausschließlich sogenannte
Modellmessverfahren mit maßstäblichen
Holz-, Gips- oder Plexiglasmodellen zum
Einsatz. Heute sind Berechnungs- und Simulationsprogramme
in der Akustikplanung
Standard. Sie können individuelle
akustische Probleme analysieren, Räume
und Bauteile akustisch optimieren, den
Lärm in Arbeitsstätten überprüfen, Lärmminderungsmaßnahmen
nachweisen oder
die Akustik von Konzertsälen realitätsnah
simulieren – inklusive interaktiver, multimedialer
Objektbegehung per VR-Brille.
Akustik berechnen und simulieren
Je nach Objekt und der jeweiligen Problemstellung
kommen dabei verschiedene
Berechnungsmethoden einzeln oder kombiniert
zum Einsatz: Spiegelschallquellen
oder Strahlenverfolgungsverfahren,
die BEM- oder FEM-Berechnungsmethode.
Auf dem Spiegelschallquellen- und Raytracing
Verfahren basierende Programme
sind inzwischen Standardwerkzeuge
der Raumakustikplanung. Dabei werden
– analog zur Optik – akustische Vorgänge
näherungsweise durch Schallstrahlen
und Reflexionsvorgänge in Abhängigkeit
von der Entfernung zum Empfänger und
den Absorptionsgraden der Flächen mathematisch
beschrieben. Dadurch lassen
sich raumakustische
Kenngrößen, wie etwa
Nachhallzeiten oder Schallpegel berechnen.
Ihre Grenze haben die Verfahren bei
tiefen Frequenzen und kleinen Räumen mit
hohen akustischen Anforderungen.
Sollen niederfrequente, nicht-diffuse
Schallfelder, Schalldämmmaße komplexer
Wandaufbauten, Eigenfrequenzen,
Strukturschwingungen, Schalldrücke und
Schallleistungen zur Abschätzung von
Lärmbelastungen berechnet werden, ist die
Finite Elemente Methode (FEM) besser geeignet.
Sie berücksichtigt die Wellennatur
des Schalls und somit beispielsweise auch
Beugungseffekte oder Wellenüberlagerungen
(Interferenzen). Die FEM ist ein numerisches
Berechnungsverfahren, das auch
in der Baustatik zur Berechnung örtlicher
Spannungen und Verformungen zum Einsatz
kommt. In der Akustik wird das zu untersuchende
Raumvolumen durch ein imaginäres
Netz von Flächen – „Finite Elemente“
genannt – unterteilt. Dadurch lässt sich das
Strukturverhalten auch komplex geformter
Räume über Kopplungs- und Randbedingungen
mathematisch beschreiben und berechnen.
Materialien oder Bauteile können
detailliert modelliert, oder aber über komplexe
Materialeigenschaften als Randbedingungen
vorgegeben werden. Die der FEM
ähnliche Randelementemethode (Boundary
Element Method, BEM) setzt einen geringeren
Eingabe- und Berechnungsaufwand
voraus, ist aber nicht so flexibel einsetzbar.
Auralisation: Räume hörbar machen
Während die meisten akustischen Analysen
eine Berechnung akustischer Werte und
deren Visualisierung in Form zwei- oder
dreidimensionaler Grafiken zum Ziel haben,
geht die sogenannte Auralisation weiter.
Bei diesem Verfahren werden vom Computer
berechnete akustische Vorgänge und
Größen als Audiodateien ausgegeben und
per Lautsprecher oder Kopfhörer hörbar
gemacht. Die Wirkung schalltechnischer
Maßnahmen kann damit eindrücklicher
vermittelt werden, als über Parameter und
Kennwerte. Die Auralisation wird insbesondere
für Objekte mit besonderen raumakustischen
Anforderungen wie Konzerthallen,
Theatern, Stadien etc. eingesetzt, zunehmend
aber auch im Zusammenhang mit
Mit Visualisierungs- und Auralisationslösungen
lassen sich Projekte interaktiv und multimedial
vermitteln. Die Auralisation von Büroräumen
ermöglicht Hörvergleiche unterschiedlicher
akustischer Szenarien.
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