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ENTWURFSPLANUNG RAUMAKUSTIK Neubau Zweifeldsporthalle Böhlen 26. Juni 2017

ENTWURFSPLANUNG RAUMAKUSTIK Projekt: Neubau Zweifeldsporthalle Böhlen Projektnummer: 925

GranerIngenieure GmbH Seite 2 / 20 ENTWURFSPLANUNG RAUMAKUSTIK Projekt Neubau Zweifeldsporthalle Böhlen Lessingstraße 1, 04564 Böhlen Bauherr Stadt Böhlen Karl-Marx-Straße 5, 04564 Böhlen Architekt Auspurg Borchowitz + Partner Holbeinstraße 29, 04229 Leipzig Bearbeiter Dipl.-Ing. (FH) Steffen Landrock Andreas Türk, cand. BA Graner Ingenieure GmbH Waldstraße 86, 04105 Leipzig Tel. 0341-962 8422 e-mail [email protected] Projektnummer 0925 Datum 26. Juni 2017


GranerIngenieure GmbH Seite 3 / 20 INHALTSVERZEICHNIS 1. AUFGABENSTELLUNG 4 2. ÜBERGEBENE UNTERLAGEN 4 3. NORMEN UND LITERATUR 4 4. ANFORDERUNGEN AN DIE RAUM AKUSTIK 6 5. BERECHNUNGSVERFAHREN 12 6. ZUSAMMENFASSUNG 20 ANLAGEN 1 Blatt 4.1 ANFORDERUNGEN NACH DIN 18041 65.1 BERECHNUNG VON NACHHALLZEITEN NACH W ALLACE C. SABINE 125.2 A/V – VERHÄLTNIS FÜR RÄUME DER GRUPPE B 135.3 RAUMAKUSTISCHE SIMULATION 145.4 SPORTHALLE 165.5 UMKLEIDEN 19


GranerIngenieure GmbH Seite 4 / 20

1. AUFGABENSTELLUNG Für den Neubau der Zweifeldsporthalle in Böhlen sind im Rahmen dieses Gutachtens die Anforde-rungen hinsichtlich der Raumakustik zu formulieren und Maßnahmen für deren Umsetzung in Ab-stimmung mit der Objektplanung zu erarbeiten. 2. ÜBERGEBENE UNTERLAGEN Auspurg Borchowitz + Partner (Stand: 16.06.17): - Grundriss EG / Dachaufsicht: Maßstab 1:100 - Querschnitt S01: Maßstab 1:100 - Ansichten 1-4 : Maßstab 1:100 3. NORMEN UND LITERATUR [1] CATT-Acoustic v9.1 User’s Manual [2] Ballou, G. (ed.), Handbook for Sound Engineers, 2nd Edition, Focal Press, 1998 [3] Barron, M.: Auditorium Acoustics and Architectural Design. E & FN Spon, 1993 [4] Beranek, L.: How They Sound - Concert and Opera Halls. Acoustical Society of America, 1996 [5] Cavanaugh, W.J., Wilkes, J.A. (eds.): Architectural Acoustics - Principles and Practice, John Wiley & Sons, 1998 [6] Cremer, L., Müller, H.A.: Die wissenschaftlichen Grundlagen der Raumakustik, Bd. 1, Hirzel Verlag, 1978a [7] DIN 18032-1: Sporthallen - Hallen und Räume für Sport und Mehrzwecknutzung, Teil 1: Grundsätze für die Planung, 2014


GranerIngenieure GmbH Seite 5 / 20 [8] DIN 18032-4: Hallen für Turnen, Spiele und Mehrzwecknutzung, Teil 4: Doppelschalige Trenn-vorhänge, 2002 [9] Everest, F.A.: The Master Handbook of Acoustics, TAB Books, 1994 [10] DIN 18041, Hörsamkeit in Räumen - Anforderungen, Empfehlungen und Hinweise für die Planung, 2016 [11] Everest, F.A.: The Master Handbook of Acoustics, TAB Books, 1994 [12] Fasold, W., Sonntag, E.: Bau- und Raumakustik, Verlag für Bauwesen, 1987 [13] Fasold, W., Veres, E.: Schallschutz und Raumakustik in der Praxis, Verlag für Bauwesen, 1998 [14] Hoffman, I.B., Storch, C,A., Foulkes, T.J.: Halls For Music Performance Another Two Decades of Experience 1982 - 2002, Acoustical Society of America 2003 [15] Kuttruff, H.: Room Acoustics, 3rd edition. Elsevier, 1991 [16] Mehta, M., Johnson, J., Rocafort, J.: Architectural Acoustics - Principles and Design. Prentice Hall, 1999 [17] Meyer, Jürgen: Akustik und musikalische Aufführungspraxis, Verlag Erwin Bochinsky,1999 [18] Templeton, D. (ed.): Acoustics in the Built Environment, 2nd edition, Architectural Press, 1997



4. ANFORDERUNGEN AN DIE RAUMAKUSTIK Das klassische Kriterium für die Beurteilung der akustischen Qualität von Räumen ist die Nachhall-zeit. Da sie einfach zu messen bzw. zu berechnen ist und außerdem gut etablierte Werte für anzu-strebende Nachhallzeiten existieren, gehört sie zu den wichtigsten raumakustischen Planungsin-strumenten. Sie ist als die Zeit definiert, die nach einem Schallimpuls vergeht, bis der Pegel um 60 dB abgefallen ist. Subjektiv korreliert sie mit der „Halligkeit“ eines Raumes. Die Nachhallzeit hängt eng mit anderen raumakustischen Parametern wie z.B. der Sprachverständlichkeit zusam-men. Ein vorrangiges Ziel raumakustischer Planungen ist die Optimierung der Nachhallzeit für die jeweilige Nutzung durch die Wahl geeigneter schallabsorbierender Materialien an den Decken und Wänden. Bei den für den jeweiligen Zweck angepassten Nachhallzeiten werden i.Allg. alle weiteren Anforderungen an die Raumakustik erfüllt (z.B. hinsichtlich der Tauglichkeit des Raumes für sprachliche Kommunikation oder einen guten Raumklang). Üblicherweise erfolgt die Berechnung der Nachhallzeit nach den vereinfachten Verfahren von Wallace C. Sabine oder Eyring, wobei hauptsächlich die Absorptionsgrade und Flächeninhalte der raumbegrenzenden Flächen eingehen. Voraussetzung für die Anwendbarkeit ist, dass die Räume eine einfache Geometrie sowie eine relativ gleichmäßige Verteilung absorbierender Flächen auf-weisen und sich damit ein näherungsweise diffuses Schallfeld ausbildet. Bei komplizierteren Räumen oder komplexeren Anforderungen an die Raumakustik (z.B. Sporthal-len, Hörsäle, Mehrzweckhallen usw.) werden Simulationsverfahren heran gezogen, die genauere Ergebnisse und zusätzliche Informationen zu weiteren akustischen Parametern (z.B. Sprachver-ständlichkeiten) liefern. 4.1 ANFORDERUNGEN NACH DIN 18041 Anforderungen bzw. Empfehlungen für raumakustische Maßnahmen sind in der DIN 18041 (Hörsamkeit in Räumen - Anforderungen, Empfehlungen und Hinweise für die Planung) vorgege-ben. In dieser Norm wird zwischen der Hörsamkeit über mittlere und größere Entfernungen („Räu-me der Gruppe A“), die verbindlich einzuhalten sind, und Empfehlungen für die Hörsamkeit über geringe Entfernungen („Räume der Gruppe B“) unterschieden.


GranerIngenieure GmbH Seite 7 / 20 Anforderungen für Räume der Gruppe A nach DIN 18041 Das Ziel raumakustischer Maßnahmen in diesen Räumen besteht darin, eine gute "Hörsamkeit über mittlere und größere Entfernungen" zu gewährleisten. Mit Hörsamkeit im Sinne der DIN 18041 ist die Eignung eines Raumes für sprachliche Kommunikation oder musikalische Darbietungen gemeint. Die konkreten Anforderungen an die Nachhallzeit hängen von der jeweiligen Raumgröße und Nutzung ab und sind den entsprechenden Diagrammen der DIN 18041 zu entnehmen. Die Anforderungen an die Nachhallzeit beziehen sich auf den besetzen Zustand (Besetzungsgrad: 80% der Regelbesetzung) des jeweiligen Raumes.

BILD 1: Anforderungen an Nachhallzeiten nach DIN 18041


GranerIngenieure GmbH Seite 8 / 20 BILD 2: Toleranzbereich für Nachhallzeiten nach DIN 18041 Räume der Gruppe A nach DIN 18041 sind beispielsweise: - Unterrichtsräume, Hörsäle - Gruppenräume in Kindergärten - Seminar-, Versammlungs-, Konferenzräume - Rats-, Gerichts-, Ratssäle - Sport- und Schwimmhallen mit Publikum


GranerIngenieure GmbH Seite 9 / 20 TAB 1: Nutzungsarten für Räume der Gruppe A


GranerIngenieure GmbH Seite 10 / 20 Empfehlungen für Räume der Gruppe B nach DIN 18041 Hier steht primär die Bedämpfung von Grundgeräuschpegeln im Vordergrund, um "eine dem Zweck angepasste Sprachkommunikation über geringe Entfernungen" zu ermöglichen. Gemeint ist damit eine hinreichende Sprachverständlichkeit von Person zu Person. Das Ziel ist nicht, eine gute Sprachverständlichkeit für eine größere Zuhörerschaft - wie z.B. im Unterricht oder in Konferenz-räumen - zu erreichen. In Räumen der Gruppe B werden Empfehlungen für das Verhältnis der äquivalenten Schallabsorp-tionsfläche A des Raumes zum Raumvolumen V im Frequenzbereich von 250 Hz bis 2000 Hz an-gegeben. Die konkreten Anforderungen an das A/V-Verhältnis hängen von der jeweiligen Raum-höhe und Nutzung ab. Räume der Gruppe B nach DIN 18041 sind beispielsweise: - Foyers, Eingangsbereiche, Flure - Lesesäle und Leihstellen in Bibliotheken - Büroräume - Gaststätten, Verkaufsräume - öffentliche Publikumsbereiche TAB 2: Empfehlungen für Mindestwerte der A/V-Verhältnisse


GranerIngenieure GmbH Seite 11 / 20 TAB 3: Nutzungsarten für Räume der Gruppe B



5. BERECHNUNGSVERFAHREN Für einfache und kleine Räume reicht für die Ermittlung von Nachhallzeiten das Berechnungsver-fahren nach Wallace C. Sabine aus. Bei akustisch schwierigeren Räumen und/oder komplexeren Anforderungen an die Raumakustik werden i.Allg. raumakustische Simulationen durchgeführt. 5.1 BERECHNUNG VON NACHHALLZEITEN NACH WALLACE C. SABINE Die Nachhallzeiten errechnen sich aus dem Raumvolumen sowie den äquivalenten Schallabsorpti-onsflächen der raumbegrenzenden Bauteile, der anwesenden Personen und der Einrichtungsge-genstände nach der Nachhallformel von Wallace C. Sabine: T = 0,163 • V/A [sec] T Nachhallzeit in s V Volumen des Raumes in m³ A äquivalente Schallabsorptionsfläche in m² mit: A = Σ αi Si + Σ An + 4mV [m2] αi Schallabsorptionsgrad des i-ten Bauteils (dimensionslos) Si Fläche des i-ten Bauteils in m2 An Schallabsorptionsflächen von Personen und Einrichtungsgegenständen in m² m Energiedämpfungskonstante der Luft in m5 Die Schallabsorptionsgrade werden der DIN 18041, der einschlägigen Fachliteratur und Hersteller-angaben entnommen. Schallabsorptionsgrade für einzelne Einrichtungsgegenstände sind i.allg. nicht bekannt. Zur Berücksichtigung des Einflusses der Einrichtung werden pauschale Zuschläge auf die Schallabsorptionsgrade der Raumbegrenzungsflächen vergeben, die auf Ergebnissen von Messungen in anderen Objekten beruhen.



5.2 A/V – VERHÄLTNIS FÜR RÄUME DER GRUPPE B Das A/V-Verhältnis errechnet sich aus den beiden Größen: V Volumen des Raumes in m³ und A äquivalente Schallabsorptionsfläche in m² mit: A = Σ αi Si [m2] αi mittlerer Schallabsorptionsgrad (Mittelwert im Bereich zwischen 250 und 2000 Hz) der jeweiligen Absorber- oder Raumbegrenzungsfläche (dimensionslos) Si Flächeninhalt der jeweiligen Absorber- oder Raumbegrenzungsfläche in m2 Die Berechnung des A/V-Verhältnisses findet ohne Berücksichtigung der Schallabsorption durch Personen statt.



5.3 RAUMAKUSTISCHE SIMULATION Die Simulation des räumlichen und zeitlichen Schallfeldes wurde mit dem Programm CATT-Acoustic (Gothenburg, Schweden) durchgeführt. CATT-Acoustic rechnet nach der Strahlenverfol-gungsmethode und gehört zu den international führenden Programmen auf diesem Gebiet. Die Software wird laufend weiterentwickelt und durch entsprechende Tests validiert. Im Folgenden kann nur allgemein auf das Simulationsverfahren eingegangen werden, für genauere Informationen muss auf die entsprechende Fachliteratur verwiesen werden. Für die Simulation wird ein dreidimensionales Modell des Raumes erstellt, in dem allen Raumbe-grenzungsflächen akustisch relevante Eigenschaften wie Absorptionskoeffizienten und Streugrade zugeordnet werden. Die Schallabsorptions- bzw. Streugrade werden der Literatur oder Hersteller-angaben entnommen. In dem Programm werden alle Schallreflexionen an den Flächen des Raumes simuliert. Aus dem zeitlichen Muster des Eintreffens der Reflexionen ergibt sich die charakteristische Raumimpulsant-wort. Daraus werden dann alle weiteren raumakustischen Parameter wie die Nachhallzeit, Pegel-verteilung, Sprachverständlichkeit usw. abgeleitet. BILD 3: 3-dimensionales Modell in CATT-Acoustic, Zuord-nung akustischer Eigenschaften zu den jeweiligen Flächen


GranerIngenieure GmbH Seite 15 / 20 BILD 4: simulierte Schall-strahlen und Re-flexionen BILD 5: beispielhafte Raumimpuls-antwort Für die Ermittlung von Nachhallzeiten werden Omni-Quellen (d.h. allseitig gleichmäßig abstrahlen-de Kugelquellen) an verschiedenen Stellen im CATT-Acoustic-Modell positioniert, die Raumim-pulsantwort an verschiedenen Empfangspunkten simuliert und daraus die mittlere Nachhallzeit berechnet.



5.4 SPORTHALLE Anforderung nach DIN 18041 (Räume der Gruppe A, Nutzungsart A5 - Sport): - gesamte Sporthalle, eine Nutzung (einzügiger Betrieb, einheitlicher Kommunikationsinhalt): mittlere Nachhallzeit Trev ≈ 1,6 bis 2,3 Sek. zwischen 250 und 2000 Hz - durch Vorhänge abgetrennte Teile der Sporthalle (jeweils eine Hälfte), parallele Nutzung in den einzelnen Bereichen (mehrzügiger Betrieb, unterschiedliche Kommunikationsinhalte), Anforde-rung an die einzelnen Teilbereiche: mittlere Nachhallzeit Trev ≈ 1,4 bis 2,1 Sek. zwischen 250 und 2000 Hz raumakustische Maßnahmen: umlaufende Prallwand: - z.B. MAWI Velours o. glw.: - textile Oberfläche, dahinter Einlage aus Schaumstoff / MF-Platte, auf Unterkonstruktion - Höhe der Prallwand ca. 2,50 m - Schallabsorptionsgrade (nach Herstellerangabe MAWI): Frequenz 125 Hz 250 Hz 500 Hz 1 kHz 2 kHz 4 kHz α 0,05 0,07 0,25 0,55 0,50 0,50 Maßnahme an der Decke/Dach: - gelochtes Trapezblech mit Sickeneinlage: - auf gesamter Dachfläche - Mineralfaser-Dämmung 240 mm, PE-Folie als Dampfsperre - Sickeneinlage aus 40 mm ISOVER Akustic SSP 2 Schallschluckplatte o. glw. - Akustik-Stahltrapezprofil, 110/275-1.00, ca. 15 % Lochanteil - Schallabsorptionsgrade (nach Herstellerangabe ISOVER): Frequenz 125 Hz 250 Hz 500 Hz 1 kHz 2 kHz 4 kHz α 0,80 0,80 0,90 0,70 0,60 0,50


GranerIngenieure GmbH Seite 17 / 20 Simulationsergebnisse (CATT Acoustic): - gesamte Sporthalle: mittlere Nachhallzeit Trev = 2,20 Sek. im Frequenzbereich zwischen 250 und 2000 Hz - durch Vorhänge abgetrenntes Hallenelement: mittlere Nachhallzeit Trev = 1,95 Sek. im Frequenzbereich zwischen 250 und 2000 Hz ⇒ Anforderungen für gesamte Halle und Teilbereiche erfüllt BILD 6: simulierte Nach-hallzeiten (gesamte Sport-halle)

2,13 2,19 2,25 2,21 2,16 1,610,000,501,001,502,002,503,00125 250 500 1000 2000 4000Nachhallzeit / s Frequenz / Hz


GranerIngenieure GmbH Seite 18 / 20 BILD 7: simulierte Nach-hallzeiten (durch Vorhang abgetrennter Teilbereich der Sporthalle)

optionale raumakustische Maßnahmen im Tribünenbereich: Für den Tribünenbereich sind zusätzliche raumakustische Maßnahmen an Decke oder Rückwand sinnvoll, um den entstehenden Geräuschpegel bei Veranstaltungen mit Publikum zu senken und den akustischen Komfort im Tribünenbereich zu erhöhen. Dafür sind beispielsweise eine abgehan-gene Akustikdecke oder Wandpaneele denkbar. Anmerkung: Bei Sporthallen liefern raumakustische Simulationen exakterer Ergebnisse. Berechnungen nach dem häufig verwandten einfacheren Verfahren nach Sabine ergeben bei der hohen Raumgröße und üblichen Verteilung von Absorbern in Sporthallen oft zu optimistische Ergebnisse. Um die Planungssicherheit zu erhöhen, wurden deshalb die Nachhallzeiten mit dem Programm CATT Acoustic simuliert. Bei Verwendung anderer absorbierender Materialien dürfen die Schallabsorptionsgrade die in den obigen Tabellen angegebenen Werte um nicht mehr als ca. 10 % unterschreiten. Höhere Schallabsorptionsgrade sind dagegen zulässig. 1,82 1,94 1,90 2,00 1,97 1,520,000,501,001,502,002,503,00125 250 500 1000 2000 4000Nachhallzeit / s Frequenz / Hz



5.5 UMKLEIDEN Empfehlung nach DIN 18041 (Räume der Gruppe B, Nutzungsart B2 – kurzfristiges Verweilen): - mittleres A/V-Verhältnis > 0,14 optionale raumakustische Maßnahmen an der Decke: - gelochte Gipskartondecke, z.B. Knauf Cleaneo o. glw.: - auf ca. 50 % der Deckenfläche - Plattendicke 12,5 mm, gerade Rundlochung 8/18R, Lochanteil ca. 15,5 % - Akustikvlies ohne schallabsorbierende Dämmauflage - Konstruktionshöhe mindestens 200 mm - Schallabsorptionsgrade nach Herstellerangabe αw = 0,60 Klasse C (hoch absorbierend): Frequenz 125 Hz 250 Hz 500 Hz 1 kHz 2 kHz 4 kHz α 0,45 0,60 0,70 0,60 0,55 0,65 Berechnungsergebnisse: - mittleres A/V – Verhältnis = 0,16 (s. Anlage 1)

⇒ Empfehlung eingehalten Anmerkung: Um die Geräuschpegel in Umkleiden gering zu halten ist der Einbau einer Akustikdecke in Decken-teilbereichen zu empfehlen. Grundsätzlich spricht die DIN 18041 für Räume der Gruppe B aber nur Empfehlungen und keine strikt einzuhaltenden Anforderungen aus. Daher ist die hier vorgeschla-gene Maßnahme als optional anzusehen.



6. ZUSAMMENFASSUNG Mit den geplanten Maßnahmen werden die Anforderungen an die Raumakustik gemäß DIN 18041 für den Neubau der Sporthalle eingehalten. Diese umfassen den Einbau eines akustisch wirksa-men Daches und einer umlaufenden schallabsorbierenden Textil-Prallwand. Die Umkleiden können optional in Deckenteilbereichen mit akustisch wirksamen Maßnahmen zur Senkung des Geräusch-pegels ausgestattet werden. Leipzig, 26. Juni 2017 Dipl.-Ing. (FH) Steffen Landrock Andreas Türk, cand. BA Projektleiter Projektingenieur Bau- & Raumakustik

ANLAGE 1: Berechnung A/V-VerhältnisProjekt:Neubau Zweifeldsporthalle BöhlenProjektnummer:925Raum Nutzungsart nach DIN 18041Umkleiden B2 - kurzfristiges Verweilen Empfehlung nachnach DIN 18041:A/V > 0,14Raumbegrenzungsflächen Fläche125 Hz 250 Hz 500 Hz 1000 Hz 2000 Hz 4000 Hz m²Fußboden, schallhart 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 15,2Decke, absorbierend 0,45 0,60 0,70 0,60 0,55 0,65 7,6(z.B. Knauf Cleaneo 8/18R)Wand, Fenster, Tür 0,07 0,05 0,04 0,04 0,04 0,04 66,8Äqu. Absorptionsfläche 8,71 8,51 8,60 7,84 7,46 8,22A/V 0,17 0,17 0,17 0,15 0,15 0,16Mittelwert A/V 0,16

RaumvolumenAbsorptionsgrade

51 m³0,000,100,200,300,40125 Hz 250 Hz 500 Hz 1000 Hz 2000 Hz 4000 HzA/V-Verhältnis Frequenz

(2017-06-21 anlage av-verh ltnis din 18041-2016.xlsx) · the master handbook of acoustics, tab...

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