Absorber: Seegras - TrockenBau Akustik

© Verlagsgesellschaft Rudolf Müller GmbH & Co. KG, Köln 2012. Jede Vervielfältigung und Verbreitung ohne Zustimmung des Verlags ist unzulässig.
TECHNIK | AKUSTIK
Absorber: Seegras
Schallschutz | Die Diskussionen zur Nachhaltigkeit von Baustoffen
gehen auch an den verschiedenen Absorbermaterialien nicht vorbei.
Als ein interessantes und umweltfreundliches, weil nachwachsendes Material
für den Schallschutz ist zuletzt auch Seegras ins Spiel gekommen.
Prof. Dr. Veit erklärt, warum Seegras auch aus akustischer Sicht eine durchaus
ernst zu nehmende Alternative darstellt.
Herkömmliche Mittel sowohl für die
Wärme- als auch für die Schallisolierung
im Bauwesen werden nicht selten auf
der Basis von fossilen und immer knapper
werdenden Rohstoffen, z. B. Polymerschäumen
(Polystyrol) u. Ä., gewonnen. Deshalb
ist es verständlich, dass man für künftige
Dämm-Materialien stets nach nachwachsenden
und umweltfreundlichen Rohstoffen
Ausschau hält. Beispiele dafür gibt es viele,
z. B. Wolle, Holzwolle, Baumwolle, Hanf-,
Kokos-, Flachs- oder Jutefasern etc. In jüngerer
Zeit scheint ein weiteres Material für
diesen Anwendungsbereich interessant zu
werden: Seegras.
Seegras ist ein verrotungs- und feuerbeständiges
Naturprodukt, das quasi als
„Abfall“ der Natur ständig nachwächst und
somit unbegrenzt verfügbar ist. In Deutschland
findet man es in überschaubarem Umfang
an den Küsten von Nord- und Ostsee.
Auf sehr viel größere Seegras-Vorkommen
trifft man an den Küsten des Mittelmeers.
Mit der Säuberung, der Aufbereitung und
der praktischen Nutzbarmachung von Seegras
zur Wärmedämmung hat man sich
bereits vielerorts beschäftigt, z. B. im Lehrund
Forschungskomplex der Hochschule
Wismar, in Malchow/Insel Poel. Sogar einen
TV-Beitrag gab es hierüber schon.
Nun sind Wärmedämmung und Schalldämmung
zwei Bereiche der Bauphysik, die
eng mit einander zu tun haben. Es lag daher
nahe, dieses Material auch auf seine Eignung
zur Schalldämmung und Schalldämpfung
im Bauwesen zu untersuchen. Als Belege
dafür gibt es inzwischen auch schon diverse
Schutzrechte, und zwar sowohl für den Einsatz
von Seegras für den Wärmeschutz als
auch für den Schallschutz: DE 43 17 239 A1,
DE 199 54 474 C1, DE 100 17 202 A1,
DE 20 2005 012 457 U1, EP 19 444 23 A2.
Allein vom Aussehen her erinnert Seegras
sehr stark an Holzwolle (siehe Abbildung 1),
die, zu Platten gepresst, seit Langem im Bauwesen
Verwendung findet. Von seiner natürlichen
Herkunft her hat Seegras eine sehr
lockere Struktur, so dass man es, je nach dem
beabsichtigten Verwendungszweck, mehr
oder weniger pressen kann. Nachfolgend soll
versucht werden, den Rohstoff Seegras unter
akustischen Gesichtspunkten zu betrachten.
Seegras ist auch akustisch sehr
vergleichbar mit Holzwolle
Stellt man sich das Gras zu einer Platte von
der Dicke Δx zusammengepresst vor und
durchströmt man diese, z. B. mit Luft, so
kann man so einer Materialprobe einen
genau definierten, so genannten längenspezifischen
Strömungswiderstand Ξ [1][2]
zuordnen:
Δ p
Ξ = r = (–) = W (1)
v x
∙ Δx Δx
[Einheit: Ns/m 4 oder auch Pa ∙ s/m2]
W ist darin der nicht längenbezogene,
spezifische Strömungswiderstand:
W = Δ p (2)
v x
[Einheit: Ns/m 3 oder auch Pa ∙ s/m]
In der Gleichung (1) ist Δp/Δx der Druckgradient
(oder genauer gesagt: der Druckdifferenzenquotient)
zwischen beiden Seiten
der Δx dicken Materialschicht, und v x
ist die Strömungsgeschwindigkeit, mit der
die Schicht in x-Richtung durchströmt wird.
Betrachtet man jetzt anstelle des statischen
Falls mit einer Gleichströmung den dynamischen
Fall mit einer Wechselströmung
der Kreisfrequenz ω, so wie das auch beim
Eindringen von Schall in ein poröses oder
auch faseriges Material geschieht, so wird
die Luftoszillation in den Poren bzw. artverwandten
Hohlräumen durch Reibungsverluste
in Wärme umgesetzt und somit
„vernichtet“, siehe dazu auch das Rayleigh-
ABBILDUNG 1
ABBILDUNG 2
Gereinigtes Seegras in lockerer Schüttung von der deutschen
Ostsee-Küste (links) im Vergleich zu einer handelsüblichen Holzwolle-
Dämmplatte (rechts).
Rayleigh-Modelle für poröse Absorbermaterialien, a) für χ = 1 b) für χ > 1.
Es ersetzt die Poren eines realen Absorbers durch eine Schar zylindrischer
Kanäle parallel zur Schallausbreitungsrichtung in einem ansonsten festen
Material. Mithilfe solcher Modelle hat Lord Rayleigh (1842–1919; mit bürgerlichem
Namen: John William Strutt) als erster die Theorie poröser Körper
untersucht.
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TrockenBau Akustik 4.2012

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Modell [2] für poröse Absorbermaterialien
(Abbildung 2). Zu dieser Betrachtungsweise
gehört u. a. auch die Berücksichtigung des
sogenannten Strukturfaktors χ :
χ = V K
(3)
V B
Es stellt das Verhältnis zwischen dem gesamten
Porenvolumen V K
und dem tatsächlich
am Absorptionsvorgang beteiligten
Volumen V B
dar. Bei den meisten Absorbermaterialien
können diese beiden Volumina
allerdings etwa gleich groß angenommen
werden, so dass χ ≈ 1,0 ist. Lediglich bei
Schaumstoffen kann χ > 1,0 werden.
Da fast alle porösen oder auch faserigen
Materialien eine andere Schallkennimpedanz
Z 0
besitzen als Luft (ρc = 408 Ns/m3),
tritt an der Grenzfläche zwischen beiden
Medien zusätzlich auch noch eine mehr
oder weniger große Schallreflexion auf, so
dass nur ein Teil des auftreffenden Schalls
in das Material eindringt, während der Rest
reflektiert wird. Für den längenspezifischen
Strömungswiderstand Ξ wird seit Mai 1993
gemäß der DIN EN 29053 auch das Symbol
r verwendet. Auch für den spezifischen
Strömungswiderstand W gibt es nach dieser
Norm ein neues Symbol: R s
.
Um zu verstehen, was innerhalb eines
porösen oder auch faserigen Absorbermaterials
geschieht, wenn Schall darin eindringt,
ist es hilfreich, dazu die komplexe Ausbreitungskonstante
γ'
γ' = α' + jβ' (4)
und die darin enthaltene Dämpfungskonstante
α' [Einheit: 1/m] zu betrachten; β'
ist die Phasenkonstante. Die Dämpfungskonstante
beschreibt die exponentielle Abnahme
des Schalldrucks im Absorber in der
Schallausbreitungsrichtung x:
p +
(x,t) = p +
(0) ∙ e –α' x ∙ cos(ωt – β' x) (5)
Betrachtet man den in der Praxis am häufigsten
anzutreffenden Fall einer endlichen
Absorber-Schichtdicke Δx = d vor einer
schallharten Rückwand, und geht man des
Weiteren von der Annahme aus, dass χ ≈ 1,0
ist – so kann man die dimensionslose Dämpfung
α D
= α' ∙ d entlang der gesamten Absorbertiefe
d durch die folgende Näherung
angeben:
ABBILDUNG 3
α D
≈ k ∙ Ξ ∙ d =
2ωρ
Ξ
∙ d (6)
2ρc
k ist darin die Wellenzahl (= ω/c ).
Für große Absorber- bzw. Materialdicken
d und/oder für große längenspezifische Strömungswiderstände
Ξ wird die Dämpfung so
groß, dass der von der schallharten Rückwand
reflektierte Schall bedeutungslos wird.
Der Absorber wirkt so, als wäre er unendlich
dick. Da man in der Akustik meistens mit
Pegeln arbeitet, wird die Dämpfung auch
durch die Pegelabnahme pro Längeneinheit
(ΔL/Δx) angegeben [in: dB/m]. – So viel
zur Theorie und über den Zusammenhang
zwischen der Materialdämpfung und dem
längenspezifischen Strömungswiderstand.
In der Praxis gibt man die Dämpfungsoder
Absorptionseigenschaften von Materialien
im Allgemeinen über den Schallabsorptionsgrad
α [3] an, den man entweder im diffusen
Schallfeld eines Hallraums bestimmt
[α S
; der Index „S“ weist auf das Sabine’sche
Gesetz hin] oder den man bei senkrechtem
Schalleinfall im Impedanz-Messrohr misst
[α(0°)]. Der im diffusen Schallfeld gemessene
Absorptionsgrad α S
kann sich von dem
im Impedanzrohr gemessenen Schallsorptionsgrad
α(°0) für senkrechtes Schallfeld
merklich unterscheiden. Bedingt durch das
Messverfahren im Hallraum kann α S
, vor
allem bei tiefen Frequenzen, höhere Werte
erreichen, teilweise sogar > 1,0 (!), obwohl
das physikalisch keinen Sinn macht. Derartige
Daten in Informationsschriften von
Herstellern sorgen bisweilen für Verwirrung.
Die Ursache dafür liegt im sogenannten
Kanteneffekt, der auf den Randeinfluss
Online
Schallabsorptionsgrad α einer
locker geschichteten, 10 cm dicken
Seegras-Materialprobe,
gemessen im Impedanz-Messrohr
(90 mm 2 ) bei senkrechtem
Schalleinfall in einem Frequenzbereich
von 200 bis 2000 Hz.
der Materialproben zurückzuführen ist.
Ungeachtet dessen wird der nach Sabine gemessene
Absorptionsgrad α S
in der Praxis
viel verwendet. Das hat u. a. damit zu tun,
dass man nach diesem Verfahren sehr großflächige
Proben prüfen kann.
Fazit: Erste orientierende Messungen von
trockenen und gereinigten Seegras-Proben
im Impedanz-Messrohr zeigten, dass die
gewonnenen Absorptionswerte durchaus
vergleichbar sind mit denjenigen von Holzwolle-Dämmplatten
gleicher Dicke, teilweise
sind die erreichten Werte sogar noch höher,
siehe Abbildung 3.
LITERATUR
[1] Veit, I.: Schallabsorber – Teil 2. In: Trockenbau
Akustik, Nr. 2/2008, S. 34–37
[2] Veit, I.: Lochplattenabsorber im Trockenbau.
In: Trockenbau Akustik, Nr. 6/2011, S. 54–56
[3] Veit, I,: Der Schallabsorptionsgrad α.
In: Trockenbau Akustik, Nr. 2/2007, S. 34–35
Autor
Prof. Dr.-Ing. Ivar Veit ist Akustiker und Sachverständiger
mit Büros in Nauheim (Groß Gerau)
und Riga (Lettland). An der FH Wiesbaden/Rüsselsheim
hat er einen Lehrauftrag für Akustik.
E-Mail: i.veits@gmx.net
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TrockenBau Akustik 4.2012 35