Schallabsorption

Feste Fahrbahn auf der Schnellfahrstrecke Köln–Rhein/Main mit Schallabsorbern zur Reduktion der Ausbreitung des Rad-Schiene-Geräusches.

Die Schallabsorption bezeichnet den Vorgang der Verminderung der Schallenergie insbesondere (aber nicht notwendigerweise) durch Umwandlung in Wärme. „Absorbieren“ ist gleichbedeutend mit „Schlucken“ und „Aufsaugen“. Der Begriff wird sehr ähnlich wie Schalldissipation und wie Schalldämpfung verwendet. Die Unterscheidung zur Dissipation besteht darin, dass unter ihr ausschließlich die Umwandlung in andere Energie als Schall, insbesondere Wärme, verstanden wird, während bei der Absorption grundsätzlich auch andere Arten des „Verschwindens“ des Schalls gemeint sein können (siehe Absorptionsgrad). Schalldämpfung bezeichnet dagegen jede Art von Verringerung der Schallintensität, die nicht notwendigerweise mit einer Verringerung der Schallenergie zu tun haben muss, zum Beispiel durch Divergenz, also durch Verteilung der Schallenergie auf eine größere Fläche.

Zur quantitativen Bestimmung der Schallabsorption werden zwei Größen verwendet, der Absorptionskoeffizient und der Absorptionsgrad.

Absorptionskoeffizient

Der Absorptionskoeffizient ist wie in der Optik der Exponentialkoeffizient der Abnahme der Intensität einer ebenen (also divergenzfreien) Welle. Er ist eine Materialkonstante des Übertragungsmediums bei der Schallausbreitung. Weil diese Materialkonstante nur durch dissipative Absorption gekennzeichnet ist, ist sie faktisch identisch mit dem Dissipationskoeffizient.

Absorptionsgrad

Der Schallabsorptionsgrad $\alpha$ ist ein Maß für die absorbierte Schallintensität. Der Schallreflexionsgrad $\rho$ ist ein Maß für die reflektierte Schallintensität. Der Schalltransmissionsgrad $\tau$ ist ein Maß für die durchgelassenen Schallintensität. Der Schalldissipationsgrad $\delta$ ist ein Maß für die "verlorengegangene" Schallintensität.

Zusammenhänge:

{\begin{aligned}\rho +\alpha &=&1\\\rho +\tau +\delta &=&1\\\alpha &=&\tau +\delta \end{aligned}}

Die erste Gleichung besagt, dass die Summe von reflektierter und absorbierter Schallintensität, also von Schallreflexion und Schallabsorption, stets der gesamten Schallintensität entspricht. Die letzte Gleichung drückt aus, dass sich die absorbierte Schallintensität aus durchgelassener (transmittierter) und "verlorengegangener" (dissipierter) Schallintensität zusammensetzt. Schallabsorption entsteht also durch gleichzeitige Schalltransmission und Schalldissipation.

Ausführung von Absorbern

Für die Absorption von Luftschall verwendet man in der Praxis vorwiegend poröse Schallschluckstoffe mit durchgehenden Poren. Diese sind in der Lage, den kinetischen Anteil der Schallenergie durch Reibung in Wärmeenergie umzuwandeln und damit die Schallenergie zu verringern. Die bei Amateuren dazu so beliebten „Eierpappen“ als Absorber sind nicht wirkungsvoll und aus Feuerschutzgründen unbedingt abzulehnen. In Deutschland haben sich Akustikpaneele unter Verwendung einer Einlage aus Melaminharzschaum oder Mineralfaserplatten etabliert. Die Schallabsorption erfolgt durch Umwandlung der Schallenergie in Wärmeenergie durch die Reibung der Luftmoleküle am Schaum. Zunehmend werden textile Oberflächen in vielen Varianten in Bürobereichen und Privathäusern eingesetzt, ältester Hersteller ist Texaa aus Frankreich. Absorber werden in den letzten Jahren als Decken- und Wandpaneele, Wandbelag, Würfel, Säulen oder hängende Kegel angeboten.

Der Einsatz von mineralischen Fasern ist zunehmend umstritten, da die Fasern lungengängig sein können. So sind diese Produkte in München bereits im öffentlichen Raum nur noch zulässig, wenn Glas- und Steinwollfasern luftdicht gekapselt sind.

Mit einem so genannten Breitbandabsorber wird hierbei ein großes Frequenzspektrum erfasst.

Eine weitere Möglichkeit zur Schallabsorption bieten Resonatoren. Als Schallabsorber eignen sich sowohl Plattenresonatoren (Membranabsorber) als auch Helmholtz-Resonatoren. Lochplatten-Absorber (meist als Gipskarton-Lochplatte oder gelochte/geschlichtze Holzfaserplatten) bilden eine Mischform, deren grundlegende Absorption auf dem Helmholtz-Prinzip beruht. Ihr Absorptionsbereich vergrößert sich aber durch die Wirkung des Plattenschwingers und der porösen Teil-Oberfläche.

Eine relativ neue Methode, Schall zu absorbieren, besteht in Form von aktiven Absorbern und elektronischen Bassfallen. Dabei wird ein invertiertes (um 180° in der Phase versetztes) Signal ausgestrahlt, um das Originalsignal durch destruktive Interferenz abzuschwächen. Dieses Prinzip findet z.B. beim sogenannten Noise-Cancelling in Kopfhörern Anwendung. Ein Mikrofon zeichnet den eingehenden Schall auf und gibt diese Informationen in Echtzeit an eine Membran weiter, welche das eingehende Signal mit einem invertieren Signal überlagert.

Schallabsorption in der Bauakustik

Der in einem Raum erzeugte Schall breitet sich als Luftschallwelle aus und trifft auf Raumbegrenzungsflächen, die den Schall teilweise absorbieren und teilweise reflektieren. Teppiche sind die einzigen Bodenbeläge, die eine ausreichende Schallabsorption luftgetragener Geräusche ermöglichen. Bei der raumakustischen Berechnung wird z. B. für Teppichböden der geforderte Schallabsorptionsgrad festgelegt. Die Messung erfolgt in einem Hallraum durch Vergleich der Nachhallzeiten mit und ohne Belag.

Siehe auch

Absorption (Physik)

Weblinks