Raumakustische Sanierung der Galerie
Wir freuen uns euch mitteilen zu können, dass die raumakustische Sanierung der Galerie erfolgreich abgeschlossen ist! 🎉
Aber nochmal von Anfang an:
Im Rahmen einer Bachelorarbeit von uns (Benjamin Richter und Isabell Bühler, betreut von Eric Kurz) wurde die Galerie des Spektrals raumakustisch optimiert. Wir sind MusikerInnen des Masala Brass Kollektivs und nutzen die Galerie schon seit 2007 als Proberaum. Während der Proben überkam uns der dringende Wunsch, die Akustik in der Galerie zu verbessern, und aus diesem Wunsch entstand das Projekt. Tatkräftige Unterstützung bekamen wir finanziell, materiell und organisatorisch vom Spektral-Organisationsteam (danke an Manu und ganz besonders an Marc!!) und beim handwerklichen Teil von Mitgliedern des Masala Brass Kollektivs.
Nach einer Umfrage, was die Anforderungen der jeweiligen Gruppen an die Nutzungsmöglichkeiten der Galerie sind, wurde die Galerie ausführlich vermessen. Auf Basis der ermittelten Messdaten erstellten wir anschließend unter Berücksichtigung der Umfrageergebnisse ein raumakustisches Sanierungskonzept und führten mit Hilfe der Software CATT-Acoustic eine raumakustische Simulation durch. Inzwischen – kaum 1,5 Jahre nach der ersten Umfrage – erstrahlt die Galerie mit Deckenreflektoren und Kantenabsorbern ausgestattet, in ganz neuem ‘akustischen’ Glanz. ;)
Wer sich mehr für den handwerklichen Teil interessiert und weniger für die theoretischen Hintergründe, springt am besten gleich zu: ➦ 5. Umsetzung der Sanierung
Inhalt
1. Umfrage
Auf unsere Nutzungsumfrage bekamen wir diverse Antworten, die uns zeigten, dass der Raum sowohl für musikalische Nutzung als auch für Vortragssituationen zu optimieren ist.
Abgesehen von akustischen Anforderungen gab es den Wunsch die Wände und Fensterausschnitte möglichst nicht zu verbauen, um keine Ausstellungsflächen zu verlieren.
Tabelle 1: Nutzungsumfrage
2. Vermessung der Galerie
Zur raumakustischen Vermessung der Galerie entschieden wir uns für eine Präzisionsmessung mit drei verschiedenen Quellpositionen (Lautsprecherpositionen) und insgesamt 122 Messpositionen (Mikrofonpositionen) im 1m-Raster.
D.h. es wurde ein Dodekaeder-Messlautsprecher (in den Abbildungen 2.1 und 2.2 die Kugel auf drei Beinen) an drei Positionen aufgestellt und zu jeder Lautsprecherposition ein Mikrofon in 1m-Abständen weitergesetzt. Dabei wurde für jede Mikrofonposition eine Messung der Nachhallzeit durchgeführt, also insgesamt 122 Messungen. Die Mikrofonpositionen entsprechen den Kreuzen auf dem Boden der folgenden Bilder (Abb. 2.1 und 2.2).
Eine Eigenheit der Galerie ist die Gewölbedecke, die den Raum durch die zwei Galeriebögen in drei Raumbereiche gliedert. Unsere Quellpositionen wählten wir deshalb so, dass in jedem der drei Raumteile eine Quellposition liegt, um den gesamten Raum möglichst detailliert zu erfassen.
Abbildung 2.1: Messaufbau mit Quellposition 3
Abbildung 2.2: Messaufbau mit Quellposition 1
3. Auswertung der Messung
Laut Norm (DIN 18041:2016-03) wird bei einem Raumvolumen von rund 157 m³ bei Nutzung für Musikaufführungen eine mittlere Nachhallzeit von 1,06 Sekunden und für Kommunikation eine mittlere Nachhallzeit von 0,53 Sekunden empfohlen – jeweils mit frequenzabhängigen Toleranzbereichen. Diese Toleranzbereiche sind im folgenden Diagramm als Sollbereiche zwischen den gestrichelten Linien dargestellt, grau für musikalische und schwarz für kommunikative Raumnutzung.
Das folgende Diagramm (Abb. 3.1) zeigt den Mittelwert der gemessenen Nachhallzeiten aller 122 Messungen für die Frequenzen von 63 Hz bis 8000 Hz (in Terzbändern).
Abbildung 3.1: Nachhallzeitdiagramm mit Sollbereichen für Musik in grau und Kommunikation in schwarz
Die Messwerte liegen für musikalische Nutzung großteils schon im Sollbereich, wodurch hauptsächlich eine Homogenisierung in den tiefen und mittleren Frequenzbereichen wichtig ist. Denn besonders bei den tiefen Frequenzen und im Bereich um 1000 Hz war bei detaillierterer Betrachtung der einzelnen Messwerte zu sehen, dass einige Werte sehr stark vom Rest abweichen. Für eine kommunikative Raumnutzung ist auf den ersten Blick zu sehen, dass die Messwerte den Sollbereich nur bei den ganz hohen Frequenzen leicht streifen und somit eine Dämpfung der Nachhallzeit aller Frequenzbereiche nötig ist.
Für die bessere räumliche Darstellung haben wir im Folgenden einen kurzen Clip. Er zeigt den Raumgrundriss und darin die Nachhallzeitmesswerte an allen Messpositionen (gemittelt über alle drei Quellpositionen) nacheinander vom niedrigsten zum höchsten Frequenzband. Rote Bereiche haben eine sehr lange Nachhallzeit und blaue Bereiche eine kurze Nachhallzeit.
Ungefähr in der Mitte des Clips um 1000 Hz ist sehr deutlich der Brennpunkteffekt des mittleren Tonnengewölbes zu erkennen. Alle, die vor unserer Sanierung in der Galerie Musik gemacht haben, konnten diesen Effekt vermutlich auch schon selbst hören. Er ist je nach Situation mehr oder weniger unangenehm und war für uns Hauptmotivation, dieses Sanierungsprojekt zu starten.
In weiteren Grafiken, die den Rahmen dieses Beitrags sprengen würden, ist immer wieder zu sehen, dass die räumliche Trennung durch die Galeriebögen auch eine akustische Trennung der drei Teilräume verursacht. Um ein homogenes Klangbild in der Galerie zu erzeugen, ist es also wichtig, die Wirkung der Gewölbedecke abzuschwächen.
Außerdem besteht in so stark gegliederten, kleinen Räumen in den unteren Frequenzbereichen die besondere Gefahr von lokalen Schallüberhöhungen und -auslöschungen. Dies führt zwingend zu einer inhomogenen räumlichen Verteilung der Nachhallzeit, deshalb ist es vorteilhaft, diesen Frequenzbereich stark zu bedämpfen.
Wer gerne mehr Hintergründe und Details zu diesem Thema lesen möchte, ist herzlich eingeladen, in unserer ➦Bachelorarbeit weiter zu schmökern.
4. Simulation und Sanierungskonzept
In der Simulation mit der Software CATT Acoustic musste zuerst ein Raummodell erstellt werden und der Messzustand ohne akustische Elemente nachgebildet werden – die so genannte Simulationskalibrierung.
Abbildung 4.1: Galerie Simulationsmodell ohne Akustikelemente (Draufsicht)
Falls sich jemand über die vielen Teilflächen wundert: Das kommt von einer Eigenheit der Software. Es können keine gebogenen Flächen simuliert werden, weshalb wir die gesamte Gewölbefläche etwas mühsam mit vielen Teilflächen annähern mussten.
Nach der Simulationskalibrierung wurde das Sanierungskonzept in die Simulation eingearbeitet.
Deckenreflektoren
Um die störenden diffusen Reflexionen der Gewölbedecke (Brennpunkte u.Ä.) zu unterbinden, entschieden wir uns für Deckenreflektoren (gelbe Flächen in Abb. 4.2) als ersten Schritt unseres Sanierungskonzepts.
Abbildung 4.2: Galerie Simulationsmodell mit Deckenreflektoren in Gelb (Seitenansicht mit Blick zur Straße)
Die Deckenelemente sollten bewusst nicht zu sehr dämpfen, um den Klang zwar zu homogenisieren, aber den Sollbereich für Musikaufführungen nicht zu unterschreiten.
Kantenabsorber
Der zweite Schritt waren Kantenabsorber (grüne Blöcke im Abb. 4.3), die alle Frequenzen gut bedämpfen, aber unvergleichbar gute Dämpfungseffekte im tiefen Frequenzbereich haben, die wir wie oben erwähnt dringend brauchen.
Abbildung 4.3: Galerie Simulationsmodell mit Kantenabsorbern in Grün und Vorhängen in Rot (Draufsicht)
Die Kantenabsorber wurden so gewählt, dass sie multifunktional als Sitzgelegenheit verwendet werden können, um möglichst keinen Raum ungenützt zu blockieren. Außerdem sind sie als modulare Elemente gedacht, die je nach Bedarf und Nutzungsart aus dem Raum herausgetragen werden können.
Vorhänge
Als optionalen dritten Schritt wurden der Simulation noch Vorhänge (rote Flächen oben in Abb. 4.3) mit breitbandiger Dämpfung hinzugefügt, um die Überhöhungen im mittleren Frequenzbereich um 1000 Hz abzuschwächen. Wie die Kantenabsorber haben natürlich auch die Vorhänge den Vorteil, dass sie je nach Verwendungszweck aufgemacht und somit deaktiviert werden können.
Vergleich
Im Folgenden sind die Nachhallzeitdiagramme (Abb. 4.4 bis 4.6) der einzelnen Sanierungsschritte zum Vergleich angeführt, wobei jeder Sanierungsschritt die vorherigen Maßnahmen weiter beinhaltet.
Abbildung 4.4: Nachhallzeitdiagramm der Simulation mit Deckenreflektoren im Sollbereich für Musik
Abbildung 4.5: Nachhallzeitdiagramm der Simulation mit Kantenabsorbern im Sollbereich für Kommunikation
Abbildung 4.6: Nachhallzeitdiagramm der Simulation mit Vorhängen im Sollbereich für Kommunikation
Hier der Link zur ➦Abschlussmessung für den direkten Vergleich.
Die Simulation wurde auf Basis folgender Materialparameter durchgeführt:
Tabelle 4.1: Absorptionsgrade der Materialien im Simulationsmodell
Der offizielle Teil unserer Bachelorarbeit endet hier, weil zunächst die Finanzierung des Umbaus geklärt werden musste, und wir dachten, das würde lange dauern. Marc hat die Finanzierung aber im Rekordtempo für uns organisiert und so konnten wir direkt mit der Umsetzung als Privatvergnügen loslegen:
5. Umsetzung der Sanierung
Liste der wichtigsten verwendeten Materialien:
- Reflektorplatte: Rückwandplatte HDF einseitig Weiß 1400 mm x 1030 mm x 3 mm
- Kantholz: Konstruktionsvollholz NSI aus Fichte/Tanne 40 mm x 60 mm x 2500 mm
- Steinwolle: Rockwool Sonorock Trennwandplatte WLG 040 – Dicke 50 mm
- Folie: Abdeckfolie 4 m x 5 m – Stärke 45 my
- Drahtseil: ∅ 2 mm und ∅ 3 mm (Resteverwertung)
- Drahtseilklemmen: Stahl verzinkt für Seile ∅ 1 – 3 mm
- Stoff: Baumwollstoff Meterware mit 140 g/m²
- Gitter: Bellissa Wühlmausgitter 2,1 x 1,1 m – Maschenweite 6,3 mm
- Möbelfüße: Kunststoff schwarz rund ∅ 50 x 25 mm
- Sitzfläche: Leimholzplatte Buche 2000 x 400 x 18 mm
- Holzlasur: Clou Hartöl farblos
- Unmengen an Tackernadeln, ein Kübel Schrauben, Haken, Dübel und sehr viele weitere Kleinigkeiten ;)
Deckenreflektoren
Die Deckenreflektoren bestehen aus verschraubten Kantholzrahmen, auf deren Unterseite die Reflektorplatten geschraubt wurden. Die durch den Rahmen entstandenen Fächer sind gefüllt mit Steinwolle. Zum Schutz vor unangenehmen Steinwollefasern in der Luft sind die Fächer mit einer leichten Abdeckfolie zugetackert. Die Folie verringert zwar die akustische Wirkung mit Sicherheit ein wenig, aber saubere Luft ist in diesem Fall wichtiger und wie die Abschlussmessungen zeigen, erreichen wir trotzdem sehr gute Werte.
Als Befestigung an der Decke dienen verdübelte Schraubhaken. Im Holzrahmen sind verschraubte Ösen mit Drahtseilschlaufen, die in die Schraubhaken an der Decke ein- und ausgehängt werden können.
Die Aufhängung der Deckenreflektoren ist bewusst nicht parallel zum Boden, sondern leicht zur Raummitte ansteigend, um störendes Aufschaukeln des Schalls durch parallele Wände zu vermeiden.
In den beiden rechteckigen Tonnengewölben hängen jeweils zwei große Reflektoren mit 2,1 x 2,5 m. Der verwinkelte Raumbereich lässt nur Platz für drei kleinere Reflektoren mit 2,1 x 1,4 m. Insgesamt hängen also knapp 30 m² Reflektorfläche an der Gewölbedecke.
Abbildung 5.1: Deckenreflektor – großes Element mit 2,1 x 2,5 m
Abbildung 5.2: Deckenreflektoren – kleine Elemente mit 2,1 x 1,4 m
Abbildung 5.3: Deckenreflektor Befestigung
Die HDF-Reflektorplatten vom ‘nächstbesten’ Baumarkt sind leider komplett in sich verzogen. Deshalb ließ es sich nicht vermeiden, dass sich die Platten beim Montieren sehr unschön in verschiedene Richtungen wölben. Um die Spalte zwischen den aneinanderliegenden, verzogenen Platten zu verstecken, spendierten wir den Deckenreflektoren zum Schluss noch eine dünne Stoffbespannung. Diese getackerte Stoffbespannung erfüllt hauptsächlich einen optischen Zweck und dürfte kaum Einfluss auf die Akustik haben. Sie ist aber natürlich bei der Abschlussmessung mitgemessen.
Abbildung 5.4: Deckenreflektoren – kleine Elemente im verwinkelten Raumbereich
Kantenabsorber
Die Kantenabsorber bestehen wie die Deckenreflektoren aus verschraubten Kantholzrahmen. In diesem Kantholzrahmen soll die Steinwollfüllung der Kantenabsorber möglichst frei liegen, um den besten akustischen Effekt zu erreichen. Deshalb ist die Oberfläche nicht durch Platten begrenzt, sondern durch ein grobes Gitter, das entsprechend zugeschnitten auf den Rahmen getackert ist. Das entstandene Volumen ist mit Steinwolle gefüllt und, um wiederum keine Steinwollfasern im Raum zu haben, ist außen um das gesamte Konstrukt eine dünne Abdeckfolie getackert. Für die schöne Optik sind die Kantenabsorber final mit einem dünnen Baumwollstoff bespannt – mit noch mehr Tackernadeln. Als Sitzflächen sind mit Hartöl behandelte Leimholzplatten aus Buche aufgeschraubt. Das kleine Extra der Kantenabsorber sind außerdem an den Stirnseiten angebrachte Tragegriffe und auf der Unterseite montierte Möbelfüße, damit der Stoff beim Herumtragen nicht so schnell reißt. Insgesamt sind es vier große Kantenabsorber mit den Maßen 2 x 0,4 x 0,45 m und ein kleiner Kantenabsorber zur Resteverwertung mit den Maßen 0,8 x 0,3 x 0,45 m, also gesamt rund 1,5 m³ Kantenabsorber.
Abbildung 5.5: Kantenabsorber – Rahmen mit Gitter
Abbildung 5.6: Kantenabsorber – Rahmen mit Gitter, Folie und Steinwolle gefüllt
Abbildung 5.7: Kantenabsorber – Rahmen mit Gitter, Folie, Steinwolle und Stoff bezogen
Abbildung 5.8: Kantenabsorber – fertig mit Sitzfläche, Füßen und Tragegriffen
Abbildung 5.9: Kantenabsorber (links der kleine, rechts zwei große) – fertig mit Sitzfläche, Füßen und Tragegriffen
Wie die folgende Abschlussmessung zeigt, sind die Werte in diesem Zustand schon so gut, dass wir auf die Vorhänge verzichten können. Wir sind also sehr zufrieden mit der raumakustischen Sanierung und hoffen, ihr seid es auch!
6. Abschlussmessung und Kosten
Im ➦Vergleich mit den Diagrammen der verschiedenen Simulationsschritte fällt auf, dass wir viel besser als berechnet perfekt im Sollbereich für Kommunikation liegen – auch schon ohne Vorhänge.
Abbildung 3.1: Nachhallzeitdiagramm der Messungen vor und nach Sanierung mit Sollbereichen für Musik in grau und Kommunikation in schwarz
Bei den ganz tiefen Frequenzen wäre am ehesten noch Dämpfung nötig, aber in diesem Bereich könnte man höchstens mit weiteren Kantenabsorbern abhelfen, nicht mit Vorhängen. Außerdem spielen uns wahrscheinlich Vibrationen vom Verkehr mit in die Messung, da wir den Lendkai nicht absperren konnten und wirklich viel Verkehr war.
Also war sehr schnell entschieden, dass Aufwand und Kosten der Vorhänge eingespart werden können und die Sanierung in diesem Zustand erfolgreich abgeschlossen ist.
Kosten
In unserer Arbeit hatten wir eine grobe Vorabschätzung von 2600€ zusammengestellt – mit 900€ für Deckenreflektoren, 1400€ für Kantenabsorber und 300€ für Vorhänge.
Tatsächliche Kosten waren aber schließlich nur 1607,91€, zum einen dank der Einsparung des Vorhangs und zum anderen dank unserer sehr großzügigen Materialkalkulation aus Angst vor steigenden Materialpreisen während der aktuellen ‘Global Shortness’.
Die Kosten sind schwer zu trennen zwischen Deckenreflektoren und Kantenabsorber, da zum Großteil das gleiche Material für beide Elementtypen verwendet wurde (Kanthölzer, Mineralwolle, Schrauben, Tacker, ect.). Grob überschlagen dürfte es aber ungefähr Hälfte-Hälfte sein.
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