Poröse Absorber: Grundlagen der Schallabsorbtion

Dieser Artikel richtet sich an all jene, die ihre Raumakustik nicht nur mit ein paar Eierkartons verschlimmbessern, sondern wirkliche Fortschritte für ihren Klang erzielen wollen. Hierfür eignen sich die sogenannten porösen Absorber am besten. Darunter versteht man sämtliche Materialien, die aufgrund ihrer porösen, schaumartigen oder verflochtenen Struktur in der Lage sind, Schall zu absorbieren.

Poröse Absorber als Wanddekoration an der Front eines Heimkinos

Zunächst einmal werden einige wichtige Grundbegriffe der Schallabsorption erklärt, bevor wir ein Auge auf den Absorptionsmechanismus an sich werfen. Im späteren Verlauf des Artikels werden dann die bekanntesten Vertreter der porösen Absorber und ihre Vor- bzw. Nachteile für den Einsatz im Heimkino vorgestellt.

Grundbegriffe

In dieser Sektion werden die wichtigsten Grundbegriffe der Schallabsorption vorgestellt, die auch immer wieder in Foren und anderen Artikeln genannt werden. Wir werden jedoch weniger auf die Theorie dahinter eingehen, sondern die Begriffe mit der Praxis verknüpfen. Die Hauptaufgabe der porösen Absorber besteht darin, den Schalldruck zu senken, um den Nachhall zu verringern oder Reflexionen abzuschwächen. Das tun sie, indem sie dem Schall seine Energie entziehen und das wiederum machen sie am effizientesten dort, wo die Schallschnelle am größten ist.

Schallenergie

Die Schallenergie berechnet sich aus der Energie der Luftteilchen, welche den Schall transportieren. Diese Teilchen schwingen um ihre Ruhelage und besitzen damit Bewegungsenergie und potenzielle Energie durch das abwechselnde Verdünnen und Verdichten der Luft.

Schalldruck

Der Schalldruck ist ein Wechseldruck, welcher durch Schwingungen, beispielsweise einer Membran, erzeugt wird und welcher vom Ohr erfasst wird. Er wird in der Einheit Pascal (Pa) gemessen, jedoch meistens als Schalldruckpegel in Dezibel (dB) angegeben. Im Prinzip beschreibt er den Druckunterschied zwischen zwei Druckmaxima.

Das menschliche Gehör ist dabei in der Lage ein gewaltiges Spektrum zu hören. Die Hörschwelle liegt bei winzigen 0,00002 Pa (0 dB), der Fernsehton in 1 m Entfernung erzeugt 0,02 Pa (60 dB), die 10 m entfernte Hauptverkehrsstraße 0,2 Pa (80 dB), in der Disco herrschen ca. 2 Pa (100 dB) und ein aus 1 m Entfernung abgefeuertes Gewehr erzeugt sogar 200 Pa (140 dB).

Schalldruck und Schallschnelle an der Darstellung einer Schallwelle verdeutlicht

Schallschnelle

Als Schallschnelle wird die Geschwindigkeit bezeichnet, mit der die Luftteilchen hin- und herschwingen, wenn sich der Schalldruck ändert. Die Schallschnelle ist für die Wirkung von porösen Absorbern wichtiger als der Schalldruck, da poröse Absorber am effektivsten sind, wenn die Schallschnelle besonders groß ist. Dann haben die Luftteilchen die größte Energie und können verhältnismäßig stark gebremst werden.

Direkt an einer Wand können sich die Luftteilchen beispielsweise nicht bewegen, die Schallschnelle ist gleich null. Dafür herrscht hier ein Schalldruckmaximum. 90° phasenversetzt zu diesem Schalldruckmaximum befindet sich ein Schallschnellemaximum vor der Wand. Hier sollte der Absorber positioniert werden, um maximale Wirkung zu erzielen.

Nun ist „90° phasenversetzt“ natürlich keine brauchbare Entfernungsangabe. Allerdings lässt sich damit der optimale Wandabstand von Absorbern berechnen: Optimalerweise sollte jeder Absorber von der Wand einen Abstand besitzen, der exakt der Hälfte seiner Stärke entspricht. Eine 10 cm tiefe Absorberplatte sollte beispielsweise 5 cm von der Wand entfernt angebracht werden, um seine maximale Wirkung zu erzielen.

Wirkungsmechanismus poröser Absorber

Poröse Schallabsorber wandeln Schallenergie in Wärmeenergie um. Das geschieht durch die poröse bzw. verflochtene Struktur des Absorbers. Die auf den Absorber treffenden Luftteilchen werden durch das Gewirr an Poren geleitet und reiben dabei sowohl am Material als auch an anderen Luftteilchen. Diese Reibung erzeugt Wärme und bremst die Luftteilchen ab. Allerdings ist die Wärmeenergie so gering, dass der Absorber nicht spürbar warm wird.

Vergrößerte Darstellung der Oberfläche eines porösen Absorbers

Ein wichtiger Begriff in diesem Zusammenhang ist der sogenannte Strömungswiderstand, welcher häufig als längenbezogener Strömungswiderstand oder spezifischer Strömungswiderstand angegeben wird. Die Begriffe beschreiben jedoch nicht dasselbe, daher heißt es hier: aufgepasst!

  • Der längenbezogene Strömungswiderstand gibt Auskunft darüber, welchen Widerstand ein Material dem einfallenden Schall auf einer Länge von 1 m (Materialstärke) entgegensetzt.
  • Der spezifische Strömungswiderstand (häufig auch einfach nur als „Strömungswiderstand“ abgekürzt) ist der Kennwert für eine konkrete Absorberplatte.

Wenn eine Absorberplatte eine Materialstärke von 5 cm besitzt und das Absorbermaterial einen längenbezogenen Strömungswiderstand von 10 kPa s/m² aufweist, dann besitzt die Absorberplatte einen spezifischen Strömungswiderstand von 0,5 kPa s/m. Eine 7 cm starke Platte desselben Materials würde einen spezifischen Strömungswiderstand von 0,7 kPa s/m aufweisen.

Die Einheit des längenbezogenen Strömungswiderstandes ist kPa s/m² (Kilo-Pascal (Druck) mal Sekunde (Zeit) geteilt durch Quadratmeter (Fläche)). Das bedeutet, er gibt an, welchen Druckverlust der Schall im Material auf einer bestimmten Fläche erleidet.

Ist der längenbezogene Strömungswiderstand hoch, so absorbiert das Material sehr effizient, der Schall kann jedoch nicht tief in das Material eindringen, wodurch es dann für die Absorption tiefer Frequenzen weniger geeignet ist.

Ein niedriger längenbezogener Strömungswiderstand hingegen sorgt dafür, dass der Schall tief in das Material eindringen kann, absorbiert jedoch nicht so effizient, sodass der Schall die Dämmschicht einfach durchdringen kann.

Fürs Heimkino empfehlen sich Absorber, die einen spezifischen Strömungswiderstand zwischen 1 und 3 kPa s/m aufweisen. Soll beispielsweise eine Absorberplatte mit 5 cm Materialstärke eingesetzt werden, sollte der längenbezogene Strömungswiderstand des Materials zwischen 20–60 kPa s/m² betragen. Eine 10 cm Platte sollte aus einem Material mit längenbezogenem Strömungswiderstand von 10-30 kPa s/m² bestehen.

Folgende Faustregeln gelten für die Materialauswahl:

  • Bassabsorber (25–50 cm Stärke): Material mit ca. 6 kPa s/m² (längenbezogen)
  • Mittel-Hochton-Absorber (3–7 cm Stärke): Material mit ca. 10–50 kPa s/m² (längenbezogen)

Schallabsorber-Materialien und ihre Eigenschaften

Zur Schallabsorption eignen sich zahlreiche Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften. Dabei geht es nicht nur um die Fähigkeit, Schall zu absorbieren sondern auch um die Verarbeitung, den Preis und mögliche gesundheitliche Risiken.

Steinwolle / Glaswolle

Beide Mineralwollearten bestehen aus mineralischen Fasern und verfügen über nahezu identische Eigenschaften. Zudem werden die zugrunde liegenden Rohstoffe in den letzten Jahren immer stärker miteinander vermischt, sodass eine klare Trennung schwieriger wird.

Bezüglich der Absorptionswerte ist Steinwolle das bessere Material, insbesondere für den Einsatz als Bassabsorber. Übliche längenbezogene Strömungswiderstände liegen zwischen 6 kPa s/m² (Rockwool Sonorock, Steinwolle) und 11 kPa s/m² (Isover Akustic SSP2, Glaswolle). Steinwolle ist jedoch nicht so flexibel und komprimierbar wie Glaswolle und daher etwas aufwendiger in der Verarbeitung. Mineralwolle ist generell preislich sehr attraktiv und in jedem gut sortierten Baumarkt erhältlich.

Bei der Verarbeitung von Mineralwolle sollte im Allgemeinen darauf geachtet werden, Mundschutz und Handschuhe zu tragen, da die Mineralfasern zu Juckreiz und Atembeschwerden führen können. Entgegen gängiger Meinungen sind die Fasern jedoch nicht krebserregend.

Basotect

Das wohl bekannteste Absorbermaterial kommt von der BASF, heißt Basotect und ist üblicherweise in grau, manchmal auch in weiß erhältlich. Es handelt sich um einen aufgeschäumten Kunststoff (Melaminharz), welcher als formstabile Platten in verschiedenen Materialstärken erhältlich ist.

Basotect verfügt über einen längenbezogenen Strömungswiderstand von 8–20 kPa s/m² und eignet sich daher hervorragend als Mittel-Hochton-Absorber (5–10cm) sowie Bassabsorber mit Kantenlänge von ca. 40 cm. Eine größere Materialstärke würde die Absorptionseigenschaften nicht weiter verbessern, da der Schall nicht mehr tiefer in das Material eindringen kann.

Basotect ist einfach zu verarbeiten und zu schneiden, es ist jedoch spröde und reißt bei leichtem Druck mit spitzen Gegenständen bereits ein. Preislich liegt Basotect zwar deutlich über der Mineralwolle, es ist jedoch aufgrund der einfachen Verarbeitung und den herausragenden akustischen Eigenschaften sehr zu empfehlen. Aus gesundheitlicher Sicht ist Basotect vollkommen unbedenklich.

Aixfoam

Die Akustikplatten von Aixfoam bestehen aus aufgeschäumtem Polyurethan und sind in verschiedenen Materialstärken- und Farben erhältlich.

Foto: Alex S.

Den längenbezogenen Strömungswiderstand von Aixfoam-Akustikplatten wollte die Firma auch auf mehrfaches Nachfragen nicht angeben. Andere ähnliche Schäume auf Polyurethanbasis verfügen über einen längenspezifischen Strömungswiderstand von ca. 10–20 kPa s/m², wodurch sie sich zur Absorption von Mittel- und Hochton eignen.

Aixfoam ist Basotect jedoch in seinen Absorptionswerten unterlegen. Es lässt sich schwerer verarbeiten als Basotect, da es nicht formstabil ist, zudem wiegt es deutlich mehr. Aixfoam ist preislich sehr attraktiv und insbesondere in Farbe deutlich günstiger als Basotect. Genau wie Basotect ist Aixfoam gesundheitlich vollkommen unbedenklich.

Polyestervlies

Die Entwicklung von Polyestervliesen hat in den letzten Jahren stark zugenommen, da diese Absorber bereits bei geringen Materialstärken (1–5 cm) gute Schallabsorptionswerte aufweisen.

Der längenspezifische Strömungswiderstand hängt stark vom jeweiligen Flächengewicht ab und bewegt sich üblicherweise zwischen 5 und 50 kPa s/m², weshalb die Materialvarianten mit hohem längenspezifischen Strömungswiderstand als Mittel-Hochton-Absorber sehr gute Eigenschaften aufweisen. Als Bassabsorber eignet sich das Material jedoch trotz passenden längenbezogenen Strömungswiderstandes nur bedingt, da es gegenüber anderen Absorber-Materialien deutlich teurer ist.

Polyestervliese werden in zahlreichen verschiedenen Varianten angeboten, daher kann keine grundlegende Aussage über die Verarbeitbarkeit getroffen werden. Sofern das Polyestervlies verhärtet ist, weist es eine hohe Formstabilität und gute Zuschnittmöglichkeiten auf. Üblicherweise werden Polyestervliese nur in weiß oder Grautönen angeboten, da das Färben aufwendig ist.


Bei der Raumakustik-Optimierung von Heimkinos kann auf poröse Schallabsorber in keinem Fall verzichtet werden. Sie stellen die beste Möglichkeit dar, den Mittel-Hochton zu behandeln und störenden Nachhall zu verringern.

Meine persönliche Empfehlung bei der Materialwahl für Mittel-Hochton-Absorber geht zu Basotect, wenn die Absorber versteckt werden können, und zu Polyestervlies in Wohnräumen, in denen die Optik eine wichtigere Rolle spielt. Im Bassbereich sollte entweder auf Basotect oder Steinwolle zurück gegriffen werden.

Über Berthold Daubner

Als Geschäftsführer von Design-Heimkino.de optimiere ich die Raumakustik von bestehenden Heimkinos und unterstütze auch in der Bau- und Planungsphase. Unser Sortiment umfasst verschiedene poröse Schallabsorber zur Optimierung des Mittel-Hochton- aber auch des Bassbereichs.

2 Gedanken zu „Poröse Absorber: Grundlagen der Schallabsorbtion

  1. Hallo.

    Vielen Dank für den sehr informativen Artikel.

    Ich habe da noch ein paar Fragen, die ich jetzt einfach mal in den Raum stelle:

    Im Artikel wird das Frequenzband in Hoch, Mitte und Bass Bereich eingeteilt.

    In welchen Frequenzbereichen bewegt sich üblicherweise der Heimkinoton?
    Es gibt bestimmt Unterschiede in den Frequenzschwerpunkten zwischen einem Heimkino(Film), einem Tonstudio(Musik) oder einem Besprechungsraum?

    Wo wirken die unterschiedlichen porösen Materialien in den einzelnen Frequenzen? (z.B Hochton 100% Mitte 50% Bass 5%)

    Hat jemand Erfahrungen mit sogenannten „Vertikalen Gärten“ als Schallabsorber?
    In welchem Frequenzbereichen absorbieren Pflanzen den Schall?

    Wo liegt der längenbezogene Strömungswiderstand von dicken Stoffen z.B Badetücher oder Teppich ?

    Wenn es niemand weiß, wie kann man das messen?

    Spielt nur die Dicke von Absorbern eine Rolle oder auch die Abmessungen (Länge+Breite). Muss die Absorberfläche geschlossen sein um zu funktionieren?

    Spielt die Position von Absorbern bei allen Frequenzen eine Rolle?- Kann ich Absorber im Bassbereich auch „verstecken“ z.B. in einer Couch?

    Grund der Fragerei ist, dass sich nur wenige den Luxus eines separaten Raumes als Heimkino leisten können. Alle anderen müssen mit einem Wohnzimmer vorlieb nehmen, und da lebt man(n) meistens nicht alleine… Ergo bin ich zu Zeit auf der Suche nach Alternativen.

    Gruss Markus

    1. Hallo Markus,

      danke für die zahlreichen Fragen. Ich werde mich mal an den Antworten versuchen ;-).

      Heimkinoton bewegt sich üblicherweise zwischen etwa 25 Hz und 15.000 Hz. Natürlich gibt es auch zahlreiche Aufnahmen mit Bass unterhalb von 25 Hz und Hochton oberhalb von 15.000 Hz. Insbesondere der Hochton wird jedoch nicht mehr von jedem wahrgenommen und ist aufgrund des Hörverhaltens des Menschen nur noch sehr leise zu hören.

      Die Unterteilung erfolgt in etwa folgendermaßen:
      Bassbereich: 20 Hz – 200 Hz
      Mittelton: 200 Hz – 2000 Hz
      Hochton: 2000 Hz – 20.000 Hz

      Ja, es gibt deutliche Unterschiede. Im Heimkino wird insbesondere der Bassbereich deutlich stärker dargestellt als bei Musik. Im Besprechungsraum ist menschliche Sprache (Frequenzbereich von etwa 100 Hz – 12.000 Hz) die Hauptschallquelle.

      Wo die einzelnen Materialien wirken kann pauschal nicht beantwortet werden, da das von der Materialstärke abhängt. Da müsste man gegebenenfalls einfach die Messwerte anfordern.

      Pflanzen absorbieren Schall nur leicht im Hochtonbereich, streuen jedoch bereits im oberen Mittelton, abhängig natürlich von der Größe der Blätter.

      Der Strömungswiderstand muss im Labor unter professionellen Bedingungen gemessen werden, das ist zuhause leider nicht möglich. Pauschal kann man auch nicht sagen, wo der Widerstand von Teppichen liegt, da es zu viele unterschiedliche Teppiche gibt. Insgesamt gilt jedoch, dass Teppiche unter 1000Hz kaum eine Wirkung haben und das in jedem Fall langfloorige Teppiche besser geeignet sind als kurzfloorige.

      Die Dicke des Absorbers bestimmt, wie tiefe Frequenzen der Absorber noch absorbieren kann. Die Länge und Breite schließlich bestimmen, wie stark der Absorber absorbiert, da die schallabsorbierende Fläche relevant für die Stärke der Verringerung des Nachhalls ist.

      Bassabsorber können auch unter der Couch versteckt werden. Es sollte jedoch beachtet werden, dass sie die maximale Wirkung in den Ecken des Raumes erzielen und nicht, wenn die Couch beispielsweise mitten im Raum steht.

      Viele Grüße
      Berthold

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