Layout & Schalldämmplanung

30. August 2017
Planung
Raumakustik
Theorie

Layout

Da wir bereits eine fertige Fundamentplatte übernommen haben und diese feste Abmessungen hat, beschränkt uns dies bereits hinsichtlich der Gesamtgröße auf eine ca. 10x10m große Grundfläche. Auf der Fundamentplatte gibt es eine Stelle mit allen Hauptanschlüssen (Strom, Internet, Wasser). Um diese nicht unbedingt umlegen zu müssen, haben wir diesen Bereich versucht in der Planung zu berücksichtigen.

1_concrete_foundation_slab

Eine unserer Anforderungen (siehe hier) war es, dass das Gebäude ein eigenes kleines WC, einen Hausanschlussraum und einen dedizierten Eingangsbereich bekommt. Durch das Flachdach benötigen wir außerdem eine verstärkende Säule in der Mitte des Gebäudes. Für diese muss allerdings noch die Fundamentplatte unterhalb der Säule verstärkt werden.

2_HAR+WC

Nach vielen Layoutvarianten und -prototypen sind wir aktuell bei folgender Iteration angekommen:

full_room_layout_2

Der Regieraum ist länglich aufgebaut. Durch eine seitliche Glasschiebetür wird man in den Aufnahmeraum schauen können. Es gibt im vorderen Bereich der Regie eine Tür zur Lobby. Die Regie ist, bis auf die Glasschiebetür zur Seite, symmetrisch aufgebaut. Sie hat keine Fenster. Der Aufnahmeraum besitzt zur westlichen und östlichen Seite je ein Fenster für natürliches Sonnenlicht. Der Aufnahmeraum besitzt außerdem eine Tür zur Lobby. Alle Türen von Regie und Aufnahmeraum sind jeweils Doppeltüren.

Die äußere Hülle ist ein 1-leaf-System. Die zum Rauminneren gewandte Seite ist offen und nicht beplankt. Die innere Schale ist ebenfalls nur nach außen beplankt, aber nach innen offen und unbeplankt. Dies gilt für Regie und Aufnahmeraum. Die Teile der anderen Räume, welche an Regie- und Aufnahmeraum grenzen sind nur nach innen hin beplankt. Die Außenwände dieser Räume sind ganz normal auch innen geplankt.

Die Reflektionsfreie Zone

Die Begründung für das Layout des Regieraums liegt in der RFZ-Analyse. Diese ist Teil der Raumakustik und wird später noch genauer behandelt (siehe hier).

raytracing_2D_treated_sides

Wandaufbau

Theoretische, physikalische Grundlagen und Prinzipien zum verwendeten Raum-in-Raum-Konzept gibt es -hier-. Hier stellen wir nur die von uns konkret verwendete Konfiguration vor:

Äußere Schale

Schichten von außen nach innen:

  • 15 mm mineralischer Putz (1 kg/m²/mm = 15 kg/m²)
  • 60 mm Holzfaserbauplatte* (16,2 kg/m²)
  • 200 mm Holzständerkonstruktion: Konstruktionsvollholz (KVH)
    mit 200 mm Zwischendämmung** (15-20 kPa*s/m²)

Wandstärke: 275 mm, davon 200 mm auf Fundamentplatte, Rest außen überstehend
Wandgewicht: 15,0 kg/m² + 16,2 kg/m² = 31,2 kg/m²
*STEICOuniversal (Datenblatt)
**ISOVER ULTIMATE Holzbauplatte 035 (Datenblatt)

Innere Schale

Schichten von außen nach innen:

  • 18 mm Gipskartonplatte (15,2 kg/m²)
  • 18 mm Gipskartonplatte (15,2 kg/m²)
  • 160 mm Holzständerkonstruktion
    mit 160 mm Zwischendämmung** (15-20 kPa*s/m²)
Wandaufbau 3D.jpg

Wandstärke: 196 mm
Wandgewicht: 15,2 kg/m² + 15,2 kg/m² = 30,4 kg/m²
Der Wandabstand, also die Distanz zwischen beiden Massen, beträgt 30 cm.

MSM-Berechnung

Berechnungsgrundlage siehe hier.

\\m_1: 31,2 kg/m^2 \\m_2: 30,4 kg/m^2 \\d: 0,30m \\ \\f_0 = 43 \cdot (\frac{31,2 + 30,4}{31,2 \cdot 30,4 \cdot 0,3})^{0,5} \\f_0 = 43 \cdot (\frac{61,6}{284,544})^{0,5} \\f_0 = 43 \cdot 0,21721...^{0,5} \\ \\f_0 = 20,04062... \approx 20,0 \text{ Hz}\\

Die Resonanzfrequenz des MSM-System, also des 2-leaf-Wandsystems, beträgt ca. 20,0 Hz. Dies entspricht der unteren Hörschwelle des Menschen. Das System fängt bei dem Doppelten an gut zu isolieren, also bei ca. 40,0 Hz.

Dies liegt etwas unterhalb des tiefen E eines E-Basses (ca. 41,210 Hz). Das heißt, solange keine Band mit einem 5-Saiter ins Studio kommt ist alles gut? Wie genau isoiert unser Wandsystem nun bezogen auf verschiedene Frequenzen?

\\f_1 = 55/d =  183,\bar{3} \\ \\R_1 = 14,5 \cdot log (31,2 \cdot  0.3) + 23 = 34,68567... \approx 34,69\\R_2 = 14,5 \cdot log (30,4 \cdot  0.3) + 23 = 34,48053... \approx 34,48\\ \\R=\begin{cases}20 \cdot log(f(m_2 + m_2 )) - 47 \text{ fuer } f<f_0 \\R_1 + R_2 + 20 \cdot log(f \cdot d) - 29 \text{ fuer } f_0<f<f_1\\R_1 + R_2 + 6 \text{ fuer } f>f_1\end{cases}\\ \\R = \begin{cases}14,80159... \approx 14,8 \text{dB fuer den unteren Bereich} \\55,74685... \approx 55,7 \text{dB fuer den mittleren Bereich}\\75,16620... \approx 75,2 \text{dB fuer den oberen Bereich}\end{cases}\\

Der erste/untere Frequenzbereich spielt bei uns keine Rolle, da dies unterhalb von 20 Hz ist und damit für den Menschen nicht wahrnehmbar. Oberhalb von 20 Hz dämmt die Wand mindestens um 55,7 dB.

Angenommen eine Band spielt mit 110 dB im Aufnahmeraum. Die tiefste Frequenz wird von einem 5-Saiter E-Bass erzeugt und ist das tiefe H mit 30,868 Hz bei vollen 110 dB. In die Formel eingesetzt ergibt dies eine Dämpfung von 59,5 dB. Draußen wären 50,5 dB hörbar. Wir würden also die örtlichen Schallschutzgrenzen von tags 65 dB(A) erfüllen. Die Schallschutzgrenze von 50dB(A) bei Nacht würden wir jedoch um 0,5 dB ganz knapp verfehlen. Zieht man aber noch die Luftdämpfung hinzu, also den Schallverlust, der durch den Weg von Gebäude bis Grundstücksgrenze entsteht, erreichen wir auch diesen Wert. Wirklich so knapp wie es aussieht unterbieten wir diese gesetzliche Grenze jedoch nicht, da wir uns hier auf etwas unnatürliche bzw. konstruierte Schallereignisse beziehen (sehr tief, sehr laut). Natürlich-frequenzverteilte Schallereignissen, wie bei Musik, werden deutlich effektiver gedämpft, und Schallschutzgrenzen sollten hier ohne Probleme eingehalten werden.

Kritisch sind sowieso, wie bereits erwähnt, die tiefen Frequenzen. Oberhalb von 183 Hz werden wir durch die Dämpfung von über 75 dB wohl kaum jemals eine Lautstärke erzeugen können, welche eine der gesetzlichen Schallgrenzen überschreitet, denn diese müsste im Innenraum 125 dB überschreiten, welches einem Düsenflugzeug aus 1m Entfernung entspricht.

Aber Philipp, geht da noch mehr?

Für eine bessere Isolation müssten wir wesentlich mehr Material aufwenden bzw. den Wandabstand drastisch erhöhen, welches mit einem Raumflächenverlust einhergeht (10 cm Abstandsvergrößerung verkleinert den Raum um 10 cm pro Seite).

Angenommen wir fügen eine weitere Schicht Holzfaserplatte bei der äußeren Schale und eine weitere Schicht Gipskartonplatte bei der inneren Schale hinzu. Außerdem sei der Abstand auf 0,5 m erhöht. Wir verlieren im Inneren also Raumfläche von 23,6 cm pro Seite.

\\l_{Verlust} = 0,2 m + 2 \cdot 18 mm =  0,236 m \\ \\f_0 = 12,6 Hz \\f_{iso} = 25,4 Hz \\f_1 = 110 Hz \\ \\R \approx \begin{cases}\approx 14,3 \text{dB fuer den unteren Bereich} \\\approx 61,4 \text{dB fuer den mittleren Bereich}\\\approx 80,4 \text{dB fuer den oberen Bereich}\end{cases}\\

Am Beispiel des 5-Saiter E-Bass von oben gibt dieses Wandsystem bei der entsprechenden Frequenz von 30,868 Hz eine 9,6 dB höhere Dämpfung, insgesamt also 69,1 Hz. Dieses Ergebnis ist jedoch unter dem Gesichtspunkt des Mehraufwands zu betrachten. Man muss die Vorteile ins Verhältnis zu Budget, Aufwand und Raumverlust setzen. Eine weitere Schalung mit Gipskartonplatten beispielsweise, also 3 statt 2 Schichten, würde bereits 2.500€ mehr kosten. Eine weitere Schalung Holzfaserdämmplatten in der äußeren Schale etwa 4.000€.


veröffentlicht am 30. August 2017