Grundlagen der RaumAkustik Teil V
Wie funktionieren poröse Absorber?
Ein poröser Absorber sieht im Querschnitt ähnlich aus wie ein Schweizer Käse (einer mit sehr vielen Löchern). Er hat extrem viele kleine Hohlräume, die miteinander verbunden sind. Dadurch kann durch den Absorber Luft hindurchströmen. Nur ist es so, das diese Löcher in der Gesamtfläche kleiner sind wie die Fläche vom Absorber selbst, wodurch die durchströmende Luft ihre Strömungsgeschwindigkeit erhöhen muss um durchzukommen.
Da eine Oberfläche immer bremsend wirkt, werden die Luftmolekühle im Absorber durch dessen extrem große Oberfläche sehr stark abgebremst.
Das Bremsen der Luftmolekühle an einer Oberfläche kommt sogar an einer normalen Wand zustande. Der Grund dafür ist nicht nur Reibung! Sondern: Wenn sich Schallwellen ausbreiten, besteht das ganze ja auch Druckunterschieden. Mal ist der Druck höher als normal und mal tiefer. Erinnern wir uns an die Thermodynamik: Wenn ein Gasvolumen komprimiert wird, erwärmt es sich, wenn es dekomprimiert wird, kühlt es sich ab. Aus diesem Grund funktioniert auch z.B. Kühlspray, obwohl es vorher gar nicht kalt war.
Diese Temperaturunterschiede können im freien Raum sich ganz normal ausprägen. Wenn jedoch eine Schallwellen in der Nähe einer Oberfläche verläuft, dann gleicht die Oberfläche den Temperaturunterschied aus und der Druckunterschied kann nicht voll aufgebaut werden. Durch diesen Effekt sinkt die Schallschnelle in der Nähe einer Oberfläche. Je größer diese Oberfläche ist (Poren usw.), desto dicker ist die Schicht, in der die Schallschnelle gebremst wird. Dieser Effekt wird weiter unten noch bei den Diffusoren wichtig sein.
Die Schallausbreitung an einer Wand sieht ungefähr so aus:
Das mit den Temperaturunterschieden klingt für manche jetzt sicher so, als müsste man das auf der Haut fühlen. Bei den verhältnismäßig extrem niedrigen Druckunterschieden sind aber auch die Temperaturunterschied so minimal, dass der Mensch diese nicht fühlen kann, vor allem nicht, wenn sich die Temperatur mehrere tausendmal in der Sekunden ändert. Wenn hingegen die Lautstärke deutlich über die Schmerzgrenze (>160dB) hinübergeht, ist ein Effekt bekannt, dass die Luft nebelig werden kann durch Kondenswasser.
Da nun ein Absorber durch seine Poren innen eine extrem große Oberfläche ist, ist dementsprechend auch seine Dämpfung sehr hoch, abhängig von der Porendichte.Die ist auch das Hauptmerkmal eines porösen Absorbers: seine innere Oberfläche, je kleiner und je mehr Poren er hat, desto besser ist er in der Wirkung. Unter den Schaumstoffen ist Basotect® das Material mit der höchsten Porendichte.
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Bei einem porösen Absorber ist nun aber nicht nur die Dämpfung durch die Temperaturunterschiede wichtig, sondern wenn die Luft durch den porösen Absorber durchströmt, dann ist ja die Öffnungsfläche der Löcher immer kleiner wie die Gesamtfläche des Absorbers, dadurch muss sich die Luftströmung (im Bereich der Schallschnelle müssen die Luftteilchen sich von einem Ort zum anderen Bewegen, weswegen es hier als Strömung bezeichnet wird) durch einen kleineren Querschnitt "quetschen", wodurch sich die Strömungsgeschwindigkeit erhöht.
Durch die große innere Oberfläche eines Absorbers "reiben" die Luftteilchen an den Wänden und verlieren einen Teil ihrer Bewegungsenergie, indem sie sie als Wärme an den Absorber abgeben. Aber keine Angst, die dabei abgegebene Wärme ist so gering, dass keine Erwärmung erkennbar werden würde.
Hier ist eine modellhafte Ansicht vom Raylight Modell (dies ist eine stark vereinfachte Darstellung eines porösen Absorbers):
Wo wirken poröse Absorber am besten?
Da dieser durch deine Oberfläche auf die Schallschnelle wirkt, muss sich der Absorber auch entsprechend im Bereich der größten Schallschnelle befinden. Wie ich am Anfang des Artikels dargelegt habe, befindet sich das Schnellemaximum immer bei 1/4 Lambda vor der Wand, aufgrund der Bildung einer stehenden Welle.
Idealerweise befindet sich auch ein Absorber in diesem Bereich. Wenn man einen Absorber direkt an der Wand anbringt, bringt er nur sehr wenig. Um jetzt herauszufinden, wie dick ein poröser Absorber sein muss, und wie weit man ihn von der Wand entfernt befestigen sollte, muss man eine untere Frequenz festlegen. Da für die volle Wirkung der Absorber im Schnellemaximum der unteren Frequenz sein muss, rechnet man also den Abstand dieses aus:
z.B. 400Hz als untere Frequenz:
Um also bei 400Hz noch eine maximale Wirkung zu erzielen, müsste die Vorderseite vom Absorber 21cm von der Wand entfernt sein. Da ein Absorber im Druckmaximum nicht viel Effekt erzielt, wird aber keine 21cm dicke Platte benötigt, sondern es reicht bereits die Hälfte dieser Dicke, da ab ⅛ λ die Schallschnelle keine nennenswerte Größe mehr hat. Für 400Hz als untere Wirkfrequenz sind also 10cm Absorber notwendig, die mit einem Abstand von 10cm vor der Wand hängen.
Jetzt werden sicher einige sagen wollen, dass bei den Verkäufern von porösen Absorbern teilweise ganz andere Zahlen stehen. Diese Werte sind aber seltenst auch nur annährend korrekt, wie ich bisher mitbekommen habe. Man muss auch darauf achten, wie hoch der Wirkungsgrad angegeben ist. Ich verwende bei mir z.B. 10cm Platten, welche 10cm vor der Wand hängen, und die Wirkung ist gut messbar bis 400Hz und darunter fällt sie schnell ab.
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